新型快遞分區收發裝置

趙祉昕+陳立+劉麗娜

摘 要：快遞行業發展迅速，而快遞公司難以在短時間內提供在運輸和寄發過程中所需的專業設備。尤其是在快遞件的派送中，基本上依靠人力，易產生暴力運輸和派件現場混亂無序等現象。為了簡化快遞員的工作，并提高快遞分發效率，樹立快遞運輸行業的文明形象，設計了單雙環分區儲物存取裝置。該裝置主要包括機械部分和控制部分，機械部分主要由齒輪離合機構、齒輪齒條機構、聯軸機構等組成，控制部分主要由電機、驅動電路、單片機等組成。通過機械部分與控制部分的配合使用，可以實現快遞員存儲貨物和收件人自行領取貨物。整個裝置分為外框架、大件儲物臺框架、小件儲物臺框架、大件儲物臺、小件儲物臺、運送平臺和驅動裝置。儲物臺安置在儲物臺框架上，儲物臺框架安裝在外框架上，運送平臺安裝在裝置中心的立柱上，驅動裝置為整體機構提供動力。為了充分利用空間，該裝置將小件儲物臺分為內儲存區和外儲存區，外儲存區固定，內儲存區與外儲存區通過轉盤軸承連接，使其可以相對外儲存區轉動。通過這些機構的組合可以實現運送平臺對各個儲物區的取放貨物，并充分利用空間。

關鍵詞：快遞；機電一體化；驅動裝置；簡單聯軸機構

中圖分類號：F259.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.047

1 項目的研究內容和研究目標

本文研究了一種具有快件收發功能的儲物存取裝置，它能夠有效地節省快件儲存空間，簡化快遞員的派件流程，節約快遞員的時間，并提高用戶領取快件的效率。主要研究內容如下：①如何讀取快件信息以及判斷快件大??；②如何對不同大小的快件進行分區儲存，節約儲存空間；③如何設計機械機構來完成快件的存放動作。

2 擬采取的研究方法和技術路線

2.1 實施方案

拆去外殼的內部結構三維效果圖如圖1所示。

圖1為該裝置的內部結構圖，快遞員派件時，快遞通過運送平臺，快件由快件進出口送入或送出。對于大件儲物臺的物品，運送平臺運動至相應位置時直接將其儲放或取出；小件儲物臺則分為內環儲存區和外環儲存區。

如圖2所示，外儲存區固定，內環儲存區通過轉盤軸承與外環儲存區連接，使其可以相對外儲存區轉動。內環儲物區上的貨物可以通過內環和運送平臺上推板的同步運動直接存取；存取外環儲存區上貨物時，內儲存區旋轉，使內儲存區上的傳送帶所在位置與外儲存區取放物品的位置相對應，外儲存區的儲物平臺的推板先將物品推送到傳送帶上，再通過傳送帶傳送到運送平臺上，放貨時流程相反。以下進行詳細介紹。

2.1.1 快件信息獲取和信息發送

快遞員在派件時，快遞員進入派件界面后，將需要派送的快件的條形碼對準條形碼掃描裝置進行掃描，系統獲得快遞單號后聯網查詢快遞信息，獲取收件人預留手機號，并自動給收件人發送取件提示短信，提示取貨；裝置開始將快件送入裝置入口，入口處設有測量光幕，用于測量快件的長度和寬度，系統得出快件尺寸后迅速配置一個大小合適的儲物區，之后分為大件和小件。用戶發快遞時工作流程相反。

2.1.2 不同大小快件的儲存

為了對不同大小快件的分區儲存，運動平臺需要完成升降與推送運動，儲物臺需要完成圓周運動。

2.1.2.1 運動平臺的推送運動

運送平臺側板上安裝有絲桿驅動電機，電機驅動滾珠絲杠運動，帶動推板，實現對貨物的推送運動。與之相對應的每個儲存單元配有滾珠絲杠和與套筒固連的推板。兩絲杠通過聯軸結構連接，電機驅動絲杠可以使兩部分推板同步運動。初始狀態為運送平臺上的推板位于最末端，儲存單元上的推板位于最始端。

