快遞自動收發系統的設計

北京聯合大學生物化學工程學院 吳輝婷 楊志成 任惠榮 唐和業 楚文軍

快遞自動收發系統的設計

北京聯合大學生物化學工程學院 吳輝婷 楊志成 任惠榮 唐和業 楚文軍

通過分析快遞業務的現狀，以及假快遞給社會帶來的危害，對快遞自動收發裝置的可行性進行研究。 構思一種快遞自動收發裝置，預防假快遞乘虛而入，阻止違法活動。同時，減少因貨主不在家，快遞人員反復投遞所付出的時間的浪費。設計了一種基于二維碼技術的快遞包裹自動收發裝置，實現了投遞、掃描二維碼、發送二維碼、存儲包裹、取出包裹全自動流程。

創新設計；智能手機；二維碼 ；升降傳送裝置；自動收發系統

1　 引言

隨著物聯網時代的興起，快遞業務得到發展與壯大，快遞業在繁榮了社會經濟的同時，也給社會帶來了諸多隱患。一方面，從新聞媒體上看到不法快遞人員侵害貨主的現象時有發生[1，2]。另一方面，送貨到家而貨主不在，快遞人員無功而返，這樣既浪費快遞公司的財力、物力，也給本來擁堵的道路交通帶來了壓力。

2　 快遞員投遞現狀與分析

普通的家庭一般分為工作者、上學者、孩子和老年休閑者，上述前兩者工作或學習時間往往不在家，后兩者容易受到侵害不敢接收快遞貨物。因此，快遞員投遞貨物占用大量的業余時間，且投遞成功率不是很高。為了提高投遞成功率，大家想出很多方法，主要有以下幾種：電話預約、短息通知、電話聯系、直接上門。信息技術的迅猛發展，為電子商務搭建了信息平臺。3G、4G手機的出現又構建了新的交易平臺[3]，拇指時代使得快遞業務蓬勃發展，同時也為破解快遞業務面臨的難題提供了契機。

3　 快遞自動收發裝置的創新設計

3.1 快遞自動收發裝置功能設計

3．1．1 自動投遞功能

根據模塊化設計思想和發明解決問題理論（TRIZ）的進化模式，對自動收發裝置進行功能分解，設計了如圖1所示的外觀結構圖。在結構圖中，可以看出該裝置由防假投遞口、外殼、升降傳送裝置、機器手、存儲柜、控制系統等組成。快遞員將貨物由投遞入口投入，貨物受重力影響自動下滑，經送件二維碼掃描槍掃碼驗證通過后，掃描槍將掃描碼送入PLC控制器，控制器控制升降傳送機構和機器手機構協同工作，將貨物存儲于儲物柜的空柜體中。本裝置可有效提高送件效率，降低快遞員的勞動強度，并避免了送件到家過程存在的安全隱患。

3．1．2 自動取貨功能

貨主取件時，利用商家發送的取件二維碼在外面的掃描槍前掃描二維碼，掃描槍將掃描二維碼信息發送到PLC控制器，PLC控制器查找到該二維碼信息對應的儲物柜體后，根據該柜體的位置信息，控制推送機器手將貨物由柜體中推出，由取件傳送單元送出至取件口；其中，快遞件上的二維碼與客戶的取件二維碼并不相同，由系統自動匹配，防止快遞員利用二維碼盜取貨物。

3．1．3 防偽投遞功能

掃描槍掃描貨物二維碼是投遞成功的關鍵節點，只有掃描成功才能確認貨物進入存儲柜，基站才能發送信息通知貨主來取貨[4]。假如有不法快遞人員將貨物投送成功，又將物品取回這將會給貨主帶來損害。這時滑動傳感器起到作用，正向滑動時，系統正常運行，一旦發生物品反向運動，滑動傳感器發出信號，控制器啟動單向門，關死閘門，防止貨物被盜；同時記錄二維碼信息，為將來查找不法快遞員提供佐證；基站發送報警信息，由快遞公司及安防系統進行處理。

