自動化分揀機控制系統的優化研究

葉彩新

（河源理工學校，廣東 河源 517000）

引言

近幾年，隨著消費不斷升級和電商行業的飛速發展，對產品數量和多樣化的需求不斷提升，物流配送也逐漸的從大批量向著小批、多單的模式發展，因此對物品的分揀效率和精確性提出了更高的要求。受限于傳統分揀技術智能化識別能力落后，因此多采用人工進行分揀的模式，不僅勞動強度大、易疲勞，而且效率極低、分揀精確性極差，無法滿足現代化物流發展的實際需求[1]。

結合智能化監測和分析技術的發展以及對精確分揀的需求，本文提出了一種新的自動化分揀機，以被分揀物品上的信息條碼為分揀依據，通過隊列方式和紅外監測分選方式，對被分揀物品進行雙重信息識別，提高分揀的準確性，同時通過高速數據分析系統，實現了對分揀信息的快速處理，有效提升了對分揀線上物料的分揀效率，實現了物料分揀的自動化和智能化，極大地推動了物料分揀技術的發展。

1 自動分揀控制系統

為了滿足自動分揀精確性的需求，本文設計了一種新的分揀機智能分揀系統，該分揀系統由線體端部的掃描系統和后側的多組分揀機構成，每個分揀機上分布著兩個分揀口，最后一個分揀機作為未識別物品的存儲區，滿足分揀系統的智能化和精確化分揀需求。該系統采用了模塊化的設計思路，能夠根據物料的分選需求靈活的增加分揀機的數量和布置結構，其系統整體結構如圖1 所示[2]。

由圖1 可知，該系統在運行過程中，物料沿著傳送帶首先到達掃碼設備的下側，由掃碼設備對物品上的條碼進行掃描獲取物品信息，然后根據系統自動將物料信息傳遞給對應的分揀機。分揀機在工作時接收分揀系統信息，對路過該區域的物品進行判斷，若屬于該分揀機物料，則將其檢入，若不屬于該分揀機物料，則分揀機執行非動作任務，保證物品的無障礙通過。

圖1 自動分選系統結構示意圖

2 智能分揀機結構

為了滿足快速分揀的需求，智能分揀機采用了擺輪分揀結構，具有物料位置檢測、分揀動作執行等，能夠和線體上的掃描設備相互配合，實現對分揀線上物品的二次信息確認，提高物品識別的準確性，提高分揀效率，該智能分揀機結構如圖2 所示[3]。

圖2 智能分揀機系統結構示意圖

由圖2 可知，該分揀機主要由控制柜、出入口物料檢測裝置、傳送機構、轉向機構等構成。轉向機構下側設置了兩組伺服轉向電機，能夠控制轉向機構向不同的方向進行轉動，傳送機構設置在擺輪上，利用直流電機驅動，能夠根據分揀的需求靈活地調整分揀速度，滿足不同情況下的分揀效率需求。為了避免出現錯誤分揀的情況，在物料入口位置還設置有雙重紅外傳感器，用于對物料的條碼信息進行進一步判斷和信息錄入。

當系統運行時，分揀機的擺輪首先轉正，然后系統接收到線體掃碼設備上傳輸的物料檢測信息，然后處于待機狀態，當紅外檢測裝置檢測到入口處的貨物時，開始進行物料信息的二次確認[4]，確定是否執行分揀動作，若物料的行進軌跡出現異常，則系統發出錯誤報警，避免出現錯誤分揀的情況。

物料在分揀機構上運行時，其運動方向主要通過14 個無刷直流電機進行協調，系統為雙級轉向結構，伺服1 用于對系統的前級轉向進行控制，伺服2 用于對系統的前級轉向進行控制，解決了傳統分揀機構無法靈活適應物料大小而導致的分揀失效的問題。用雙級轉向分揀結構后，能夠根據分揀物料的不同靈活地調整兩級轉向機構的擺動角度，進而使物料能精確進入到指定的分揀機構中，該雙級分揀機構結構如圖3所示。

圖3 雙級分揀機構示意圖

3 物料檢測模塊

物料檢測模塊是該自動化分揀機的核心，直接關系到物料分揀的精確性。該物料監測模塊采用了NPN 型紅外對管傳感器設備[5]，其具有點對點的光束檢測模式，當有物體遮擋時會觸發電平信號，具有檢測精度高、靈敏度好的優點。系統采用了24 V 穩壓電源供電，在電路中加入了光耦芯片，實現了對信號的隔離和對電平的快速、精確轉換。系統根據電平信號的變化來確定是否有貨物經過，若電平增加，則表明物料已經通過，若電平降低，則說明物料已經在該分揀機處分揀成功。物料檢測模塊電路結構如圖4 所示[6]。

圖4 物料檢測模塊電路結構示意圖

由于物料的體積和質量存在著較大的差異性，若小型物料出現彈跳，極易導致越過檢測光束，導致漏檢的情況，因此在分選系統的出口和入口處均設置了相互垂直的兩組結構[7]，第一組貼近軌道平面，第二組則比第一組提高50 mm，物料在運行時不管空間狀態如何變化，均能保證觸發至少一組傳感器，從而消除物料在轉運過程中的漏檢情況。

4 物料分揀的隊列管理

在分揀過程中，物料首先在線體端部進行掃碼，然后系統會根據物料信息確定分揀口，然后系統主機將物料信息寫入到系統任務寄存器中，所有的分揀機，根據寄存器信息進行數據變化，每個分揀機輪流獲取自己的分揀任務寄存器，當含有該分揀機分揀物料的寄存器出現時[8]，系統會自動提取分揀信息，判斷該分揀機是否進行分揀。若無需在本機進行分揀則其分揀機構不動作，保證物料的直行通過，若需要在本機分揀，則控制分揀機構動作，將物料分揀到該分揀機內。

當物料不在本機分揀時，其數據信息直接進入到下一個分揀機內，由下一個分揀機按相同的判斷流程來進行物料分揀判斷，物料分揀隊列管理流程如圖5所示[9]。

圖5 物料分揀流程示意圖

目前，該自動分揀機已經在多個工廠投入了應用，該新的分揀控制系統能夠將物料的分揀效率提升3.1 倍，將分揀準確性提升到99.6%，對提升物料分揀的精度和可靠性具有十分重要的作用。

5 結論

為了解決傳統物料分揀系統自動化程度低下、分揀效率低、精確性差的不足，提出了一種新的基于智能控制的自動分揀機。以被分揀物品上的信息條碼為分揀依據，通過隊列方式和紅外監測分選方式，對被分揀物品進行雙重信息識別，提高分揀的準確性，根據實際應用表明：

1）智能分揀系統采用了模塊化的設計思路，能夠根據物料的分選需求靈活的增加分揀機的數量和布置結構；

2）物料監測模塊采用了NPN 型紅外對管傳感器設備，具有點對點的光束檢測模式，能夠實現對物料分揀狀態的快速判斷，提高分揀精度；

3）物料分揀隊列管理系統，能夠優化分揀流程，提高物料分揀的精確性；

4）新的分揀控制系統能夠將物料的分揀效率提升3.1 倍，將分揀準確性提升到99.6%。