基于豎直方向的智能物流分揀裝置的設(shè)計(jì)研究

劉均勇 林啟模 駱岷 吳樂成 李永恒

摘要：本項(xiàng)目主要針對(duì)中小型物流分揀中心，為提高分揀工作效率，提出一種以豎直方向的快遞物流件自動(dòng)識(shí)別分揀系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，使物流分揀中心變得更加智能化，從而代替人工、提高效率和降低成本。

關(guān)鍵詞：分揀系統(tǒng)，設(shè)計(jì)，智能化，自動(dòng)識(shí)別;

1.引言

物流行業(yè)迅猛發(fā)展，需要分揀的物件量增大，人工分揀很難滿足需求。很多 大型的分揀中心都有專業(yè)的分揀裝置，但這些設(shè)備價(jià)格昂量，并且整個(gè)分揀系統(tǒng)占地面積廣，中小型分揀中心難以接受。本項(xiàng)目研究主要面向中小型的物流分揀中心，目的在于提供-種設(shè)計(jì)合理、消費(fèi)水平相對(duì)較低的中小型物流分揀裝置，使快遞包裹分類更加的方便快捷，大大降低快遞分發(fā)的強(qiáng)度的一特自動(dòng)掃碼分揀快遞的裝置，滿足中小型分揀中心的追切需求。

2.智能物流分揀系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要由基于豎直方向設(shè)計(jì)的傳送部分、識(shí)別部分、分揀部分、擴(kuò)展部分組成。傳送部分由普通傳送帶、基于豎直方向的傳送帶和STM32控制模塊組成，STM32通過傳感器和其他模塊獲取傳送帶的速度信息、快遞在傳送帶是否重疊、快遞是否準(zhǔn)確到達(dá)另外的傳送帶等信息，然后STM32通過處理和分析這些信息來控制傳送帶的運(yùn)行。識(shí)別部分由一組合攝像頭和樹莓派組成，一組合攝像頭能夠從不同角度拍攝，這樣能夠確保快遞的條形碼或者二維碼被準(zhǔn)確掃描識(shí)別，樹莓派用于處理攝像頭獲取的照片并處理和分析從圖片的二維碼中獲取準(zhǔn)確的信息然后傳遞給分揀模塊。分揀部分由STM32模塊和氣缸推板組成，STM32會(huì)根據(jù)從樹莓派獲取的快遞二維碼或者條形碼信息，通過處理分析來控制氣缸推板將快遞在特定的位置被推出。擴(kuò)展部分由顯示屏幕、手機(jī)終端、網(wǎng)絡(luò)終端等組成，我們可以通過擴(kuò)展部分來知道傳送帶具體信息，比如傳送帶速度、分揀是否正常運(yùn)行、具體分揀的數(shù)量、分揀的快遞各個(gè)地區(qū)的數(shù)量等。

3.智能物流分揀裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1?輸送裝置

輸送裝置由傳送帶構(gòu)成，第一個(gè)普通的傳送帶主要起到傳送貨物作用，并且能夠?qū)⒖爝f傳送到另外一個(gè)基于豎直設(shè)計(jì)的傳送，保證快遞有序分揀。第二個(gè)傳送帶是基于豎直設(shè)計(jì)的傳送帶，豎直的設(shè)計(jì)能夠有效的減少占地面積。并且它是具有分層結(jié)構(gòu)的，這樣可以確?？爝f能一個(gè)有序分揀和不出問題。

3.2 掃描裝置

掃描裝置的作用是獲取快遞上的二維碼或者條形碼圖片數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳送給相應(yīng)的STM32單片機(jī)來處理。該攝像頭裝置有2大部分，第一部分由在傳送帶正上方的攝像頭組成，第二部分由一個(gè)位于傳送帶另一方的攝像頭組成，可以確保快遞的二維碼處于不同位置都能被攝像頭拍到并且獲取信息。

3.3?分類裝置

分類裝置由以氣缸為推力的推板組成，它是在基于基于豎直設(shè)計(jì)的傳送側(cè)邊的。為了保證推板的強(qiáng)度，采用鋁合金為內(nèi)部材料。同時(shí)在其外面覆蓋一層塑料，以減少摩擦力帶來的損害，以及保證推動(dòng)的流暢性。

