新型快递分区收发装置

赵祉昕+陈立+刘丽娜

摘 要：快递行业发展迅速，而快递公司难以在短时间内提供在运输和寄发过程中所需的专业设备。尤其是在快递件的派送中，基本上依靠人力，易产生暴力运输和派件现场混乱无序等现象。为了简化快递员的工作，并提高快递分发效率，树立快递运输行业的文明形象，设计了单双环分区储物存取装置。该装置主要包括机械部分和控制部分，机械部分主要由齿轮离合机构、齿轮齿条机构、联轴机构等组成，控制部分主要由电机、驱动电路、单片机等组成。通过机械部分与控制部分的配合使用，可以实现快递员存储货物和收件人自行领取货物。整个装置分为外框架、大件储物台框架、小件储物台框架、大件储物台、小件储物台、运送平台和驱动装置。储物台安置在储物台框架上，储物台框架安装在外框架上，运送平台安装在装置中心的立柱上，驱动装置为整体机构提供动力。为了充分利用空间，该装置将小件储物台分为内储存区和外储存区，外储存区固定，内储存区与外储存区通过转盘轴承连接，使其可以相对外储存区转动。通过这些机构的组合可以实现运送平台对各个储物区的取放货物，并充分利用空间。

關键词：快递；机电一体化；驱动装置；简单联轴机构

中图分类号：F259.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.047

1 项目的研究内容和研究目标

本文研究了一种具有快件收发功能的储物存取装置，它能够有效地节省快件储存空间，简化快递员的派件流程，节约快递员的时间，并提高用户领取快件的效率。主要研究内容如下：①如何读取快件信息以及判断快件大小；②如何对不同大小的快件进行分区储存，节约储存空间；③如何设计机械机构来完成快件的存放动作。

2 拟采取的研究方法和技术路线

2.1 实施方案

拆去外壳的内部结构三维效果图如图1所示。

图1为该装置的内部结构图，快递员派件时，快递通过运送平台，快件由快件进出口送入或送出。对于大件储物台的物品，运送平台运动至相应位置时直接将其储放或取出；小件储物台则分为内环储存区和外环储存区。

如图2所示，外储存区固定，内环储存区通过转盘轴承与外环储存区连接，使其可以相对外储存区转动。内环储物区上的货物可以通过内环和运送平台上推板的同步运动直接存取；存取外环储存区上货物时，内储存区旋转，使内储存区上的传送带所在位置与外储存区取放物品的位置相对应，外储存区的储物平台的推板先将物品推送到传送带上，再通过传送带传送到运送平台上，放货时流程相反。以下进行详细介绍。

2.1.1 快件信息获取和信息发送

快递员在派件时，快递员进入派件界面后，将需要派送的快件的条形码对准条形码扫描装置进行扫描，系统获得快递单号后联网查询快递信息，获取收件人预留手机号，并自动给收件人发送取件提示短信，提示取货；装置开始将快件送入装置入口，入口处设有测量光幕，用于测量快件的长度和宽度，系统得出快件尺寸后迅速配置一个大小合适的储物区，之后分为大件和小件。用户发快递时工作流程相反。

2.1.2 不同大小快件的储存

为了对不同大小快件的分区储存，运动平台需要完成升降与推送运动，储物台需要完成圆周运动。

2.1.2.1 运动平台的推送运动

运送平台侧板上安装有丝杆驱动电机，电机驱动滚珠丝杠运动，带动推板，实现对货物的推送运动。与之相对应的每个储存单元配有滚珠丝杠和与套筒固连的推板。两丝杠通过联轴结构连接，电机驱动丝杠可以使两部分推板同步运动。初始状态为运送平台上的推板位于最末端，储存单元上的推板位于最始端。

