快递包裹分拣机械手设计研究

龙源期刊网快递包裹分拣机械手设计研究作者：李苗来源：《科技信息·下旬刊》2018年第02期摘要：本文以近年来比较热门的快递包裹分拣问题为研究背景，设计出一款机械代替人工分拣中等程度重量、怕摔的快递包裹的机械手，进而减轻传统人工作业的强度。传统的快递包裹由纸质快递详情单上的条形二维码进行识别。而本设计则应用了一种非接触式近距离识别信息的技术，即RFID技术，俗称电子标签技术，并辅以现有的快递单据分别完成快递的识别以及派送问题。本设计通过RFID识别系统所识别的到的快递包裹上的电子标签中所储存的信息以及各个其他传感器所识别的信号，并将所有的识别的信号数据传递至控制系统中的PLC中进行信号的处理，最终输出控制机械手以及其机座动作的控制信号控制其动作完成快递包裹的分拣任务。本设计选用了FX2N系列的PLC以及此系列的FX2N-4AD模拟量输入模块对控制系统进行了设计。关键词：RFID技术；传感器；FX2N系列PLC；机械手引言快递包裹行业的飞速增长虽然为我国的经济发展带来很大的推动力，然而它的发展仅仅是快递包裹配送量上的发展，快递物流行业并未出现质上的飞跃，作业方式仍然是过去的人工分拣。快递包裹的自动分拣机械手的设计研究成为一种迫切的需求。近几年来，虽然也有很多研究快递自动分拣的案例，但仍然停留在半自动化的程度上。所以，在快递包裹的自动分拣方面的研究还有很大的提升空间。快递包裹分拣机械手的设计研究对于提高我国快递物流行业的发展有着很重要的意义。1快递包裹分拣研究背景及现状快递包裹的分拣机械手的设计研究主要是解决快递包裹不能全自动化地进行分拣的问题。这个问题主要集中在快递包裹的单据无法实现自动的识别和信息的录入。需要改进现存的人工扫描快递单据的方案，改为自动识别。现有的快递单据上的信息是由单据上的条形二维码进行传递识别的，这就需要扫描仪非常准确的找到快递单据位置并在快递单据上准确的找到条形二维码所处的位置，这项任务对于自动扫描识别单据的信息是至关重要的。然而，在现有的机械设备中这项任务是很难实现的，由于快递单据位置粘贴的随机性，机械设备很难实现对单据上条形二维码位置的确定。所以，需要改进现有的单据传递信息所用的方式，利用RFID或NFC这种非接触型近距离识别信息的技术。这两种识别技术都不需要准确的定位，只需要将信息卡和识别仪器保持在一定的距离范围便可识别传递信息，可以很好地解决上述识别信息难的问题，进而实现快递包裹的自动分拣。龙源期刊网设计背景综述由于本设计的研究背景为快递包裹的分拣过程中自动分拣机械手的设计研究。故首先介绍快递包裹从甲地的客户A发送至乙地的客户B手中的整个派送流程，即从甲地客户A到自己所在地快递包裹受理站向自己预期的对象乙地的客户B发送快递开始到快递包裹被受理站受理再到其被运输至快递包裹中转站并派送到此快递预期的目的地受理站再至乙地客户B手中的整个流程。2.2设计整体方案确定2.2.1工作对象确定由上述设计背景的叙述中，可知本设计研究的主要针对的对象为上述图2.4所示的中转站作业流程的自动分拣机械手的设计研究。通过对实际中快递包裹的了解总结，可以清楚的以快递包裹的运输外包装的不同将快递包裹大致分为（1）箱类包装的快递包裹（2）袋类包装的快递包裹经过对箱类包装的快递包裹的外包装尺寸的调查研究可知各快递公司的箱类包装的大致尺寸。