一種可伸縮式智能共享快遞盒的研究設計*

任加祺，馮國紅，李娟蕓，賀增民

（東北林業大學工程技術學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

電商行業的高速發展帶來了大量快遞包裝問題。有數據顯示，在我國特大城市中，快遞包裝垃圾增量已占到生活垃圾增量的93%，部分大型城市也已達85%～90%，快遞包裹減負勢在必行[1]。2020年，我國快遞業務量超過800億件，占全球包裹總數的50%以上[2]。大量的包裝需求給社會帶來巨大的資源負擔和環境壓力。因此，基于綠色環保理念的共享快遞盒應運而生。

2019年6月5日，京東物流發布 “綠色物流成績單”，該成績單顯示京東物流的可循環快遞箱——青流箱已經在全國近30個城市投放超1 000萬次；投放的可循環生鮮保溫箱已經減少1億個泡沫箱的使用；紙箱回收已超540萬個[3]。蘇寧2018年推出“青城計劃”；2019年大力推行的循環包裝、可降解材料在物流鏈中落地；2020年又圍繞 “新基建”積極推動5G物流倉等項目建設落地，持續通過新技術的應用推動綠色物流建設[4]。

目前市場上共有4種共享快遞盒，分別是順豐共享快遞盒、京東共享快遞盒、蘇寧共享快遞盒1.0和蘇寧共享快遞盒2.0[5]。順豐共享快遞盒的材料以編織布為主，其尺寸類型有8種，密封方式為使用拉鏈封箱，內部緩沖設置為雙箱組合式，并用伸縮帶加以固定。京東共享快遞盒的材料為熱塑性樹脂，其尺寸類型有4種，密封方式為使用一次性封箱扣。蘇寧共享快遞盒1.0的材料為塑料，其尺寸類型有2種，密封方式為使用包裝膠帶[6]。蘇寧共享快遞盒2.0是在1.0基礎上的升級優化，采用環保高科技材料，密封方式為使用一次性封箱扣[6]。本文綜合考慮結構、材料、回收流程等因素，設計了一款可伸縮式智能共享快遞盒。

1 整體方案設計

該共享快遞盒的整體設計包含結構設計、內嵌屏幕設計、回收模式設計以及易碎品保護設計。

在結構設計方面，結構設計包括可伸縮性結構設計、開關處結構設計、減震件設計。通過可伸縮性結構設計，該快遞盒能夠用于不同體積的商品包裝，實現 “一盒多用”的功能，達到節約材料的目的；開關處使用智能鎖，其與舵機配合可實現自動開鎖的功能；在盒體和盒蓋上設置加強肋來增強快遞盒整體的強度，達到減震的目的。

在內嵌屏幕設計方面，設置單個屏幕，通過盒上的轉換開關切換屏幕，屏幕可顯示取件碼、物流信息和開鎖識別條形碼等不同內容。

在回收模式設計方面，主要是通過手機端的微信小程序進行監督回收，運用獎勵和懲罰機制相結合的方式，提高用戶自主歸還快遞盒的積極性。同時，結構可適當簡化，方便回收。

在易碎品保護設計方面，可以通過設置可循環使用充氣囊保護易碎品。快遞盒整體方案設計的技術路線見第117頁圖1。

圖1 技術路線圖

2 材料選擇

在材料選擇方面，作為通用材料的一種，聚丙烯被廣泛應用于各個行業，具有適用溫度范圍廣、無毒無害等優點[7]。而且，它在再資源化技術方面比較成熟，具備良好的機械性能和高耐磨加工性能[8]。因此，本文擬選用聚丙烯材料用于共享快遞盒。

3 結構與屏幕設計

3.1 整體結構設計

該共享快遞盒主要由U形底座、內盒體、側箱、外盒罩四部分組成，見圖2。U形底座的上端固定連接內盒體；內盒體的前后表面均固定連接側箱；內盒體的外側滑動套設有外盒罩；兩個側箱內均轉動連接豎向設置的螺桿，兩個側箱的左右表面均貫穿滑動連接連桿，外盒罩的下端兩側均固定連接升降桿，兩對連桿分別與兩個升降桿的下端兩側固定連接。該共享快遞盒不僅具有可伸縮性，可調節內部存放空間，而且使用起來更加方便，可節約人力資源成本，值得進行市場推廣。

圖2 共享快遞盒整體結構圖

3.2 組件設計

3.2.1 可伸縮結構設計

通過傳動桿轉動帶動兩個螺桿轉動，兩個螺桿轉動會使兩對連桿向上移動，兩對連桿向上移動可帶動兩個升降桿向上移動，從而帶動外盒罩向上移動，使快遞盒的內部空間發生變化。其伸縮結構見圖3。

圖3 伸縮結構示意圖

3.2.2 加強肋的設計

在結構設計過程中，可能會出現結構體懸出面過大或跨度過大的情況，結構件本身的連接面能承受的負荷有限，因此在兩結合體的公共垂直面上增加一塊加強板，俗稱加強肋，見圖4。

圖4 盒體加強肋

3.3 屏幕功能設計

本文擬在盒體內嵌單個屏幕，通過盒上的轉換開關切換屏幕，可顯示取件碼、物流信息和開鎖識別條形碼等不同內容。在設備選擇方面，單片機選用STM32F103，硬件電路板選用STM42Z1T6。本文擬通過設計實現多種功能，即快遞員可通過遙控器和單片機的藍牙模塊進行通信，實現取件碼輸入功能；用戶找到快遞對應的取件碼后，可用手機掃描條形碼，單片機收到掃碼信息，進而驅動舵機工作，實現開鎖。系統原理見圖5。

圖5 系統原理圖

4 程序開發

為了便于共享快遞盒的回收，本文提出設計一款小程序，實施獎勵與懲罰機制相結合的管理模式，即用戶在規定時間內歸還快遞盒，可獲得一定的獎勵積分；未在規定時間內歸還快遞盒，則會扣除一定的積分。當用戶的積分達到規定數額時，可獲得一些實質獎勵。同時，該小程序還可與其他行業企業進行合作，為用戶提供多樣化的獎勵服務，提高用戶使用的積極性。

5 結束語

共享快遞盒不僅是共享經濟下的一個產物，更是物流包裝向綠色、智能、可循環使用發展的方向。本文基于工業工程 “不斷優化” “精益求精”的思想，對現有智能共享快遞盒進行了優化設計。本文設計的新型可伸縮式智能共享快遞盒具備可循環使用、無貼紙、無膠帶、智能開鎖等優點，實用性較強，可解決高校等場所快遞多、快遞點亂、快遞不上門等問題。該快遞盒可實現寄取件過程的智能化、無人化，最大化踐行 “循環再利用”的綠色環保理念。