存取快递件时，电机驱动运送平台上的滚珠丝杠，通过联轴结构带动储物台上的滚珠丝杠转动，使两部分推板进行同方向的直线运动，从而将快递件储存或取出。

由于运送平台运动到储物台的相应位置时，会存在一定位置上的误差，所以，联轴结构需要在一定误差范围的前提下实现联轴功能。

2.1.2.2 运动平台的升降运动

为了实现运动平台的升降运动，选用齿轮齿条机构。齿条固定在竖直导轨上，升降电机安装在运送平台上。升降电机驱动齿轮转动，通过齿轮齿条的啮合运动带动运送平台沿竖直轨道进行升降运动。为了保证齿轮齿条啮合的重合度，我们设计了齿轮齿条限位支座。

2.1.2.3 储物台的圆周运动

齿轮离合机构如图3所示。

为了实现储物台的圆周运动，我们设计了如图3所示的齿轮离合机构。齿轮离合机构位于装置底板上，通过离合齿轮3与齿轮2、齿轮5的分别啮合，相应实现小件储物台内储存区的转动或运送平台的圆周运动。如图3所示，电机通过齿轮传动将动力传至离合齿轮，当舵机驱动离合齿轮啮合时，实现运送平台的圆周运动；离合齿轮啮合时，将动力传至齿轮1，齿轮1与小件储物台上的内齿轮啮合，从而实现小件储物台内环的转动。

2.1.2.4 不同大小快递储存的整体流程

快递员派件时，快件经检测的尺寸划定为小件物品，且空闲小件区为外圈小件区时，系统控制舵机将主电机输出与小件存储载物台内的齿轮相连接，从而使小件存储载物台旋转，严格控制电机转动角度，使空闲小件储物区到达小件储物区传送带传送装置处；升降电机开始工作，严格控制电机转动角度，使运送平台到达与载物台平齐的高度。此时，运送平台上电机旋转，使推板推送快件进入传送装置处，接着由传送装置传送至小件储物区。

经检测为大件物品时，系统控制舵机将主电机输出与主轴齿轮相连接，电机带动主轴旋转至所选储物区所在绝对角度值，升降电机开始工作，严格控制电机转动角度，使运送平台到达与载物台平齐的高度。此时，推送电机旋转，使快件进入相应的储物区。

用户取件时，系统的工作流程和快递员派件大致相反，在此不再赘述。

2.1.3 控制部分

2.1.3.1 舵机控制

在本装置中，舵机的主要用处就是主电机输出换向，在存储小件物品到外圈小件存储区时，需要小件存储区载物台转动。因此，系统需要控制舵机将主电机输出接至载物台使之转动。当存储区在其他位置时，系统控制舵机将主电机输出接至主轴，使主轴旋转，从而完成小车的旋转运动。

2.1.3.2 步进电机控制

对于主电机控制，由于该装置对定位精准度要求较高，因此，我们采用电容接近开关来辅助步进电机精准定位。精准定位原理为：在小车每一个精准停车位置的临近位置处装有與框架材质大为不同的传感器作用件，系统驱动主电机旋转，使小车与目的储物区相对接近，无限靠近传感作用件时，装在小车末端的电容传感器检测到这一信号，系统开始控制主电机减速，刹车，记录这一过程中的脉冲总数，作为下一次减速补偿脉冲个数的依据，从而有效缩小误差范围，提高了小车停车的精确度，有利于下一步机械对接的完成。

对于升降电机控制，在升降过程中需要小车精准停车，其原理大致与主电机停车相同：系统控制升降电机上下移动，在无限靠近精准停车位置处，传感器接收到停车预备信号，电机开始减速，使小车精准停靠。

对于小车推送电机控制，此部分不需要小车精准停车，我们拟采用光电测距传感器实时检测小车与主轴（取货）或外壁（存货）之间的距离。当检测到小车运动距离大于储物区长度的4/5时，即可认为小车已经完成货物的存取动作，电机停止工作。

2.2 技术路线

完成本项目的设计及制作，我们设计了如图4所示的技术路线。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