由于的顺丰快递为近几年我国国内首屈一指的快递公司，故以顺丰快递公司为例进行研究可知，顺丰快递的业务员会根据客户所要邮寄快件的外包装状况对于不符合邮寄外包装要求的快件进行外包装的纸箱加固服务，五款加固包装纸箱固定规格如下：二号纸箱尺寸规格：250×200×180MM三号纸箱尺寸规格：300×250×200MM四号纸箱尺寸规格：360×300×250MM五号纸箱尺寸规格：530×320×230MM六号纸箱尺寸规格：700×400×320MM龙源期刊网根据上述对箱类包装快递的外包装尺寸的研究调查，本设计研究最终确定的工作对象为尺寸范围在五号纸箱（尺寸规格：530×320×230MM）以下，重量范围在30KG以下的、怕摔的箱类快递。2.2.2工作过程描述本设计研究所预期完成的动作是在中转站的运输货车到达并有工作人员将快递包裹搁置到指定的分拣区域后，模拟人工分拣快递包裹的整个流程即人手拾起快递、肉眼识别快递单据信息、根据单据信息将快递包裹搁置到指定的分拣后区域的整个动作流程。而转换对到机械完成整个流程的动作为改进后的快递单据中，传统的纸质快递详情单据可供目的站的快递员根据单据邮递地址信息将快递包裹配送至目的站的客户手中，或在快递邮寄过程有误时供快递员根据发送地址将快递包裹返还至发送快递的客户手中。3技术经济分析3.1单据识别模块经济分析本设计的单据识别模块是从RFID和NFC两种非接触识别技术中选取了RFID技术对的单据信息进行识别。其中，RFID技术已经发展的相当成熟，现实生活很多地方都都在使用，譬如食堂的饭卡、水卡等，每一张识别所用的电子标签的价格成本不到一元，而NFC识别技术是近几年刚发展起来的一种近距离信息交互的技术，由于其技术的刚刚发展因此成本比较高，现实中应用较多的为高价位手机的NFC识别，因此经济性比RFID技术较差，因此本文选择RFID识别技术比较经济。3.2机械手经济分析本文的机械手的设计结构采用了步进电机驱动齿轮，然后经过齿轮传动带动滚珠丝的转动，滚珠丝杠螺母联接在机械手手指的和中间部位，滚珠丝杠的转动使得机械手手指的开合。其中，步进电机的选择相对与普通电机的选择来说不经济，但步进电机的选择会给控制系统的设计带来方便，因此综合起来比较经济。而其中所用的齿轮传动是比较传统的传动模式，因此经济行也比较好。本设计的机械手的核心部件滚珠丝杆的选择相对传统的机械传动模式比较不经济，但是滚珠丝杠的传动相对与传统的传动模式精度较高，因此本设计为获得较高的传动精度选择滚珠丝杠比较的记经济。4总结本研究对现有的快递包裹分拣技术所使用的纸质条形二维码扫描识别技术进行了改进，在原有的纸质条形二维码的基础上加贴了可回收进行多次使用的电子标签，即本文所介绍的RFID技术。由于该技术的引入使得近距离非接触式识别成为了可能，改进了传统的条形二维龙源期刊网码扫描识别时所带来的定位要求高、扫描距离较短等缺点，使得机械手自动识别快递包裹单据的信息成为了可能。除此之外，由于本设计涉及到了分拣过程因此加入了机座的行走运动，这种设计虽然减轻了人工作业的强度，但是效率不是很满意。因此本设计提出一种提高分拣效率的解决思路，即在机械手臂的末端执行器处不仅加装分拣袋类包裹的机械手而且再原有的机械手基础上还可以添加机械手的个数，让机械手在作业时可以同时夹取多个快递包裹从提高分拣的效率，甚至可以在经济基础允许的条件下在机座行走的导轨上安置多个分拣机械本体，行程流水性作业方式。同时本文的工作对象设定为中等重量的、怕摔的箱类快递的分拣，下一步需要改进本设计的工作范围，即设计一款可以对怕摔程度没有要求的快快递包裹进行拨散工作的机械装置，即将以一堆快递包裹拨散成单一的一个接一个，进而用本设计的机械手进行分拣工作，进一步提高自动化性能。