基于豎直方向的智能物流分揀裝置的設計研究

劉均勇 林啟模 駱岷 吳樂成 李永恒

摘要：本項目主要針對中小型物流分揀中心，為提高分揀工作效率，提出一種以豎直方向的快遞物流件自動識別分揀系統進行設計研究，使物流分揀中心變得更加智能化，從而代替人工、提高效率和降低成本。

關鍵詞：分揀系統，設計，智能化，自動識別;

1.引言

物流行業迅猛發展，需要分揀的物件量增大，人工分揀很難滿足需求。很多 大型的分揀中心都有專業的分揀裝置，但這些設備價格昂量，并且整個分揀系統占地面積廣，中小型分揀中心難以接受。本項目研究主要面向中小型的物流分揀中心，目的在于提供-種設計合理、消費水平相對較低的中小型物流分揀裝置，使快遞包裹分類更加的方便快捷，大大降低快遞分發的強度的一特自動掃碼分揀快遞的裝置，滿足中小型分揀中心的追切需求。

2.智能物流分揀系統

本系統主要由基于豎直方向設計的傳送部分、識別部分、分揀部分、擴展部分組成。傳送部分由普通傳送帶、基于豎直方向的傳送帶和STM32控制模塊組成，STM32通過傳感器和其他模塊獲取傳送帶的速度信息、快遞在傳送帶是否重疊、快遞是否準確到達另外的傳送帶等信息，然后STM32通過處理和分析這些信息來控制傳送帶的運行。識別部分由一組合攝像頭和樹莓派組成，一組合攝像頭能夠從不同角度拍攝，這樣能夠確保快遞的條形碼或者二維碼被準確掃描識別，樹莓派用于處理攝像頭獲取的照片并處理和分析從圖片的二維碼中獲取準確的信息然后傳遞給分揀模塊。分揀部分由STM32模塊和氣缸推板組成，STM32會根據從樹莓派獲取的快遞二維碼或者條形碼信息，通過處理分析來控制氣缸推板將快遞在特定的位置被推出。擴展部分由顯示屏幕、手機終端、網絡終端等組成，我們可以通過擴展部分來知道傳送帶具體信息，比如傳送帶速度、分揀是否正常運行、具體分揀的數量、分揀的快遞各個地區的數量等。

3.智能物流分揀裝置結構設計

3.1?輸送裝置

輸送裝置由傳送帶構成，第一個普通的傳送帶主要起到傳送貨物作用，并且能夠將快遞傳送到另外一個基于豎直設計的傳送，保證快遞有序分揀。第二個傳送帶是基于豎直設計的傳送帶，豎直的設計能夠有效的減少占地面積。并且它是具有分層結構的，這樣可以確保快遞能一個有序分揀和不出問題。

3.2 掃描裝置

掃描裝置的作用是獲取快遞上的二維碼或者條形碼圖片數據，然后將數據傳送給相應的STM32單片機來處理。該攝像頭裝置有2大部分，第一部分由在傳送帶正上方的攝像頭組成，第二部分由一個位于傳送帶另一方的攝像頭組成，可以確保快遞的二維碼處于不同位置都能被攝像頭拍到并且獲取信息。

3.3?分類裝置

分類裝置由以氣缸為推力的推板組成，它是在基于基于豎直設計的傳送側邊的。為了保證推板的強度，采用鋁合金為內部材料。同時在其外面覆蓋一層塑料，以減少摩擦力帶來的損害，以及保證推動的流暢性。

3.4處理裝置

處理裝置由樹莓派和STM32組成，樹莓派它是一款基于ARM的微型電腦主板，以SD/MicroSD卡為內存硬盤，卡片主板周圍有1/2/4個USB接口和一個10/100 以太網接口（A型沒有網口），可連接鍵盤、鼠標和網線，同時擁有視頻模擬信號的電視輸出接口和HDMI高清視頻輸出接口，以上部件全部整合在一張僅比信用卡稍大的主板上，具備所有PC的基本功能只需接通電視機和鍵盤，就能執行如電子表格、文字處理、播放高清視頻等諸多功能。它的芯片處理能力能滿足圖片處理程序和將信息傳遞給顯示屏幕、手機終端、網絡終端等。

4.智能物流分揀裝置系統設計

4.1分揀控制系統

STM32會根據從樹莓派獲取的快遞二維碼或者條形碼信息，通過處理分析來控制氣缸推板將快遞在特定的位置被推出。STM32T通過接收傳送帶上速度感應模塊、傳送帶上快遞是否正確分揀驗證模塊的信息進行處理+分析來控制傳送帶的運行。

4.2 識別系統

識別系統的原理是將攝像頭獲取的數據進行處理和分析，并且提取出有效的條形碼或者二維碼數據傳送給分揀控制系統處理。識別模塊采用了視覺算法，其中用到了OpenCV庫和Zbar庫，OpenCV庫的函數能夠對圖片進行灰度、高斯平滑濾波 、求水平和垂直方向灰度圖像的梯度差、均值濾波，消除高頻噪聲、二值化、閉運算，填充條形碼間隙、腐蝕、膨脹等進行很有效的處理，在此之后找到條形碼區域的矩形邊界，然后再利用Zbar庫的函數對圖片進行處理，兩者結合可以更加有效的處理圖片和提取出圖片中的二維碼信息。

4.3擴展系統

樹莓派將STM32傳過來的各個模塊的信息通過WIFI傳給手機終端、網絡終端顯示，并且控制屏幕顯示，讓我們能實時看到系統信息。

5.智能物流分揀裝置功能應用

（1）能連續、大批量地分揀貨物：由于采用大生產中使用的流水線自動作業方式，自動分揀系統不受氣候、時間、人的體力等限制，可以連續運行，同時自動分揀系統單位時間分揀件數多，因此自動分揀系統的分揀能力比人工分揀系統具有無可比擬的優勢。

（2）分揀作業基本實現無人化：減少人員的使用，減輕員工的勞動強度，提高人員的工作效率，最大限度地減少人員的使用，基本做到無人化。

（3）適用于中小型分揀中心的分揀系統： 設計了一種適用于中小型分揀中心的分揀系統，對國內市場上分揀機不足進行了一定的改善。

6.結語

本設計系統靈敏可靠、操作方便、具有很 強的可擴展性、適合實驗開發、教學研究等多個 領域，同時為整個智能家居控制系統提供了一 個設計思路，具有較好的實用性與應用價值。

參考文獻

[1]張鋒，歐陽鑫玉，趙一帆，趙楠楠. 快遞包裹智能分揀主控系統設計[J]. 遼寧科技大學學報，2020，43（05）：368-376.

[2]何曉磊，王皓平. 快遞自動分揀系統模型設計[J]. 中國高新科技，2020，（15）：145-146.

[3]. 智能分揀，不負重托?西門子SINAMICS V90伺服系統在快遞智能分揀中的應用[J]. 自動化博覽，2020，（07）：34-35.

[4]杜春寬，江凌云，陳國美. 基于TRIZ理論的自動分揀快件裝置的設計與研究[J]. 內蒙古農業大學學報（自然科學版），2020，41（04）：59-63.

[5]楊麗，范江波. 基于STM32F103的智能快遞分揀系統設計[J]. 三門峽職業技術學院學報，2019，18（03）：139-143.

（北部灣大學?廣西?欽州?535011）