快件自動分類存取機設計

楊立坤，胡宏佳，隋英東，常 廣，唐姣庭

（齊齊哈爾大學機電工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

進入21世紀以來，科學技術和工業生產的飛躍發展，國民經濟各個部門迫切需要各種各樣質量優、性能好、效率高、能耗低、價格廉的機械產品。在這期間全世界物流行業迅速發展，上網購物已經十分普遍，快遞行業與人們生活的聯系也及其緊密。快件的進庫和出庫是快遞行業中最常見的活動，但傳統快遞行業快件的存放過程中需要大量的人力，并且快件的擺放雜亂無章，不僅造成空間的浪費而且在無形之中對工作人員的安全造成威脅，同時在尋找特定快件的過程中會浪費大量時間。為了解決這些問題，設計一種新型快件自動存取裝置。

1 總體結構

存取機的總體結構如圖1所示，主要由機械結構部分、控制部分和驅動部分三個部分組成。其中機械結構部分又可以分為帶動機械手做水平運動的直線導軌、帶動機械手做豎直運動的多級伸縮式氣缸、帶動機械手做存取運動的單桿雙作用氣缸、抓取貨物的機械手、運送貨物的輸送帶。直線導軌的驅動部分是由電機組成，多級伸縮式氣缸和單桿雙作用氣缸由氣動驅動。在總體結構上主要分為兩級，結構系統運行使用中能夠對負責范圍內的快遞進行分揀。結構運行使用中實現分揀功能需要對快遞包裝外層的條碼進行掃讀，每一個條碼中都存儲了特定的信息，讀取后其中包含的信息通過結構的信息傳輸通道傳入到控制系統中，控制系統通過信息反映來了解其中的內容并發出相對應的分揀指令。總控制系統下的各個模塊接收到指令后會快速執行，通過建立信息反饋系統來實現快遞分揀系統的全面控制，提升系統的整體配合能力，基于總體結構之上需要對軟件程序進行匯編，硬件配合軟件共同實現功能。從兩個層面來進行功能完善。快遞分揀需要根據基礎分類來將快遞投遞到指定的位置區域內，實現根據類型來進行分類，總體結構運行使用功能實現需要快遞工作人員的參與配合，將快遞包裹放置到傳輸帶中，分類配合傳輸系統來將快遞歸整到合理的位置區域，從而實現基礎快遞分揀結構體系的功能。

圖1 存取機的總體結構示意圖

2 工作過程

將貨物掃碼后PC端會自動將貨物分配到相應的貨架以及位置上并且PC端會記錄下相應貨物的各種信息，之后可將貨物放在輸送帶上，當到達指定位置之后輸送帶會停止，此時機械手會立即將貨物抓起放在相應貨倉內，之后機械手會回到原始位置待命，完成存貨過程。詳細的工作原理是當PC端發出位置信息時，控制系統會發出相應的控制命令控制輸送帶運行時間以及機械手的抓取運動以及X、Y、Z軸運動。當機械手抓住貨物時，三維傳動機構開始運行，X軸方向運動將由電動機驅動滾珠絲杠進行水平方向定位。于此同時，Y軸方向將由氣動驅動三級伸縮式氣缸進行豎直方向的定位。當X軸方向和Y軸方向定位都完成時，氣壓將驅動單桿雙作用氣缸進行Z軸方向定位。當單桿雙作用氣缸的活塞桿伸長至最大長度時機械手會松開放下貨物，之后復位完成存貨運動。取貨運動與存活運動類似，當要取出貨物時只需在PC端選中，之后三維傳動機構會定位到相應位置取出貨物，后將貨物放在輸送帶上，最后傳動機構復位，完成取貨動作。

3 控制系統的設計

選取80C196KC單片機，利用單片機實現系統的控制，通過接收由工作人員在PC端上在選取完貨物存儲位置之后發出的相應位置信息從而操控滾珠絲杠、單桿雙作用氣缸、三級伸縮式氣缸運行，從而帶動機械手運動到預定位置。

作為下位機的單片機是用來控制三維運輸設備，作為上位機的PC機是用來對單片機進行藥柜抽屜藥品大概剩余量的顯示和取藥指令的識別。因此，PC機和單片機之間需要數據的傳遞。這種通信可使用PC機的RS-232C串行口與單片機的UART串行口來實現的。本設計PC機和MCS-51系列單片機之間進行全雙工串行數據通信。連接如圖2所示，8031從TxD端輸出的TTL電平經Sp3223E轉換為PC機可以接收的RS-232C電平信號，從RXD端進入PC機，Sp3223E的供電電壓是3V。PC機從TxD端輸出的RS-232C電平經過Sp3223E轉換為TTL電平信號，經過RXD送入80C196內。

圖2 PC機與80C196間的串行通信示意圖

4 結 語

提出一種小型化、輕量化、功能化、經濟化的利用三維機械傳動設備存取貨物結構方案，通過單片機的控制，最大程度的釋放了生產力、降低了工作人員的工作量、提高了工作效率、實現對貨物更好的保存，結構簡單、成本低廉。