专业认知数字化扫描智能存取快递机的研究

邓建吉，秦 晴，段海龙

（天津职业技术师范大学 自动化与电气工程学院，天津 300222）

随着我国市场经济和互联网信息科学技术的发展与进步，电子商务已经逐渐发展成为当今各类业务之间贸易的一种重要方式。我国的快递运输行业，其作为最近几年新兴起来的一个行业，更是获得了飞速发展。然而，快递产品的末端投送服务系统却未能够跟上产品投送行业变革的脚步，快递仍然需要依赖大量的人力才能去定点投送，普遍出现响应速度慢、成本高和服务质量低劣等问题。依靠人工智能技术的进步，社会上许多传统服务范围内的产品和设备均已实现了无人化、智能化和自动化。并且新冠肺炎疫情的爆发，传统快递投送服务在进行快递投送时，不能避免人与人之间的接触，在这个特殊时期，会降低安全性，不利于疫情的防护和控制。专业认知数字化扫描智能存取快递机的提出就是针对疫情特殊时期快递末端的“无接触配送”，解决了配送难的问题。

1 项目研究背景

2019年末一场摧残全国的新型冠状病毒肺炎疫情，使得大多数线下商业一夜之间休业。人们蜗居家中，线上商业反倒迎来了想象不到的发展。网购也成了人们生活中必不可少的一部分，与此同时线上商业的爆发增长带动了快递服务业的迅速增长，特殊时期派件员的工作安全性降低，为了保证派件员与顾客的安全，减少接触，响应“无接触配送”的新型物流服务方式，阻断传播，加强疫情防控，该项目应运而生。随着《国务院办公厅关于推进电子商务与快递物流协同发展的意见》的颁布，快递末端成为重中之重，显而易见在这场疫情攻坚战中智能快递柜成为了“主角”，智能快递柜顺应了时代的发展需求，是一个拥有巨大市场的项目。快递机伴随着当今物联网和互联网可以使整个快递行业发生翻天覆地的变化，从量变到质变，从人力运输到机械自动化存取，这将是21世纪能够改变整个世界快递投送的格局，将智能存取快递推向时代的潮流[1]。

2 市面上快递投送所存在的问题

（1）快递柜和快递站点存储规格一致，储存空间有限。快递站点的储存空间有限，所能存放的货架和货架上存放包裹的数量都受到了限制，因为空间有限，就会导致顾客取快递时造成拥堵，极大地影响了取快递的效率，浪费顾客的时间。市面上的快递柜存储快递的格子普遍是大小统一的，这就使得有些大号的快递不能存放进去，而小号的快递存放的时候却占用大号的格子，这就会让快递柜的储存空间得不到合理利用，浪费空间的同时还不能适应各种快递大小，十分不方便。

（2）投送快递费时费力，还有较高的投错率。快递点每天会收到大量的包裹，员工会统计包裹的数量，将包裹放置于货架上，且需要手动扫描包裹的条形码获取包裹信息，打印出取货码粘贴到包裹上，并将取货码编辑信息发送给顾客。费时费力，且都是重复的单一性工作，枯燥乏味容易疲劳，很容易发生错误，从而产生包裹延误、丢失、误拿和错拿等问题。耗费大量的人力物力，仍有较高的错误率。

（3）快递站点不可以全天工作。由于快递站点员工需要休息和快递站点经营的经济性，因此并不能全天候值守，快递驿站普遍下班比较早，部分晚班下班的人由于驿站关门就不能再去驿站取快递，且在大多数如同“双十一”的这种大型网络购物时期，快递驿站不能全天候服务，会使很多人无法及时取到快递，人们对于快递站点的满意度较差。

（4）在新冠肺炎疫情的特殊时期，不利于疫情防控。传统快递普遍采用面对面上门配送或者驿站取件的配送方式，并不能减少人与人之间的接触，反而大大增加了病毒通过人与人直接或者间接接触导致人们感染新型冠状病毒的概率，非常不利于疫情的防控[2]。