3.2 快遞自動收發裝置總體結構設計

快遞自動收發裝置采用模塊化設計，包括防假投遞口、外殼、升降裝置、傳送裝置、坐標機器人、存儲柜、包裹輸出口和控制系統等組成。

3．2．1 外觀的設計

快遞自動收發裝置外觀結構圖如圖1所示。快遞自動收發裝置包括貨物送入口、內部掃描槍、出貨口、外殼。當貨品存儲時，快遞人員將貨品放在投遞口處，為防止貨品滑落，設置支板。貨品進入后，內部掃描槍A掃描貨品上的二維碼，機器人和傳送升降機構完成貨品存儲操作。當貨品需要取出時，取貨人用可攜帶二維碼的智能手機等物品放在外部掃描槍B處接收掃描，坐標機器人和輸出傳送帶工作，將物品送出，取貨人拿走貨物。

3．2．2 升降與傳送機構的設計

升降傳送機構主要包括升降架、升降電機、傳送帶和傳送電機。作用是將要存儲的貨物送到預存置單元存儲柜的入口。貨物送出也需要傳送帶運輸，它位于存儲柜的后部，包括傳送帶和傳送電機。是它將坐標機器人推出的貨物送到出貨口。

3．2．3 坐標機器人的設計

機器人采用PPP方式制作。普通的機器人價格昂貴，控制困難。由于本工作區域是立方體，如果采用三個方向的直線運動將提高工作效率，大大降低制作成本。坐標機器人正好符合立方體區域工作，如果一個機器人能夠解決整個收發庫的所有貨物的存放、發送，將大大減少設備的成本。

圖1　 快遞自動收發裝置外觀結構圖

圖2　 坐標機器人結構示意圖

3.3 軟件設計

本軟件是在Linux操作系統平臺下開發的，該操作系統最重要的特點是它支持多用戶、多任務，因為快遞自動收發裝置剛剛起步，各個用戶終端使用的平臺不盡相同，這樣有更好的兼容性。另外，Linux操作系統平臺有豐富的網絡資源，在網頁瀏覽、文件傳輸遠程登錄更加便捷。PLC采用歐姆龍公司生產的CP1H型號，主要特點是產品價格較低，容易被使用者接受。另外，PLC采用模塊化安裝，用于坐標機器人是理想的位控單元，PLC的軟件程序是關系自動收發郵件包裹的指揮系統，程序運行的可靠性關乎系統運行的成敗。該程序采用CX-Programmer梯形圖語言編寫，程序可讀性強、易于查找問題并能在線調試[8]，大大縮短設備的調試周期。它可以安裝在Linux系統下，也可以和Microsoft Office平臺下的其它工具兼容，將來使用EXCEL等數據報表更加方便。系統程序由一個主程序和若干子程序組成，包括系統初始化程序，升降傳送機構控制程序和坐標機器人控制程序。主程序運行流程圖如圖3所示。

圖3　 主程序運行流程圖

4　 結束語

從預防偽快遞角度，基于二維碼技術的快遞自動收發裝置比傳統的人工手遞手工作更加有效。從生產管理的角度來說，大大提高快遞人員的勞動效率，減少工人的時間成本。從企業的競爭力來說，由于采用先進的快遞設備，預防不法之徒的非份之想，提高了安全性，它將更受使用者的垂青。因此，該裝置可以充分發揮物聯網的優勢，同時完善了居民住宅區使用功能，對解決快遞擾民的問題提供了解決之道。

[1]假快遞員入室．http://www．fawan．com．cn/html/2013-07/18/ content_445400．htm．

[2]貨到付款需謹慎．http://n．cztv．com/zhejiang/554987．html．

[3]錢峰．商業銀行移動金融外部環境分析及策略建議[J]．金融理論與實踐2012．6:33-36．

[4]呼曉靜．智能存包柜在圖書館的應用[J]公共圖書館, 2010．5:47-49．

吳輝婷，女，本科，研究方向：工業設計。

楊志成，男，北京人，碩士，北京聯合大學副教授、儀表自動化高級考評員、儀表技師，主要研究方向為工程設計與控制。

北京聯合大學“啟明星”大學生科技創新項目，項目編號：201511417SJ015。