新型快遞分區(qū)收發(fā)裝置

趙祉昕+陳立+劉麗娜

摘 要：快遞行業(yè)發(fā)展迅速，而快遞公司難以在短時(shí)間內(nèi)提供在運(yùn)輸和寄發(fā)過程中所需的專業(yè)設(shè)備。尤其是在快遞件的派送中，基本上依靠人力，易產(chǎn)生暴力運(yùn)輸和派件現(xiàn)場(chǎng)混亂無序等現(xiàn)象。為了簡(jiǎn)化快遞員的工作，并提高快遞分發(fā)效率，樹立快遞運(yùn)輸行業(yè)的文明形象，設(shè)計(jì)了單雙環(huán)分區(qū)儲(chǔ)物存取裝置。該裝置主要包括機(jī)械部分和控制部分，機(jī)械部分主要由齒輪離合機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸機(jī)構(gòu)等組成，控制部分主要由電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)等組成。通過機(jī)械部分與控制部分的配合使用，可以實(shí)現(xiàn)快遞員存儲(chǔ)貨物和收件人自行領(lǐng)取貨物。整個(gè)裝置分為外框架、大件儲(chǔ)物臺(tái)框架、小件儲(chǔ)物臺(tái)框架、大件儲(chǔ)物臺(tái)、小件儲(chǔ)物臺(tái)、運(yùn)送平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)裝置。儲(chǔ)物臺(tái)安置在儲(chǔ)物臺(tái)框架上，儲(chǔ)物臺(tái)框架安裝在外框架上，運(yùn)送平臺(tái)安裝在裝置中心的立柱上，驅(qū)動(dòng)裝置為整體機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。為了充分利用空間，該裝置將小件儲(chǔ)物臺(tái)分為內(nèi)儲(chǔ)存區(qū)和外儲(chǔ)存區(qū)，外儲(chǔ)存區(qū)固定，內(nèi)儲(chǔ)存區(qū)與外儲(chǔ)存區(qū)通過轉(zhuǎn)盤軸承連接，使其可以相對(duì)外儲(chǔ)存區(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過這些機(jī)構(gòu)的組合可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)送平臺(tái)對(duì)各個(gè)儲(chǔ)物區(qū)的取放貨物，并充分利用空間。

關(guān)鍵詞：快遞；機(jī)電一體化；驅(qū)動(dòng)裝置；簡(jiǎn)單聯(lián)軸機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：F259.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.047

1 項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容和研究目標(biāo)

本文研究了一種具有快件收發(fā)功能的儲(chǔ)物存取裝置，它能夠有效地節(jié)省快件儲(chǔ)存空間，簡(jiǎn)化快遞員的派件流程，節(jié)約快遞員的時(shí)間，并提高用戶領(lǐng)取快件的效率。主要研究?jī)?nèi)容如下：①如何讀取快件信息以及判斷快件大??；②如何對(duì)不同大小的快件進(jìn)行分區(qū)儲(chǔ)存，節(jié)約儲(chǔ)存空間；③如何設(shè)計(jì)機(jī)械機(jī)構(gòu)來完成快件的存放動(dòng)作。

2 擬采取的研究方法和技術(shù)路線

2.1 實(shí)施方案

拆去外殼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)三維效果圖如圖1所示。

圖1為該裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，快遞員派件時(shí)，快遞通過運(yùn)送平臺(tái)，快件由快件進(jìn)出口送入或送出。對(duì)于大件儲(chǔ)物臺(tái)的物品，運(yùn)送平臺(tái)運(yùn)動(dòng)至相應(yīng)位置時(shí)直接將其儲(chǔ)放或取出；小件儲(chǔ)物臺(tái)則分為內(nèi)環(huán)儲(chǔ)存區(qū)和外環(huán)儲(chǔ)存區(qū)。