（5）不能适应商品的多元化。在对人们疫情居家购买的商品种类的统计分析中，发现从商品的属性上看，可以分为以下3大种类。第一类是保存时对温度没有要求的，存取时间也要求不高的常温商品，如服装衣服、电子产品和洗护用品等；第二类是要求低温储存的商品，如海鲜水产、蔬菜水果和速冻食品等；第三类是要求保温存储的，短时间的存储的保温商品，如外卖食品、餐饮食物等。传统的快递站点和快递柜，并不能对商品的多元化进行适应，很多低温商品没有在低温环境存储十分容易损坏，还有外卖食品不进行保温的话也很影响食用体验感。

（6）盈利方式单一，投入成本高，亏损严重。从现有的发展状况来看，一般一台智能快递柜的运营维护费用在10万元以上，虽然智能快递柜的市场占有率不断的提高，但现在快递柜运营商的商业模式比较单一，收益方式大都是快递员派件收费、揽件收入和用户寄件的单一盈利模式；而成本在场地占用以及维护成本、广告等方面投入比较大，投入和收入不成正比，这就出现一个智能快递柜经营成本高，连年亏损的局面。在快递柜的提出初期，快递柜是免费存放的，但是长久下来，用户养成了习惯，再加上快递柜可以无限期的免费存放，用户就长期占用快递柜不取快递，导致快递柜的使用率和周转率非常的低。因此为了提高快递柜的利用率和周转率，同时也为了减少维护费用，收回成本，快递柜经营商（如：丰巢）逐渐推出快递寄存延时收费制度，但是绝大部分人不赞同这个做法，纷纷抵制和拒绝使用快递柜。使得快递柜经营减负变得困难，维护成本依旧居高不下，亏损严重。

（7）不能与“无人配送”技术融合。全国各地很多高校和社区，都出现了智能配送机器人送货的影子，但是市面上一般的快递柜都不能和智能配送机器人完美融合，快递柜不能将要配送的包裹给智能配送机器人，也没有办法为机器人提供充电服务，导致不能完美融合。

3 工作流程

（1）快递员接到通知将快递包裹运送到指定的快递机。

（2）包裹经过扫描系统识别，存储进入储物仓库。

（3）系统编辑信息发送给顾客，告知其取货码。

（4）顾客输入取货码跟手机号，包裹从储物仓库取出。

4 专业认知数字化扫描智能存取快递机的原理

当有包裹被投递到快递机时，派件员将快递包裹放入放货口时，二维码条形码扫描模块扫描包裹的条形码，识别并读取包裹对应的顾客信息传输给控制模块转化生成为取货码，通过短信息服务将信息发送给客户，同时机械系统将包裹运送到储物仓库；当客户取包裹的时候，输入手机号码和取货码便可取货，取货装置自动取货[3]。快递自动存放流程图如图1所示。

图1 快递智能存放流程图

5 专业认知数字化扫描智能存取快递机的基本结构

快递机分为地上和地下部分，地上主要是控制装置，地下主要是储物仓库。整体外观是一个圆柱体，快递机地上部分的顶端可以根据地域情况酌情考虑安装太阳能电池板，为快递机的运行提供电量。其次，地上部分还可以根据需求加装智能配送机器人的充电桩、自动售卖机以及LED的广告显示屏。

总体结构由两部分构成，硬件部分和软件部分。

硬件部分：

（1）条形码扫描器和红外线传感器。

条形码扫描器：通过条形码扫描器扫描快递包裹上的条形码，得到顾客的联系方式以及快递单号等信息。

红外线传感器：通过红外线传感器扫描包裹的体积信息，通过控制系统将包裹的体积与相应的存储仓库匹配，并且系统编号并记录位置。

（2）机械运送装置。

中间部分为丝杠和导轨、齿轮组、中空旋转平台共同控制的送货平台，四周是放置快递包裹的货架。

其中送货平台具有可以伸缩的叉子，当包裹经进货口进入送货平台时，会放置在叉子上，根据系统控制将快递包裹运送到指定的货架位置。丝杠和导轨一起控制送货平台的升降，齿轮组和中空旋转平台控制送货平台的旋转和叉子的伸缩[4]。机械装置丝杠如图2所示。

