自動全方位掃碼裝置的設(shè)計

江浩 周珣 朱靜 郭清

摘? 要：隨著網(wǎng)絡(luò)商務(wù)和網(wǎng)上購物的迅速發(fā)展，很多行業(yè)對于快遞業(yè)的要求越來越高。目前，在快遞分配的環(huán)節(jié)中，有一項重要的步驟就是掃碼分揀。這個步驟通常由人力完成，因此耗時耗力。如果將這個環(huán)節(jié)改變成全自動的模式，那將有效縮短快遞分揀的速度，節(jié)省人力，提高掃碼分揀的精準(zhǔn)性，從而提高快遞公司分配貨物的效率。本文基于單片機(jī)控制電機(jī)前后移動及旋轉(zhuǎn)的原理，來實(shí)現(xiàn)自動全方位掃碼。

關(guān)鍵詞：全方位掃碼? 步進(jìn)電機(jī)? 單片機(jī)? 設(shè)計

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）08（b）-0064-03

Abstract： With the rapid development of online commerce and online shopping， many industries have increasingly higher requirements for the express delivery industry. At present， in the process of express distribution， an important step is to scan and sort. This step is usually done by manpower， so it takes time and effort. If this link is changed to a fully automatic mode， it will effectively shorten the speed of express sorting， save manpower， improve the accuracy of scanning and sorting， and thus improve the efficiency of express companies to distribute goods. Based on the principle of single-chip microcomputer to control the movement and rotation of the motor， this paper realizes the automatic omni-directional code scanning.

Key Words： Omnidirectional scanning code; Stepper motor; Single chip microcomputer; Design

日益龐大的物流配送工作對快遞公司的工作效率提出了更高的要求。現(xiàn)代物流配送的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，就是快遞的分揀作業(yè)，一個強(qiáng)大的分揀系統(tǒng)體現(xiàn)一家快遞公司的競爭實(shí)力，分揀系統(tǒng)的發(fā)展仍在繼續(xù)。近年，隨著二維碼的普及，快遞行業(yè)也運(yùn)用掃碼來達(dá)到分揀效果，大部分快遞公司都采用掃碼分揀的形式對快遞進(jìn)行定位、分揀，但快遞公司內(nèi)常見的掃碼器為手持掃碼器，這種掃碼器需要人工手持進(jìn)行掃碼工作，且需要分揀員將每個快遞貼有條碼一面放置上側(cè)以供掃碼。這容易導(dǎo)致漏掃、底部難以掃描的問題，對于快遞公司而言，影響整體運(yùn)輸效率;對于快遞分揀員而言，工作量大、易發(fā)生紕漏，導(dǎo)致快遞運(yùn)輸?shù)臅r間增加。所以快遞行業(yè)發(fā)展的趨勢必定是自動化、智能化，這不僅節(jié)省人力資源，更能提高公司的整體效益。因此，研究快遞分揀的全方位化、自動化對快遞行業(yè)的發(fā)展具有推動意義。

1? 自動全方位掃碼裝置的基本結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計一種可移動旋轉(zhuǎn)的自動全方位掃碼裝置如圖1所示。該裝置包括支撐架體，還包括帶感應(yīng)器的透明夾板、支撐臂、舵機(jī)和導(dǎo)輪，帶感應(yīng)器的透明夾板包括上層透明架板和下層透明夾板，支撐架體的下方設(shè)有快遞堆放框，支撐架體的兩側(cè)設(shè)有行走機(jī)構(gòu)，路徑機(jī)構(gòu)為槽型軌道，透明夾板的兩側(cè)分別設(shè)有支撐臂，并由舵機(jī)控制支撐臂實(shí)現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)，支撐臂內(nèi)置電機(jī)和絲桿，電機(jī)控制絲桿實(shí)現(xiàn)透明夾板上升下降，舵機(jī)與設(shè)在行走機(jī)構(gòu)上的導(dǎo)輪相連，從而使得透明夾板沿著行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)水平快速移動，其中透明夾板的兩側(cè)與兩側(cè)的支撐臂之間分別設(shè)有內(nèi)置掃碼器。

