一种利用荧光标记的快递自动扫码方法

李裕　刘纯健　刘万

摘 要：针对现有的快递扫码中所面临的问题，提出了一种利用荧光标记的快递自动扫码方法。在条形码上加一层荧光涂层作为标记，然后再投入使用，便于检测条形码的位置。暗箱内的光敏元件可以用来检测条形码的位置，以控制后面的机构的动作。水平旋转机构使快递进行水平旋转，竖直旋转机构使快递进行竖直旋转，两者共同作用，使快递条形码朝向上方。常开的扫码器就可以连续不断的进行扫描。该方法为自动扫码，极大的减轻了人的劳动强度，同时，连续不断的扫描也提高了扫描的效率。

关键词：荧光标记；自动扫码；机械手；丝杆；旋转

中图分类号：TH69 文献标识码：A 文章编号：2095-2945（2018）23-0125-03

Abstract： In order to solve the problems in the existing express code scanning， an automatic code scanning method based on fluorescence labeling is proposed in this paper. A layer of fluorescent coating is added to the bar code as a marker， and then put into use to facilitate the detection of the bar code position. The light-sensitive kit in the box can be used to detect the position of the bar code to control the movement of the mechanism behind it. The horizontal rotating mechanism causes the express to rotate horizontally and the vertical rotating mechanism causes the express to rotate vertically. Both of them work together to make the express bar code face upward. The normally open code sweeper can scan continuously. The method is automatic code scanning， which greatly reduces the labor intensity of human beings. At the same time， continuous scanning also improves the efficiency of scanning.

Keywords： fluorescent labeling； automatic scanning code； manipulator； screw； rotation

引言

随着电子商务的迅猛发展，物流快递数量急剧增加，2018年一季度，全国快递业务量完成99.2亿件，同比增长30.7%[1]。快递数量的迅猛增加使得各个快递中转站每天都有大量的快遞入库和出库，快递的入库和出库都需要扫描快递上的条形码。条形码识别技术是一种集合了条码理论、光电技术、计算机技术、通信技术、条码印制技术等的自动识别技术[2]，用条形码标记快递信息，方便对快递进行定位和分拣，因而在条形码技术在快递行业得到大量运用。现阶段，快递行业的扫码工作仍主要依靠人工操作，由工作人员拿着扫码器对快递进行扫描。人工扫码，工作人员劳动量大，而且效率较低。现有的技术中，有一些自动扫码装置，但大多应用于其他方面，如用于生产线上的包装贴标扫码一体装置、电子检测装置等，应用在快递行业的较少，其原因是快递大小不统一，而且贴有条形码的面难以确定，使得对快递的自动扫码较为困难。为解决上述问题，本文提出了一种利用荧光标记的快递自动扫码方法，主要适用于六面体的体积在一定范围的盒装快递，现阶段比较多的就是正六面体的盒装快递。

1 荧光涂层标记

快递进入中转站时，快递放置具有随意性，贴有条形码的那一面的朝向不能确定，为了能确定条形码的位置，便于进行后面的操作，条形码需要在贴到快递之前进行标记。本文提出一种利用荧光标记的方法，即在生产条形码时在条形码表面涂一层无毒的荧光涂层，用来标记条形码，便于系统的检测。荧光涂层成本较低，发光后易于检测。对快递的标记方法不唯一，也可采用其他的标记方法。

2 机械结构的设计

一种利用荧光标记的快递自动扫码方法的机械部分主要由倾斜滑道机构、暗箱机构、传送带机构、水平旋转机构、竖直旋转机构、扫码机构组成。定义快递进入暗箱的一面为暗箱的前面，快递前进方向为前方，其他方向自然可推。

2.1 倾斜滑道机构

倾斜滑道机构由滑道支撑架和滑道组成，支撑架支撑着滑道，滑道与水平面成一角度，该角度要大于摩擦角，便于快递自动下滑。

2.2 暗箱机构

暗箱机构由暗箱、暗箱电机组成，暗箱为一六面体，每个面内都按有光敏元件，可以感知荧光涂层发出光，以判断条形码的位置。暗箱电机可以带动暗箱的前后两面旋转，以控制暗箱的打开与关闭，便于快递进出，其中暗箱的前面装有测距传感器，用来检测快递距离，判断是否要打开前面；暗箱的其余四面为固定的，其中暗箱的下底面是嵌入滑道内的，其上表面与滑道表面重合，使得快递下滑时不会受到阻碍。

2.3 传送带机构

传送带机构由传送带支撑架、传送带、传送带电机组成，为普通平带，用来运送快递。

2.4 水平旋转机构

水平旋转机构由旋转电机、提升电机、机械手、水平旋转机构支撑架等组成，其中机械手原理为一曲柄滑块机构，曲柄滑块机构型机械手结构比多指灵巧手和欠驱动多指杆机器人手更加简单、紧凑，能减少控制的复杂性，且重量轻，成本低[3]。提升电机通过绳索带动机械手内的提升套上下运动，使机械手松开或夹紧，旋转电机可以控制机械手旋转一定的角度；机械手中的旋转套与提升套为同心圆的结构，旋转套可以随提升套升降，但旋转套的旋转不会干扰到提升套，这样保证机械手在进行旋转时不会产生干涉。机械手中的抓取板有90°的张角，抓取板为铰连接，可随快递大小的不同改变与弯连杆之间的角度，使抓取的快递的大小范围适量增大。水平旋转机构的作用是使原本朝向左右两面的条形码，旋转到前面，便于竖直旋转机构对快递进行进一步的调整。