如圖2所示，外儲(chǔ)存區(qū)固定，內(nèi)環(huán)儲(chǔ)存區(qū)通過轉(zhuǎn)盤軸承與外環(huán)儲(chǔ)存區(qū)連接，使其可以相對(duì)外儲(chǔ)存區(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)環(huán)儲(chǔ)物區(qū)上的貨物可以通過內(nèi)環(huán)和運(yùn)送平臺(tái)上推板的同步運(yùn)動(dòng)直接存??；存取外環(huán)儲(chǔ)存區(qū)上貨物時(shí)，內(nèi)儲(chǔ)存區(qū)旋轉(zhuǎn)，使內(nèi)儲(chǔ)存區(qū)上的傳送帶所在位置與外儲(chǔ)存區(qū)取放物品的位置相對(duì)應(yīng)，外儲(chǔ)存區(qū)的儲(chǔ)物平臺(tái)的推板先將物品推送到傳送帶上，再通過傳送帶傳送到運(yùn)送平臺(tái)上，放貨時(shí)流程相反。以下進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1.1 快件信息獲取和信息發(fā)送

快遞員在派件時(shí)，快遞員進(jìn)入派件界面后，將需要派送的快件的條形碼對(duì)準(zhǔn)條形碼掃描裝置進(jìn)行掃描，系統(tǒng)獲得快遞單號(hào)后聯(lián)網(wǎng)查詢快遞信息，獲取收件人預(yù)留手機(jī)號(hào)，并自動(dòng)給收件人發(fā)送取件提示短信，提示取貨；裝置開始將快件送入裝置入口，入口處設(shè)有測(cè)量光幕，用于測(cè)量快件的長(zhǎng)度和寬度，系統(tǒng)得出快件尺寸后迅速配置一個(gè)大小合適的儲(chǔ)物區(qū)，之后分為大件和小件。用戶發(fā)快遞時(shí)工作流程相反。

2.1.2 不同大小快件的儲(chǔ)存

為了對(duì)不同大小快件的分區(qū)儲(chǔ)存，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)需要完成升降與推送運(yùn)動(dòng)，儲(chǔ)物臺(tái)需要完成圓周運(yùn)動(dòng)。

2.1.2.1 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的推送運(yùn)動(dòng)

運(yùn)送平臺(tái)側(cè)板上安裝有絲桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)推板，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的推送運(yùn)動(dòng)。與之相對(duì)應(yīng)的每個(gè)儲(chǔ)存單元配有滾珠絲杠和與套筒固連的推板。兩絲杠通過聯(lián)軸結(jié)構(gòu)連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠可以使兩部分推板同步運(yùn)動(dòng)。初始狀態(tài)為運(yùn)送平臺(tái)上的推板位于最末端，儲(chǔ)存單元上的推板位于最始端。

存取快遞件時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)送平臺(tái)上的滾珠絲杠，通過聯(lián)軸結(jié)構(gòu)帶動(dòng)儲(chǔ)物臺(tái)上的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩部分推板進(jìn)行同方向的直線運(yùn)動(dòng)，從而將快遞件儲(chǔ)存或取出。

由于運(yùn)送平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到儲(chǔ)物臺(tái)的相應(yīng)位置時(shí)，會(huì)存在一定位置上的誤差，所以，聯(lián)軸結(jié)構(gòu)需要在一定誤差范圍的前提下實(shí)現(xiàn)聯(lián)軸功能。

2.1.2.2 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)

為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)，選用齒輪齒條機(jī)構(gòu)。齒條固定在豎直導(dǎo)軌上，升降電機(jī)安裝在運(yùn)送平臺(tái)上。升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪齒條的嚙合運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)運(yùn)送平臺(tái)沿豎直軌道進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)。為了保證齒輪齒條嚙合的重合度，我們?cè)O(shè)計(jì)了齒輪齒條限位支座。

2.1.2.3 儲(chǔ)物臺(tái)的圓周運(yùn)動(dòng)

齒輪離合機(jī)構(gòu)如圖3所示。

為了實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)物臺(tái)的圓周運(yùn)動(dòng)，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖3所示的齒輪離合機(jī)構(gòu)。齒輪離合機(jī)構(gòu)位于裝置底板上，通過離合齒輪3與齒輪2、齒輪5的分別嚙合，相應(yīng)實(shí)現(xiàn)小件儲(chǔ)物臺(tái)內(nèi)儲(chǔ)存區(qū)的轉(zhuǎn)動(dòng)或運(yùn)送平臺(tái)的圓周運(yùn)動(dòng)。如圖3所示，電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)將動(dòng)力傳至離合齒輪，當(dāng)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)離合齒輪嚙合時(shí)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)送平臺(tái)的圓周運(yùn)動(dòng)；離合齒輪嚙合時(shí)，將動(dòng)力傳至齒輪1，齒輪1與小件儲(chǔ)物臺(tái)上的內(nèi)齒輪嚙合，從而實(shí)現(xiàn)小件儲(chǔ)物臺(tái)內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.1.2.4 不同大小快遞儲(chǔ)存的整體流程