快遞自由落體至下側(cè)透明夾板的過程中，透明夾板感應(yīng)后傳輸信號，并通過夾板兩側(cè)支撐臂內(nèi)置電機(jī)控制絲桿調(diào)節(jié)下側(cè)透明夾板上升位移，上側(cè)夾板固定不動，從而實(shí)現(xiàn)夾緊快件。與此同時，夾板上升過程中，支撐臂內(nèi)置掃碼器對快件兩側(cè)進(jìn)行掃碼，而后夾板由導(dǎo)輪帶動移動至掃碼架處，由舵機(jī)控制支撐桿360度旋轉(zhuǎn)，使掃碼架上的掃碼器對快件進(jìn)行四面掃實(shí)現(xiàn)自動全方位掃碼，從而節(jié)約人力成本并提高工作效率。

2? 自動全方位掃碼裝置的傳動裝置

自動全方位掃碼裝置的傳動裝置主要步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)、絲桿和夾板，掃碼器與舵機(jī)構(gòu)成等部分組成。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖2所示，主要由單片機(jī)、驅(qū)動模塊、步進(jìn)電機(jī)和電源組成。

步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路是由脈沖信號來控制的（脈沖信號一般由單片機(jī)或CPU產(chǎn)生）。[1]每當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個步距角，改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)脈沖信號的頻率。步進(jìn)電機(jī)在CPU控制下，按工作程序?qū)崿F(xiàn)一定角度的旋轉(zhuǎn)和調(diào)速[2]。

電機(jī)與絲桿放置于透明夾板兩側(cè)的支撐臂內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)控制下方透明夾板上移，上方透明板固定。在透明板上設(shè)置壓力傳感器，從而實(shí)現(xiàn)夾緊快件的目的。絲桿中間空隙處設(shè)置掃碼裝置，可以對箱體快件若貼在兩側(cè)支撐臂方向的條形碼進(jìn)行掃碼。

板夾的夾持材料采用亞克力板，其極強(qiáng)的透光率適合掃碼;其較好的塑性，可以容許兩側(cè)步進(jìn)電機(jī)間的輕微不同步;而其一定的硬度，可以夾持快遞。

舵機(jī)連接在支撐臂外側(cè)，在夾板行至掃碼架時，控制整個支撐臂進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，配合掃碼架進(jìn)行掃碼。舵機(jī)的控制系統(tǒng)由單片機(jī)、數(shù)字舵機(jī)、支撐臂和電源模塊組成。

掃碼架的材料為鋁型材，方便安裝。掃碼器為條碼閱讀器，采用固像式掃碼器，其讀取率在所有類型的條碼閱讀器中最高，安裝靈活。固像式條碼閱讀器的掃碼范圍也很廣闊，大視野、大景深，通過該種型號掃碼器，本項目上的快件完全可以被掃描到。

行走機(jī)構(gòu)由滾輪與槽型軌道構(gòu)成以帶動支撐臂在導(dǎo)軌上進(jìn)行前后移動。滾輪由馬達(dá)驅(qū)動，使其有在軌道中向前向后運(yùn)動的力。驅(qū)動采用四驅(qū)直流電機(jī)，由L298N與單片機(jī)聯(lián)合控制，能夠?qū)崿F(xiàn)速度的調(diào)節(jié)與前后移動[3]。

3? 自動全方位掃碼裝置的軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)采用STM32核心開發(fā)板，由STM32控制電機(jī)工作，各電機(jī)配有相應(yīng)電源及驅(qū)動模塊，在電機(jī)接收到STM32命令時，便會做出響應(yīng)驅(qū)動響應(yīng)的器件開始工作，自動全方位掃碼裝置的工作流程圖如圖3所示。

4? 結(jié)語

本文研究設(shè)計的自動全方位掃碼裝置由單片機(jī)控制電機(jī)來驅(qū)動器件工作從而實(shí)現(xiàn)自動夾持、旋轉(zhuǎn)移動快遞和全方位掃碼的功能。該裝置只能實(shí)現(xiàn)全方位掃碼，在快遞分揀系統(tǒng)中只是一個小部分。因此，以后想改進(jìn)該裝置，將掃碼和分揀相連接，使其能融入整個分揀系統(tǒng)。初步想法是通過連接傳送帶將快遞送至透明板，并設(shè)計好掃碼之后的分揀流程，根據(jù)掃碼結(jié)果確定快遞流向，并將其分揀到對應(yīng)區(qū)域，完善掃碼分揀系統(tǒng)的自動化程度。

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