2.5 竖直旋转机构

竖直旋转机构，主要有提升丝杆、中间连接件、相关的一系列电机、双螺旋夹紧机构、竖直旋转机构支撑架等组成。双螺旋夹紧机构是等螺距的左右双螺旋丝杆驱动夹紧元件的结构，具有自动定心的功能[4]。当丝杆转动时，与两端夹紧元件会同时向中间或同时向两边运动，从而达到夹紧与放松的状态。双螺旋夹紧机构内的电机带动丝杆旋转，使夹紧圆盘向中间运动，以夹紧快递；提升丝杆在其电机的带动下，可将双螺旋夹紧机构略微提升，避免快递旋转时与传送带发生干涉；夹紧圆盘可以在电机的带动下旋转指定角度。双螺旋夹紧机构内的夹紧圆盘内有弹簧，启到一定的缓冲作用， 可以避免将快递压坏，同时弹簧的存在也使该机构可夹紧的快递的大小范围得到适量的增大。竖直旋转机构的作用是使原本朝向前、后、下三面的条形码，旋转到正上面，同时双螺旋夹紧机构的自动定心功能使快递处于机构中心，便于扫码器进行扫描。

2.6 扫码机构

扫码机构，由扫码器支撑架和扫码器组成，扫码器固定在扫码器支撑架上，扫码器为常开的，可以连续不断地扫描下方经过的快递。

3 装置运行过程

（1）首先，在贴条形码之前，在条形码表面涂一层荧光涂层。当快递进入中转站后，经过按大小分类的分拣机后进入机械部分。

（2）快递通过传送带将快递送到倾斜滑道机构后，快

递沿滑道下滑，暗箱前面的距离传感器监测到快递进入相应范围后，暗箱电机控制暗箱的前面打开，使快递进入暗箱中，暗箱电机控制暗箱的前面关闭，此时暗箱处于完全封闭状态，快递贴有条形码的一面的荧光涂层会发出光，位于暗箱相对面上的光敏元件会接收到光信号，将光信号转变成电信号经过处理，可判断出条形码的位置；然后暗箱电机控制暗箱的后打开，快递继续下滑。

（3）快递滑到传送带，进入水平旋转机构。当快递贴有条形码的面朝向左或右时，快递需要进行水平旋转，提升电机转动，使机械手抓紧快递；然后旋转电机带动机械手转动，快递顺时针旋转90°或270°角度，使貼有条形码的面朝向前方，然后提升电机反转，机械手放松，快递回到传送带上；当快递贴有条形码的面朝其他方向时，水平旋转机构无需运动。

（4）传送带将快递送至竖直旋转机构，当快递贴有条形码的面朝向于前、后、下时，快递需要竖直方向的旋转，电机带动双螺旋丝杆转动，两个夹紧圆盘向中间运动，将快递夹紧，提升丝杆电机带动提升丝杆转动，使整体向上平移，随后夹紧圆盘的电机带动夹紧圆盘和快递顺时针旋转90°或180°或270°，使贴有条形码的面朝向上方；水平丝杆电机反转，夹紧圆盘分开，将快递放回传送带，各机构回到初始位置。

（5）传送带将快递运至扫码机构，经过两次旋转运动后，快递的条形码必定朝向正上方且位于传送带中央，即正对着扫码器的方向，扫码器为常开的，此时扫码器就可以连续扫描下方通过的快递的条形码。

4 结束语

本方法是针对大小相差不大的六面体盒装快递包裹设计，利用荧光标记条形码，暗箱检测条形码位置，机械手和双螺旋夹紧机构对快递进行姿态调整，使贴有条形码的一面朝向上方，以便于扫码器的自动扫描。本装置与快递自动分拣系统相连，就可以实现全自动的扫描分拣一体，实现全线的自动化。本装置原理简单，易实现自动化控制，极大的节省了人力，减轻了劳动者的工作强度。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家邮政局.国家邮政局关于2018年一季度邮政行业经济运行情况的通报[EB/OL].http：//www.spb.gov.cn/sj/tjjd/201804/t20180424_1549785.html，2018-04-24.

[2]田常青，张艳冬.自动扫码贴标机中PLC实现条形码识别的应用设计[J].自动化技术与应用，2017，36（01）：70-74.

[3]范雄飞，叶军，毛伟伟.一种曲柄滑块机构型机械手的设计[J].中国西部科技，2010，9（14）：42-43.

[4]樊伟杰，李利敏.双螺旋自定心夹紧机构的扩展应用[J].金属加工（冷加工），2011（18）：48-50.