快遞員派件時(shí)，快件經(jīng)檢測(cè)的尺寸劃定為小件物品，且空閑小件區(qū)為外圈小件區(qū)時(shí)，系統(tǒng)控制舵機(jī)將主電機(jī)輸出與小件存儲(chǔ)載物臺(tái)內(nèi)的齒輪相連接，從而使小件存儲(chǔ)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)，嚴(yán)格控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使空閑小件儲(chǔ)物區(qū)到達(dá)小件儲(chǔ)物區(qū)傳送帶傳送裝置處；升降電機(jī)開始工作，嚴(yán)格控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使運(yùn)送平臺(tái)到達(dá)與載物臺(tái)平齊的高度。此時(shí)，運(yùn)送平臺(tái)上電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使推板推送快件進(jìn)入傳送裝置處，接著由傳送裝置傳送至小件儲(chǔ)物區(qū)。

經(jīng)檢測(cè)為大件物品時(shí)，系統(tǒng)控制舵機(jī)將主電機(jī)輸出與主軸齒輪相連接，電機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)至所選儲(chǔ)物區(qū)所在絕對(duì)角度值，升降電機(jī)開始工作，嚴(yán)格控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使運(yùn)送平臺(tái)到達(dá)與載物臺(tái)平齊的高度。此時(shí)，推送電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使快件進(jìn)入相應(yīng)的儲(chǔ)物區(qū)。

用戶取件時(shí)，系統(tǒng)的工作流程和快遞員派件大致相反，在此不再贅述。

2.1.3 控制部分

2.1.3.1 舵機(jī)控制

在本裝置中，舵機(jī)的主要用處就是主電機(jī)輸出換向，在存儲(chǔ)小件物品到外圈小件存儲(chǔ)區(qū)時(shí)，需要小件存儲(chǔ)區(qū)載物臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，系統(tǒng)需要控制舵機(jī)將主電機(jī)輸出接至載物臺(tái)使之轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)存儲(chǔ)區(qū)在其他位置時(shí)，系統(tǒng)控制舵機(jī)將主電機(jī)輸出接至主軸，使主軸旋轉(zhuǎn)，從而完成小車的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

2.1.3.2 步進(jìn)電機(jī)控制

對(duì)于主電機(jī)控制，由于該裝置對(duì)定位精準(zhǔn)度要求較高，因此，我們采用電容接近開關(guān)來輔助步進(jìn)電機(jī)精準(zhǔn)定位。精準(zhǔn)定位原理為：在小車每一個(gè)精準(zhǔn)停車位置的臨近位置處裝有與框架材質(zhì)大為不同的傳感器作用件，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)主電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使小車與目的儲(chǔ)物區(qū)相對(duì)接近，無限靠近傳感作用件時(shí)，裝在小車末端的電容傳感器檢測(cè)到這一信號(hào)，系統(tǒng)開始控制主電機(jī)減速，剎車，記錄這一過程中的脈沖總數(shù)，作為下一次減速補(bǔ)償脈沖個(gè)數(shù)的依據(jù)，從而有效縮小誤差范圍，提高了小車停車的精確度，有利于下一步機(jī)械對(duì)接的完成。

對(duì)于升降電機(jī)控制，在升降過程中需要小車精準(zhǔn)停車，其原理大致與主電機(jī)停車相同：系統(tǒng)控制升降電機(jī)上下移動(dòng)，在無限靠近精準(zhǔn)停車位置處，傳感器接收到停車預(yù)備信號(hào)，電機(jī)開始減速，使小車精準(zhǔn)?？?。

對(duì)于小車推送電機(jī)控制，此部分不需要小車精準(zhǔn)停車，我們擬采用光電測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)小車與主軸（取貨）或外壁（存貨）之間的距離。當(dāng)檢測(cè)到小車運(yùn)動(dòng)距離大于儲(chǔ)物區(qū)長(zhǎng)度的4/5時(shí)，即可認(rèn)為小車已經(jīng)完成貨物的存取動(dòng)作，電機(jī)停止工作。

2.2 技術(shù)路線

完成本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及制作，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖4所示的技術(shù)路線。

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〔編輯：張思楠〕