存取快遞件時，電機驅動運送平臺上的滾珠絲杠，通過聯軸結構帶動儲物臺上的滾珠絲杠轉動，使兩部分推板進行同方向的直線運動，從而將快遞件儲存或取出。

由于運送平臺運動到儲物臺的相應位置時，會存在一定位置上的誤差，所以，聯軸結構需要在一定誤差范圍的前提下實現聯軸功能。

2.1.2.2 運動平臺的升降運動

為了實現運動平臺的升降運動，選用齒輪齒條機構。齒條固定在豎直導軌上，升降電機安裝在運送平臺上。升降電機驅動齒輪轉動，通過齒輪齒條的嚙合運動帶動運送平臺沿豎直軌道進行升降運動。為了保證齒輪齒條嚙合的重合度，我們設計了齒輪齒條限位支座。

2.1.2.3 儲物臺的圓周運動

齒輪離合機構如圖3所示。

為了實現儲物臺的圓周運動，我們設計了如圖3所示的齒輪離合機構。齒輪離合機構位于裝置底板上，通過離合齒輪3與齒輪2、齒輪5的分別嚙合，相應實現小件儲物臺內儲存區的轉動或運送平臺的圓周運動。如圖3所示，電機通過齒輪傳動將動力傳至離合齒輪，當舵機驅動離合齒輪嚙合時，實現運送平臺的圓周運動；離合齒輪嚙合時，將動力傳至齒輪1，齒輪1與小件儲物臺上的內齒輪嚙合，從而實現小件儲物臺內環的轉動。

2.1.2.4 不同大小快遞儲存的整體流程

快遞員派件時，快件經檢測的尺寸劃定為小件物品，且空閑小件區為外圈小件區時，系統控制舵機將主電機輸出與小件存儲載物臺內的齒輪相連接，從而使小件存儲載物臺旋轉，嚴格控制電機轉動角度，使空閑小件儲物區到達小件儲物區傳送帶傳送裝置處；升降電機開始工作，嚴格控制電機轉動角度，使運送平臺到達與載物臺平齊的高度。此時，運送平臺上電機旋轉，使推板推送快件進入傳送裝置處，接著由傳送裝置傳送至小件儲物區。

經檢測為大件物品時，系統控制舵機將主電機輸出與主軸齒輪相連接，電機帶動主軸旋轉至所選儲物區所在絕對角度值，升降電機開始工作，嚴格控制電機轉動角度，使運送平臺到達與載物臺平齊的高度。此時，推送電機旋轉，使快件進入相應的儲物區。

用戶取件時，系統的工作流程和快遞員派件大致相反，在此不再贅述。

2.1.3 控制部分

2.1.3.1 舵機控制

在本裝置中，舵機的主要用處就是主電機輸出換向，在存儲小件物品到外圈小件存儲區時，需要小件存儲區載物臺轉動。因此，系統需要控制舵機將主電機輸出接至載物臺使之轉動。當存儲區在其他位置時，系統控制舵機將主電機輸出接至主軸，使主軸旋轉，從而完成小車的旋轉運動。

2.1.3.2 步進電機控制

對于主電機控制，由于該裝置對定位精準度要求較高，因此，我們采用電容接近開關來輔助步進電機精準定位。精準定位原理為：在小車每一個精準停車位置的臨近位置處裝有與框架材質大為不同的傳感器作用件，系統驅動主電機旋轉，使小車與目的儲物區相對接近，無限靠近傳感作用件時，裝在小車末端的電容傳感器檢測到這一信號，系統開始控制主電機減速，剎車，記錄這一過程中的脈沖總數，作為下一次減速補償脈沖個數的依據，從而有效縮小誤差范圍，提高了小車停車的精確度，有利于下一步機械對接的完成。

對于升降電機控制，在升降過程中需要小車精準停車，其原理大致與主電機停車相同：系統控制升降電機上下移動，在無限靠近精準停車位置處，傳感器接收到停車預備信號，電機開始減速，使小車精準停靠。

對于小車推送電機控制，此部分不需要小車精準停車，我們擬采用光電測距傳感器實時檢測小車與主軸（取貨）或外壁（存貨）之間的距離。當檢測到小車運動距離大于儲物區長度的4/5時，即可認為小車已經完成貨物的存取動作，電機停止工作。

2.2 技術路線

完成本項目的設計及制作，我們設計了如圖4所示的技術路線。

參考文獻

[1]唐增寶，常建娥.機械設計課程設計[M].武漢：華中科技大學出版社，2007.

[2]彭文生，李志明.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3]黎明發，張開銀.材料力學[M].北京：科學出版社，2007.

[4]成大先.機械設計圖冊[M].北京：化學工業出版社，2008.

[5]楊家軍.機械創新設計技術[M].北京：科學出版社，2008.

[6]朱金生，凌云.機械設計使用機構運動仿真圖解[M].北京：電子工業出版社.

〔編輯：張思楠〕