3.4處理裝置

處理裝置由樹莓派和STM32組成，樹莓派它是一款基于ARM的微型電腦主板，以SD/MicroSD卡為內(nèi)存硬盤，卡片主板周圍有1/2/4個(gè)USB接口和一個(gè)10/100 以太網(wǎng)接口（A型沒有網(wǎng)口），可連接鍵盤、鼠標(biāo)和網(wǎng)線，同時(shí)擁有視頻模擬信號(hào)的電視輸出接口和HDMI高清視頻輸出接口，以上部件全部整合在一張僅比信用卡稍大的主板上，具備所有PC的基本功能只需接通電視機(jī)和鍵盤，就能執(zhí)行如電子表格、文字處理、播放高清視頻等諸多功能。它的芯片處理能力能滿足圖片處理程序和將信息傳遞給顯示屏幕、手機(jī)終端、網(wǎng)絡(luò)終端等。

4.智能物流分揀裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1分揀控制系統(tǒng)

STM32會(huì)根據(jù)從樹莓派獲取的快遞二維碼或者條形碼信息，通過處理分析來控制氣缸推板將快遞在特定的位置被推出。STM32T通過接收傳送帶上速度感應(yīng)模塊、傳送帶上快遞是否正確分揀驗(yàn)證模塊的信息進(jìn)行處理+分析來控制傳送帶的運(yùn)行。

4.2 識(shí)別系統(tǒng)

識(shí)別系統(tǒng)的原理是將攝像頭獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并且提取出有效的條形碼或者二維碼數(shù)據(jù)傳送給分揀控制系統(tǒng)處理。識(shí)別模塊采用了視覺算法，其中用到了OpenCV庫(kù)和Zbar庫(kù)，OpenCV庫(kù)的函數(shù)能夠?qū)D片進(jìn)行灰度、高斯平滑濾波 、求水平和垂直方向灰度圖像的梯度差、均值濾波，消除高頻噪聲、二值化、閉運(yùn)算，填充條形碼間隙、腐蝕、膨脹等進(jìn)行很有效的處理，在此之后找到條形碼區(qū)域的矩形邊界，然后再利用Zbar庫(kù)的函數(shù)對(duì)圖片進(jìn)行處理，兩者結(jié)合可以更加有效的處理圖片和提取出圖片中的二維碼信息。

4.3擴(kuò)展系統(tǒng)

樹莓派將STM32傳過來的各個(gè)模塊的信息通過WIFI傳給手機(jī)終端、網(wǎng)絡(luò)終端顯示，并且控制屏幕顯示，讓我們能實(shí)時(shí)看到系統(tǒng)信息。

5.智能物流分揀裝置功能應(yīng)用

（1）能連續(xù)、大批量地分揀貨物：由于采用大生產(chǎn)中使用的流水線自動(dòng)作業(yè)方式，自動(dòng)分揀系統(tǒng)不受氣候、時(shí)間、人的體力等限制，可以連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)自動(dòng)分揀系統(tǒng)單位時(shí)間分揀件數(shù)多，因此自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分揀能力比人工分揀系統(tǒng)具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

（2）分揀作業(yè)基本實(shí)現(xiàn)無人化：減少人員的使用，減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人員的工作效率，最大限度地減少人員的使用，基本做到無人化。

（3）適用于中小型分揀中心的分揀系統(tǒng)： 設(shè)計(jì)了一種適用于中小型分揀中心的分揀系統(tǒng)，對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上分揀機(jī)不足進(jìn)行了一定的改善。

6.結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)靈敏可靠、操作方便、具有很 強(qiáng)的可擴(kuò)展性、適合實(shí)驗(yàn)開發(fā)、教學(xué)研究等多個(gè) 領(lǐng)域，同時(shí)為整個(gè)智能家居控制系統(tǒng)提供了一 個(gè)設(shè)計(jì)思路，具有較好的實(shí)用性與應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]張鋒，歐陽(yáng)鑫玉，趙一帆，趙楠楠. 快遞包裹智能分揀主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 遼寧科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，43（05）：368-376.

[2]何曉磊，王皓平. 快遞自動(dòng)分揀系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)高新科技，2020，（15）：145-146.

[3]. 智能分揀，不負(fù)重托?西門子SINAMICS V90伺服系統(tǒng)在快遞智能分揀中的應(yīng)用[J]. 自動(dòng)化博覽，2020，（07）：34-35.

[4]杜春寬，江凌云，陳國(guó)美. 基于TRIZ理論的自動(dòng)分揀快件裝置的設(shè)計(jì)與研究[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，41（04）：59-63.

[5]楊麗，范江波. 基于STM32F103的智能快遞分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，18（03）：139-143.

（北部灣大學(xué)?廣西?欽州?535011）