一款全自动集分拣、存储、取放于一体的智能快递柜

吕莹莹 王珊珊 宋雨馨

摘要：一款全自动集分拣、存储、取放于一体的智能快递柜，采用STM32单片机作为主控芯片，openmv4摄像头智能检测，装置主要采用压缩气体提供动力。通过识别系统，分拣机构，码放机构，存储机构可自动实现物品的快速识别、安全检测、分拣、取放、存储等功能。解决了快递派送中因分拣、派送工作量大，而造成的网购弊端。得出适合小区、写字楼、学校三种场所的快递柜格口大小配比，设计出不同的快递柜存储结构，以满足顾客的多样需求，因此，具有广阔的市场前景和应用价值。

关键词：全自动分拣、大容量储存、方便快捷、智能高效

1.研制背景及意义

1.1研制背景

我国快递派送设备的研究起步较晚，目前快递“最后一公里”派送主要采用物流数据平台模式、上门服务模式、智能自提模式或分散自提模式，这些快递派送模式都存在劳动量大、智能化程度偏低和快递派发时间长的问题。为了减轻快递员的工作强度、减少派送出现的错误，使快递工作人员从单一、繁琐的工作中解放出来，实现自动化智能化控制，设计了一款全自动集分拣、存储、取放于一体的智能快递柜来提高快递派送效率。

2.机械设计方案

2.1主要机械结构

2.1.1存储机构

存储机构如图2-1所示，改变了传统存储货架的结构，在传统货架的基础上，每层货架倾斜30°，并在每层货架表面增设流利条，可有效减少快递存储时快递包裹与货架之间的摩擦。依靠货物自身重力可实现快递包裹的码放，大大提高了快递仓储的空间利用率。

2.1.2分拣机构

分拣机构由200rad/min的直流减速电机驱动，通过皮带传输带动快递包裹传输运动，根据识别系统检测到的快递信息——以快递包裹的种类、重量、体积等参数为依据进行分拣，自动匹配最佳仓储位置，分拣机构传输快递包裹至指定位置，气动推杆由内径4mm行程150mm气缸提供动力，将快递包裹由分拣机构码放至存储机构[1]。

2.1.3运动机构

运动机构的车轮采用2寸橡胶轮定向轮，承载重量70kg，运动底盘由新型轻质材料做成，运动机构的动力来源于额定扭矩20kg.cm的直流编码器电机，带动齿轮在1.5模15*15**500mm的齿条上运动，可实现运动机构的精确运动，准确停止在指定位置，误差有效控制在3mm范围内[2]。

2.1.4搬运机构

搬运机构由升降装置和搬运机械手两部分组成。

升将装置采用移动剪交叉式升降机，升降范围0至400mm，升降装动力来源于额定扭矩20kg.cm的直流编码器电机带动丝杠传动，使动剪叉式支撑机构的平稳升降，根据控制系统指令实现精准升降，保障了机器搬运的工作精确性。

搬运机器手如图所示，摒弃了传统机械手依靠电机提供动力的方式以及机械手仿生夹取模式。采用3pa压缩气体作为能源，由3个内径4mm行程20mm气缸倾斜30°，相隔90mm固定位置安装提供码放动力。由直径40mm气压吸盘作为夹取动力，可实现快速搬运，保障了机器搬运效率[3]。

2.1.5码放机构

码放机构在现有的仿生机械手的基础上进行改造，改变机械手臂的力臂长度与传动模式，使其灵活性更高，实用寿命更长，可根据单片机指令自动完成快递包裹的搬运，相比于人工搬运大大提高工作效率，节省大量人力与时间。

3.控制系统的设计方案

系统工作时首先进行初始化设置，然后进行自诊断管理，如发现系统存在错误，将发出工作警报提示工作人员进行处理。如无错误发生则正常工作，按照快递分拣存储取放的工作流程，自动完成各项工作。

快递识别机构主要是通过摄像头扫描仓储架的快递箱体单号，从而准确确定快递包裹位置，为取件工作提供快递包裹位置，提高取件效率。快递柜成功揽件后，会通过手机短信的方式，给收件人发送取件二维码，取件时收件人通过刷取二维码可快速取件，并且可同时取多个快递包裹，提高了取件的效率[4]。

4.创新点及应用

（1）识别系统：采用视觉识别技术，以STM32单片机和openmv4摄像头作控制系统的核心，可实现对快递信息的准确获取，为实现快递的智能分拣，存储，以及智能取件提供信息支持。

（2）分拣系统：根据识别系统传递来的快递信息，根据快递包裹的种类，大小，以及包裹内的快递材质，合理分配快递存储位置。

（3）此款作品可实现对快递包裹快速识别、安全、分拣、取放、存储等功能。智能化程度高，操作快捷方便。

（4）采用扫描二维码取件的方式，改变的原始密码取件方式，并可以实现一次取件多个包裹，大大提升了取件效率。

结束语：

本智能快递柜设计实现了快递的智能化派件，解决了现有快递取件设备智能化程度和空间利用率偏低的问题，实现了快递柜的快速取件。

参考文献

[1]王桂香，何全燕，李为端，等.快递柜存件六自由度机械臂设计[J].数字技术与应用，2019，37（3）：6-7. DOI：10.19695/j.cnki.cn12- 1369.2019.03.04.

[2]謝钰鹏，林春盛，李学南，等.一种快递智能分拣装置[J].机械工程师，2019，（8）：68-71.

[3]中国科学院理化技术研究所.一种分拣式磁制冷快递柜：CN202010139429.4[P].2020-06-25.

[4]毛淑婷.自动分拣智能快递柜：CN201922501854. 9[P]. 2020-10-01.