一種貨物自動分揀運送系統的設計分析與機電設計

郭楚寧+馬帥+郭子興

摘 要：設計并實現一種貨物自動分揀系統，在區級倉庫向客戶派發快遞過程中能夠把流水線傳送帶上的快遞經掃描分放至指定運載車，再由運載車自行送至派件貨車上。此設計不僅可以減少人工成本，更可以提高貨物的安全性，保障了快遞物品的完整與可靠。

關鍵詞：小型倉庫；自動分揀；運載；升降；循跡

1 問題提出與設計分析

社會經濟的發展和網絡技術的進步衍生了電子商務，給物流行業創造了一個全新的發展契機，同時這也對傳統的物流分揀操作來說無疑是一個巨大挑戰。而快遞員的快速的市場經營節奏要求有高效、快捷的分揀流程。自動化的分揀系統成本不低于千萬，所以對于一般的小型物流倉庫來說并沒有能力承受成本的壓力，那對于中小型物流倉庫如何才能調高派送效率是我們要解決的問題。

通過資料查閱和實際調研分析可以看出，對于快遞員目前的工作，分揀為快遞員工作中的最重要一部分，因此對于現在對提高物流中心的運作效率和服務水平有著決定性的影響。根據目前關于分揀系統設計規劃的理論研究，大多是針對集散中心，而我們所提出的方案貨物分揀運送系統，用來解決物流系統中快遞員容易出現的暴力分揀、裝卸不文明、出錯率高效率低等等問題。

目前國內外針對大型集散中心的倉庫分揀研究較多，如Stingray shuttle穿梭車揀貨系統、Pick-Center One 貨到人揀選系統、KingDrive智能輸送系統等，是目前國內外研究的大方向中較為先進的代表，但是國內外普遍對于中小型倉庫研究較為欠缺，因此我們針對中小型倉庫來解決問題。 模型制作過程中我們應用了一些簡單的機械傳動結構、升降結構及擺動結構，應用的電子技術主要為射頻。

針對目前中小型物流集散中心工作形式，經實地調研后，我們發現現在大多數物流倉庫存在以下幾個問題：

a.貨物到貨后由于長時間汽運顛簸和裝貨時人工操作不當，導致貨物外包裝上的條形碼標簽破 損，無法錄系統；

b.發貨點分揀失誤，將不是收貨點的貨物錯分或者混裝；

c.發貨點將貨物裝上貨車過程中一般是將貨物搬上傳送帶，再由傳送帶傳送至貨車車廂內，但此過程中易造成摔打；

d.操作工有一部分文化程度不高，卸完貨后將貨物拉至錯誤區域，無法及時安排分撥；

e.在從傳送帶旁的隔口搬運至貨車上的過程中，易掉落、擠壓等。

針對以上問題，我們采用以下幾個主要辦法來解決：

A.將條形碼替換為RFID射頻識別技術，圖形標簽變為電子標簽，電子標簽可以貼附于包裝袋內表面，不會有破損的危險，并且便于識別；

B.通過電子識別與機械推桿相結合，能夠確保電子識別的結果準確無誤地被機械結構投放至對應運載車內，不會出現“錯認”的情況，大大降低了錯誤率；

C.由運載車將粉檢出的貨物自動運送至與對應貨車車廂相連的傳送帶上，通過自動升降裝置將貨物推送至傳送帶上，此過程保證了貨物的安全；

D.在傳送帶上自行分揀和識別，避免錯誤的發生；

運載車采用光電循跡，每一組運載車都有特定的運動軌跡，因此不會導致裝錯車的情況發生，并且車身結構平穩牢靠，保證貨物安全；

2 機電設計

3 機械結構設計

（1）傳送帶部分：

識別并起到分撥作用的推桿固定于傳送帶上方的架子上，如圖，當識別完成后推桿會根據信號進行撥動，將其準確地撥動至對應運載車內。

（2）運載車部分：

運載車部分機械結構主要有小車運動底盤、運載升降機構（包括升降平臺、調節絲桿等）、擋板、以及鑲嵌在內部的控制電路等。總體視圖如下

a.運動底盤

模型中底盤采用鋁合金雕刻加工，直流減速電機驅動。

b.運載車車身

底部步進電機帶動絲桿，以調節升降平臺高度。

電子電路設計

（1）工作流程：

循跡部分：根據四個紅外對管的組合狀態，調整電機轉速和轉向，完成尋線工作。當最左邊和最右邊的對管同時檢測到黑線，帶表到達卸貨位置，這時，底層單片機將循跡完成通知引腳置高，通知上層單片機開始傾倒貨物

貨物裝卸部分

裝貨：上層單片機控制載貨平臺根據地盤高度監測器和滿載檢測器的組合狀態，控制載貨平臺下降，當平臺下降到最低，并且貨物滿載，則上層單片機將循跡開始標志端口寫為有效，通知下層單片機開始循跡

卸貨：當上層單片機收到下層單片機循跡完成的信號后，控制步進電機，使平臺上升，直到平臺上升到最高，以將貨物傾倒進入貨車傳送帶上。

（2）控制程序：

傳送帶部分的控制主要分為傳送帶動力源電機的驅動和舵機的控制。運載車部分主要為電磁或光電循跡以及升降平臺步進電機控制。

（3）檢測程序：

檢測部分程序主要分為兩部分，RFID的信息檢測和紅外開關的貨物檢測。

通過RFID對貨物上的標簽內容進行讀取，根據其讀取的內容記錄舵機即將采取的工作狀態。當紅外開關檢測到貨物時，如果所記錄的舵機工作狀態與當前的紅外開關編碼對應，這個紅外開關所對應的舵機將采取工作，否則貨物將繼續在傳送帶上傳送，至下一個舵機時，下一個舵機將采取對應的工作。

參考文獻

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