快遞包裹分揀機(jī)械手設(shè)計(jì)研究

李苗

摘 要：本文以近年來比較熱門的快遞包裹分揀問題為研究背景，設(shè)計(jì)出一款機(jī)械代替人工分揀中等程度重量、怕摔的快遞包裹的機(jī)械手，進(jìn)而減輕傳統(tǒng)人工作業(yè)的強(qiáng)度。

傳統(tǒng)的快遞包裹由紙質(zhì)快遞詳情單上的條形二維碼進(jìn)行識(shí)別。而本設(shè)計(jì)則應(yīng)用了一種非接觸式近距離識(shí)別信息的技術(shù)。本設(shè)計(jì)通過RFID識(shí)別系統(tǒng)所識(shí)別的到的快遞包裹上的電子標(biāo)簽中所儲(chǔ)存的信息以及各個(gè)其他傳感器所識(shí)別的信號(hào)，并將所有的識(shí)別的信號(hào)數(shù)據(jù)傳遞至控制系統(tǒng)中的PLC中進(jìn)行信號(hào)的處理，最終輸出控制機(jī)械手以及其機(jī)座動(dòng)作的控制信號(hào)控制其動(dòng)作完成快遞包裹的分揀任務(wù)。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù);傳感器;FX2N系列PLC;機(jī)械手

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，自動(dòng)控制成為了工業(yè)發(fā)展甚至人們生活中不可或缺的一部分?？爝f包裹的自動(dòng)分揀機(jī)械手的設(shè)計(jì)研究成為一種迫切的需求。它能將成千上萬的快遞包裹進(jìn)行區(qū)分分類。相比以往的人工分揀，分揀機(jī)械手系統(tǒng)有著極高的準(zhǔn)確率和效率。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，人工分揀的速度約為每小時(shí)150件，半自動(dòng)的分揀案例中的系統(tǒng)可以達(dá)到每小時(shí)約350件，而以往實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別和分揀的系統(tǒng)可以達(dá)到每小時(shí)約700件。由此可見，快遞包裹分揀機(jī)械手的設(shè)計(jì)研究對(duì)于提高我國快遞物流行業(yè)的發(fā)展有著很重要的意義。

一、快遞包裹分揀研究背景及現(xiàn)狀

現(xiàn)有的快遞分揀系統(tǒng)大部分需要在快遞包裹進(jìn)入分揀系統(tǒng)之前進(jìn)行人工拾撿快遞并用掃描儀對(duì)快遞單據(jù)進(jìn)行掃描識(shí)別單據(jù)上的信息。然后，分揀系統(tǒng)的控制系統(tǒng)才能夠根據(jù)人工掃描的單據(jù)信息進(jìn)行控制做出分揀的動(dòng)作，這在很大程度上影響了快遞分揀的速度，進(jìn)而降低了快遞包裹分揀的效率。

因此，需要改進(jìn)現(xiàn)存的人工掃描快遞單據(jù)的方案，改為自動(dòng)識(shí)別?，F(xiàn)有的快遞單據(jù)上的信息是由單據(jù)上的條形二維碼進(jìn)行傳遞識(shí)別的，這就需要掃描儀非常準(zhǔn)確的找到快遞單據(jù)位置并在快遞單據(jù)上準(zhǔn)確的找到條形二維碼所處的位置，這項(xiàng)任務(wù)對(duì)于自動(dòng)掃描識(shí)別單據(jù)的信息是至關(guān)重要的。然而，在現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備中這項(xiàng)任務(wù)是很難實(shí)現(xiàn)的，由于快遞單據(jù)位置粘貼的隨機(jī)性，機(jī)械設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)對(duì)單據(jù)上條形二維碼位置的確定。所以，需要改進(jìn)現(xiàn)有的單據(jù)傳遞信息所用的方式，利用RFID或NFC這種非接觸型近距離識(shí)別信息的技術(shù)。這兩種識(shí)別技術(shù)都不需要準(zhǔn)確的定位，只需要將信息卡和識(shí)別儀器保持在一定的距離范圍便可識(shí)別傳遞信息，可以很好地解決上述識(shí)別信息難的問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快遞包裹的自動(dòng)分揀。

