基于射頻技術的智慧物流分撥倉

李興國+端木希睿+廖鴻輝+陳麟杰+郭賀朋

摘 要：本文介紹了一種通過曲柄滑塊結構完成分揀的物流機械系統。本系統采用STM32F103控制，通過射頻閱讀器檢測識別快件，步進電機實現對曲柄結構的控制進而完成對快件的分撥。整個系統能夠完成快件信息的高速讀取與分揀，易于組裝和系統優化。

關鍵詞：物流分揀 射頻 RFID 曲柄滑塊

中圖分類號：TH1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）09-0-01

緒論

目前我國物流業中存在包裹分揀速度慢，人工費時費力，分揀動作不規范化導致包裹受損等問題，國外有能夠完成自動化分揀的物流機器人，但造價昂貴，并不能適用于中國物流訂單量大，物流包裹大小不一的情況。針對這些問題本文介紹了一種新型的能夠通過RFID技術幫助物流中轉中心完成自動化分揀的設備，可以通過在現有的分撥倉傳送帶上加裝步進電機驅動的曲柄滑塊結構的物流分揀推手完成分揀動作，并配合緩沖軌道保護包裹的安全。

一、曲柄滑塊結構

本設計的主要運動部件是四桿滑塊機構，四桿中除機架以外其余三桿依次是主動桿、中間桿和推桿，其長度依次為97mm、197mm、300mm（此長度是執行長度，即除去了螺栓聯接部分和兩端的長度）。主動桿的轉速可以根據相應的實際情況進行更改，初步設置為2.5r/s（即150r/s）。

二、分撥機主要機構簡單運動學、力學計算

假設傳送帶的寬度是300mm，運行速度是1m/s，傳送帶與被傳送的物體之間的摩擦因數μ為0.36，物體被傳送時放置于傳送帶的中間，取重力加速度為9.8N/Kg。在某一位置處有一個分撥裝置，分撥裝置給被傳送物體的加速時間為0.14s，即傳送帶運動0.14m，由分撥裝置的結構可知加速距離為13.5cm，推桿的平均加速度約為12.3m/s2，設某一物體的質量是1.75Kg，則推桿的推力至少應為21.525N。

所以分撥機給物體（快遞）的合力為：；

有上述的計算可知，橫向分撥裝置在推出被傳送的物體的過程中的平均速度是，橫向分撥裝置的最前端的理論安裝位置是距傳送帶邊緣（分撥裝置安裝一側）30mm。

由上述計算可簡單計算出四桿滑塊機構中的主動桿上端應該提供的垂直于主動桿的力的大小為35.80N，所以主動桿所提供的扭矩為3.33N·m，考慮到四桿滑塊機構其本身質量和作用在其自身的加速度的影響，步進電機的輸出扭矩選擇3.5N·m，由功率計算公式初略計算出步進電機的瞬時功率為49.48w。結合步進電機轉速和扭矩綜合考慮（150r/min、3.5N·m），步進電機的型號選為57BYG250-76（自帶減速器，減速比為1∶7.5，輸出扭矩最大可達1.48×7.5=11.1）。

三、MCU控制簡述

本系統采用ST公司的stm32f103rbt6為核心控制器，通過與閱讀器進行通信，實現對快件的物流信息獲取，然后通過協調器將其交付給數據服務器并判斷快件是否發錯或者返回，以及對快件的分撥。其整體功能圖如圖2所示。

首先協調器通過閱讀器對電子標簽上的信息進行讀取，并將該信息傳回數據庫服務器上判斷該包裹是否應當發往本分撥中心，如果不是，就會提醒工作人員進行檢查，該快件是發錯、還是需要返回的快件，如果是就將快件放入傳帶上，在信息比對確認是發往該分撥中心后，將相應信令通過CAN控制器發送給控制相應的分撥機械手的MCU，在MCU內部，使用隊列（Queue）這一先進先出（FIFO）的數據結構對信令進行存儲，采用循環隊列實現存儲功能。

當控制相應的分撥機械手的MCU接收到來自CAN總線的命令的時候，接收報文，并將控制信息進行入隊操作，存儲控制信息其入隊存儲實現如圖3左圖所示；MCU通過外部的傳感器是否掃描到有快件通過來實現對存儲信息的控制隊列進行出隊的操作，并對控制信息進行判斷，如果控制信息內容是0就不對快件進行操作，如果控制信息內容是1，MCU對步進電機的控制器發送控制信號，進而步進電機控制器對步進電機進行勵磁，從而帶動機械臂，將快件分撥到收納網中，其流程圖如圖3右圖所示。當分撥機械手分撥的快件達到一定的數量的時候，MCU會自己發出提示提醒工作人員將物品收納網進行打包。

結束語

以上通過曲柄滑塊結構完成分揀的物流機械系統，以STM32F103為控制系統，通過射頻閱讀器快速讀取快件上的電子標簽上的信息，來實現快件高效的分揀。經實驗檢測此分揀設備能夠在一分鐘內完成50次物流的分揀工作，通過機械及自動化來代替人工枯燥的勞動是未來必然的趨勢，是一種解決物流問題的可靠方案。

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