一款全自動集分揀、存儲、取放于一體的智能快遞柜

呂瑩瑩 王珊珊 宋雨馨

摘要：一款全自動集分揀、存儲、取放于一體的智能快遞柜，采用STM32單片機作為主控芯片，openmv4攝像頭智能檢測，裝置主要采用壓縮氣體提供動力。通過識別系統，分揀機構，碼放機構，存儲機構可自動實現物品的快速識別、安全檢測、分揀、取放、存儲等功能。解決了快遞派送中因分揀、派送工作量大，而造成的網購弊端。得出適合小區、寫字樓、學校三種場所的快遞柜格口大小配比，設計出不同的快遞柜存儲結構，以滿足顧客的多樣需求，因此，具有廣闊的市場前景和應用價值。

關鍵詞：全自動分揀、大容量儲存、方便快捷、智能高效

1.研制背景及意義

1.1研制背景

我國快遞派送設備的研究起步較晚，目前快遞“最后一公里”派送主要采用物流數據平臺模式、上門服務模式、智能自提模式或分散自提模式，這些快遞派送模式都存在勞動量大、智能化程度偏低和快遞派發時間長的問題。為了減輕快遞員的工作強度、減少派送出現的錯誤，使快遞工作人員從單一、繁瑣的工作中解放出來，實現自動化智能化控制，設計了一款全自動集分揀、存儲、取放于一體的智能快遞柜來提高快遞派送效率。

2.機械設計方案

2.1主要機械結構

2.1.1存儲機構

存儲機構如圖2-1所示，改變了傳統存儲貨架的結構，在傳統貨架的基礎上，每層貨架傾斜30°，并在每層貨架表面增設流利條，可有效減少快遞存儲時快遞包裹與貨架之間的摩擦。依靠貨物自身重力可實現快遞包裹的碼放，大大提高了快遞倉儲的空間利用率。

2.1.2分揀機構

分揀機構由200rad/min的直流減速電機驅動，通過皮帶傳輸帶動快遞包裹傳輸運動，根據識別系統檢測到的快遞信息——以快遞包裹的種類、重量、體積等參數為依據進行分揀，自動匹配最佳倉儲位置，分揀機構傳輸快遞包裹至指定位置，氣動推桿由內徑4mm行程150mm氣缸提供動力，將快遞包裹由分揀機構碼放至存儲機構[1]。

2.1.3運動機構

運動機構的車輪采用2寸橡膠輪定向輪，承載重量70kg，運動底盤由新型輕質材料做成，運動機構的動力來源于額定扭矩20kg.cm的直流編碼器電機，帶動齒輪在1.5模15*15**500mm的齒條上運動，可實現運動機構的精確運動，準確停止在指定位置，誤差有效控制在3mm范圍內[2]。

2.1.4搬運機構

搬運機構由升降裝置和搬運機械手兩部分組成。

升將裝置采用移動剪交叉式升降機，升降范圍0至400mm，升降裝動力來源于額定扭矩20kg.cm的直流編碼器電機帶動絲杠傳動，使動剪叉式支撐機構的平穩升降，根據控制系統指令實現精準升降，保障了機器搬運的工作精確性。

搬運機器手如圖所示，摒棄了傳統機械手依靠電機提供動力的方式以及機械手仿生夾取模式。采用3pa壓縮氣體作為能源，由3個內徑4mm行程20mm氣缸傾斜30°，相隔90mm固定位置安裝提供碼放動力。由直徑40mm氣壓吸盤作為夾取動力，可實現快速搬運，保障了機器搬運效率[3]。

2.1.5碼放機構

碼放機構在現有的仿生機械手的基礎上進行改造，改變機械手臂的力臂長度與傳動模式，使其靈活性更高，實用壽命更長，可根據單片機指令自動完成快遞包裹的搬運，相比于人工搬運大大提高工作效率，節省大量人力與時間。

3.控制系統的設計方案

系統工作時首先進行初始化設置，然后進行自診斷管理，如發現系統存在錯誤，將發出工作警報提示工作人員進行處理。如無錯誤發生則正常工作，按照快遞分揀存儲取放的工作流程，自動完成各項工作。

快遞識別機構主要是通過攝像頭掃描倉儲架的快遞箱體單號，從而準確確定快遞包裹位置，為取件工作提供快遞包裹位置，提高取件效率。快遞柜成功攬件后，會通過手機短信的方式，給收件人發送取件二維碼，取件時收件人通過刷取二維碼可快速取件，并且可同時取多個快遞包裹，提高了取件的效率[4]。

4.創新點及應用

（1）識別系統：采用視覺識別技術，以STM32單片機和openmv4攝像頭作控制系統的核心，可實現對快遞信息的準確獲取，為實現快遞的智能分揀，存儲，以及智能取件提供信息支持。

（2）分揀系統：根據識別系統傳遞來的快遞信息，根據快遞包裹的種類，大小，以及包裹內的快遞材質，合理分配快遞存儲位置。

（3）此款作品可實現對快遞包裹快速識別、安全、分揀、取放、存儲等功能。智能化程度高，操作快捷方便。

（4）采用掃描二維碼取件的方式，改變的原始密碼取件方式，并可以實現一次取件多個包裹，大大提升了取件效率。

結束語：

本智能快遞柜設計實現了快遞的智能化派件，解決了現有快遞取件設備智能化程度和空間利用率偏低的問題，實現了快遞柜的快速取件。

參考文獻

[1]王桂香，何全燕，李為端，等.快遞柜存件六自由度機械臂設計[J].數字技術與應用，2019，37（3）：6-7. DOI：10.19695/j.cnki.cn12- 1369.2019.03.04.

[2]謝鈺鵬，林春盛，李學南，等.一種快遞智能分揀裝置[J].機械工程師，2019，（8）：68-71.

[3]中國科學院理化技術研究所.一種分揀式磁制冷快遞柜：CN202010139429.4[P].2020-06-25.

[4]毛淑婷.自動分揀智能快遞柜：CN201922501854. 9[P]. 2020-10-01.