二、設(shè)計(jì)綜述及整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)確定

由于本設(shè)計(jì)的研究背景為快遞包裹的分揀過程中自動(dòng)分揀機(jī)械手的設(shè)計(jì)研究。故首先介紹快遞包裹從甲地的客戶A發(fā)送至乙地的客戶B手中的整個(gè)派送流程，即從甲地客戶A到自己所在地快遞包裹受理站向自己預(yù)期的對(duì)象乙地的客戶B發(fā)送快遞開始到快遞包裹被受理站受理再到其被運(yùn)輸至快遞包裹中轉(zhuǎn)站并派送到此快遞預(yù)期的目的地受理站再至乙地客戶B手中的整個(gè)流程。

三、快遞包裹單據(jù)信息識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由上文介紹的本設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀的分析中，可知人工掃描快遞單據(jù)的方案耗時(shí)、耗力，經(jīng)濟(jì)性和高效率性都比較差，故本設(shè)計(jì)需改為自動(dòng)識(shí)別。在現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備中這項(xiàng)任務(wù)是很難實(shí)現(xiàn)的，由于快遞單據(jù)位置粘貼的隨機(jī)性，機(jī)械設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)對(duì)單據(jù)上條形二維碼位置的確定。所以，需要改進(jìn)現(xiàn)有的單據(jù)傳遞信息所用的方式，利用RFID或NFC這種非接觸型近距離識(shí)別信息的技術(shù)。這兩種識(shí)別技術(shù)都不需要準(zhǔn)確的定位，只需要將信息卡和識(shí)別儀器保持在一定的距離范圍便可識(shí)別傳遞信息，可以很好地解決上述識(shí)別信息難的問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快遞包裹的自動(dòng)分揀。

四、快遞包裹分揀機(jī)械手機(jī)械部分設(shè)計(jì)

機(jī)械手在現(xiàn)實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)中，不僅可以提高工業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)生產(chǎn)率、自動(dòng)化水平，而且可以減輕作業(yè)人員的工作強(qiáng)度，從而提高產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量以便實(shí)現(xiàn)安全的生產(chǎn)。而且隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械手的功能和性能得到了不斷改進(jìn)和提升。而且機(jī)械手在機(jī)械加工、裝配或是沖壓、鑄造、鍛造、焊接、電鍍以及熱處理、噴漆甚至是輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等不同的領(lǐng)域擔(dān)任著越來越重要的角色。

五、快遞包裹分揀機(jī)械手控制部分設(shè)計(jì)

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是其核心的系統(tǒng)，而工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的主要作用就是按照存儲(chǔ)的程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行信息采集、加工處理、分析與判斷，并在一系列的按照程序操作后做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制，最終輸出模擬信號(hào)或者是數(shù)字信號(hào)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中的執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的作業(yè)流程。

六、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

本設(shè)計(jì)的單據(jù)識(shí)別模塊是從RFID和NFC兩種非接觸識(shí)別技術(shù)中選取了RFID技術(shù)對(duì)的單據(jù)信息進(jìn)行識(shí)別。

其中，RFID技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，現(xiàn)實(shí)生活很多地方都在使用，譬如食堂的飯卡、水卡等，每一張識(shí)別所用的電子標(biāo)簽的價(jià)格成本不到一元，而NFC識(shí)別技術(shù)是近幾年剛發(fā)展起來的一種近距離信息交互的技術(shù)，由于其技術(shù)的剛剛發(fā)展因此成本比較高，現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用較多的為高價(jià)位手機(jī)的NFC識(shí)別，因此經(jīng)濟(jì)性比RFID技術(shù)較差，因此本文選擇RFID識(shí)別技術(shù)比較經(jīng)濟(jì)。