图2 机械装置丝杠图示

货架有很多的规格（依据包裹的体积分为大、中、小三种规格），从更大限度的利用空间，还可以将包裹根据体积大小分类，便于存放。并且每个格子是相对独立的，可以根据相对应的商品要求，改进成低温存储格子或者保温存储格子，以适应不同商品的要求。

（3）消毒杀菌系统

喷雾消毒杀菌装置由水泵、红外线感应器和电气开关等器件构成，红外线感应装置识别包裹快递的装置通过来控制水泵的开启以喷洒消毒液。

软件部分：

控制中心。控制中心由单片机和PLC构成。利用已经编写好的程序通过电机的转速来驱动机械运送装置[5]。

6 专业认知数字化扫描智能存取快递机的创新点

（1）具有各种规格的储物格子，能够适应快递商品多元化。储物仓库中可以分为大、中、小三种储物格子，可以适应不同的商品尺寸规格，且每一个储物格子都是相对独立的，可以根据不同的商品种类，设置成不同的储物格子，如加上低温装置就变成了低温储物格子、加上保温装置就变成了保温储物格子，这样就能最大化的利用各种储物空间，提高储物格子的利用率。

（2）节省了劳动力，提高了工作效率，降低了出错率。实现了全是机械自动化控制快递包裹存取，解放了生产劳动力，节约了大量的人力资源。因为是机械控制，不存在由于单一枯燥工作出现疲劳出错的情况，从而降低了出错率且极大地提高了工作效率。由于快递机可以搭配无人配送快递车，可由无人设备取代传统的人工模式来负责相关区域的包裹收集配送，对比现在的人工模式可以解放劳动力，同时可以降低成本，减少重复劳动提高配送效率。

（3）快递机可以全天候服务。快递机可以全天候运转，不需要人力运作管理，这就使得人们什么时候都可以来快递机取快递，方便很多晚班工作的人们取快递，进而提高满意度。由于收件人不能每天都在家等着快递的到来，当出现收件人不方便取快递的情况时，快递员可以在经得收件人的同意后放到快递机里，快递机可以全天候服务，当收件人方便时可以去快递机自行取快递，这样就解决了配送时间不对应的问题，十分方便，不占用双方时间。

（4）全封闭结构。“无接触配送”便于疫情防控，也提高了安全性保护了隐私性。整个快递机采用全封闭式结构，避免了人与人之间的接触，能够在疫情防控的这个特殊时期内很好地解决所出现的问题，加强疫情防控；由于是全封闭式结构，从而也提高了包裹的安全性，极大地降低快递被偷的几率。收件人都是通过取件码取件，快递机的封闭式结构，可以使得包裹在被取出之前极大的保护用户的隐私，维护用户的权利。

（5）空间利用率高，占用资源少。在一些大城市的社区中存在快递暂时存放柜一排排的矗立在那里，在快递少或者没有的情况下，浪费了大量的土地资源，在大城市中公共土地的开发费用越来越高而且在开发时利用率还很低，这样可使用的公共面积就更加少了，这种现象在一、二线城市尤为突出，而传统方式的快递柜却占用了大量的土地资源，导致土地资源紧张，所以说充分利用快递柜占用的那部分面积就很重要，专业认知数字化智能存取快递机是地上地下两部分，使其占用的面积较小，相对于传统的快递柜来说更适合有这种情况的一、二线城市[6]。

（6）带动其他产业联动发展。快递机能够很好的减少快递的丢失，减少业主纠纷，有利于规范包裹管理，减少物业的负担。同时快递机可以加装智能配送机器人的充电桩、安装太阳能发电板、广告屏以及自动售卖机，实现更好的商业转化改变单一的盈利方式，发挥数字化快递物流设备的综合价值。

7 结论

综上所述，专业认知数字化扫描智能存取快递机，顺应了时代的发展，能够在疫情防控这个特殊的时期起到巨大作用，展现“无接触配送”，是一个具有巨大市场潜力的项目。