快递包裹分拣机械手设计研究

李苗

摘 要：本文以近年来比较热门的快递包裹分拣问题为研究背景，设计出一款机械代替人工分拣中等程度重量、怕摔的快递包裹的机械手，进而减轻传统人工作业的强度。

传统的快递包裹由纸质快递详情单上的条形二维码进行识别。而本设计则应用了一种非接触式近距离识别信息的技术。本设计通过RFID识别系统所识别的到的快递包裹上的电子标签中所储存的信息以及各个其他传感器所识别的信号，并将所有的识别的信号数据传递至控制系统中的PLC中进行信号的处理，最终输出控制机械手以及其机座动作的控制信号控制其动作完成快递包裹的分拣任务。

关键词：RFID技术;传感器;FX2N系列PLC;机械手

随着经济的发展和科技的进步，自动控制成为了工业发展甚至人们生活中不可或缺的一部分。快递包裹的自动分拣机械手的设计研究成为一种迫切的需求。它能将成千上万的快递包裹进行区分分类。相比以往的人工分拣，分拣机械手系统有着极高的准确率和效率。有数据统计，人工分拣的速度约为每小时150件，半自动的分拣案例中的系统可以达到每小时约350件，而以往实现自动识别和分拣的系统可以达到每小时约700件。由此可见，快递包裹分拣机械手的设计研究对于提高我国快递物流行业的发展有着很重要的意义。

一、快递包裹分拣研究背景及现状

现有的快递分拣系统大部分需要在快递包裹进入分拣系统之前进行人工拾捡快递并用扫描仪对快递单据进行扫描识别单据上的信息。然后，分拣系统的控制系统才能够根据人工扫描的单据信息进行控制做出分拣的动作，这在很大程度上影响了快递分拣的速度，进而降低了快递包裹分拣的效率。

因此，需要改进现存的人工扫描快递单据的方案，改为自动识别。现有的快递单据上的信息是由单据上的条形二维码进行传递识别的，这就需要扫描仪非常准确的找到快递单据位置并在快递单据上准确的找到条形二维码所处的位置，这項任务对于自动扫描识别单据的信息是至关重要的。然而，在现有的机械设备中这项任务是很难实现的，由于快递单据位置粘贴的随机性，机械设备很难实现对单据上条形二维码位置的确定。所以，需要改进现有的单据传递信息所用的方式，利用RFID或NFC这种非接触型近距离识别信息的技术。这两种识别技术都不需要准确的定位，只需要将信息卡和识别仪器保持在一定的距离范围便可识别传递信息，可以很好地解决上述识别信息难的问题，进而实现快递包裹的自动分拣。

二、设计综述及整体设计结构确定

由于本设计的研究背景为快递包裹的分拣过程中自动分拣机械手的设计研究。故首先介绍快递包裹从甲地的客户A发送至乙地的客户B手中的整个派送流程，即从甲地客户A到自己所在地快递包裹受理站向自己预期的对象乙地的客户B发送快递开始到快递包裹被受理站受理再到其被运输至快递包裹中转站并派送到此快递预期的目的地受理站再至乙地客户B手中的整个流程。

三、快递包裹单据信息识别系统设计

由上文介绍的本设计的研究现状的分析中，可知人工扫描快递单据的方案耗时、耗力，经济性和高效率性都比较差，故本设计需改为自动识别。在现有的机械设备中这项任务是很难实现的，由于快递单据位置粘贴的随机性，机械设备很难实现对单据上条形二维码位置的确定。所以，需要改进现有的单据传递信息所用的方式，利用RFID或NFC这种非接触型近距离识别信息的技术。这两种识别技术都不需要准确的定位，只需要将信息卡和识别仪器保持在一定的距离范围便可识别传递信息，可以很好地解决上述识别信息难的问题，进而实现快递包裹的自动分拣。

四、快递包裹分拣机械手机械部分设计

机械手在现实的工业生产中，不仅可以提高工业生产的劳动生产率、自动化水平，而且可以减轻作业人员的工作强度，从而提高产品生产的质量以便实现安全的生产。而且随着生产发展的需要以及科学技术的不断进步，机械手的功能和性能得到了不断改进和提升。而且机械手在机械加工、装配或是冲压、铸造、锻造、焊接、电镀以及热处理、喷漆甚至是轻工业、交通运输业等不同的领域担任着越来越重要的角色。

五、快递包裹分拣机械手控制部分设计

在机电一体化系统中工业控制计算机是其核心的系统，而工业控制计算机的主要作用就是按照存储的程序对系统进行信息采集、加工处理、分析与判断，并在一系列的按照程序操作后做出相应的调节和控制，最终输出模拟信号或者是数字信号对机械系统中的执行系统进行控制，最终实现机电一体化的作业流程。

六、技术经济分析

本设计的单据识别模块是从RFID和NFC两种非接触识别技术中选取了RFID技术对的单据信息进行识别。

其中，RFID技术已经发展的相当成熟，现实生活很多地方都在使用，譬如食堂的饭卡、水卡等，每一张识别所用的电子标签的价格成本不到一元，而NFC识别技术是近几年刚发展起来的一种近距离信息交互的技术，由于其技术的刚刚发展因此成本比较高，现实中应用较多的为高价位手机的NFC识别，因此经济性比RFID技术较差，因此本文选择RFID识别技术比较经济。