李興國+端木希睿+廖鴻輝+陳麟杰+郭賀朋

摘 要：本文介紹了一種通過曲柄滑塊結(jié)構(gòu)完成分揀的物流機(jī)械系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用STM32F103控制，通過射頻閱讀器檢測識別快件，步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對曲柄結(jié)構(gòu)的控制進(jìn)而完成對快件的分撥。整個(gè)系統(tǒng)能夠完成快件信息的高速讀取與分揀，易于組裝和系統(tǒng)優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：物流分揀 射頻 RFID 曲柄滑塊

中圖分類號：TH1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）09-0-01

緒論

目前我國物流業(yè)中存在包裹分揀速度慢，人工費(fèi)時(shí)費(fèi)力，分揀動(dòng)作不規(guī)范化導(dǎo)致包裹受損等問題，國外有能夠完成自動(dòng)化分揀的物流機(jī)器人，但造價(jià)昂貴，并不能適用于中國物流訂單量大，物流包裹大小不一的情況。針對這些問題本文介紹了一種新型的能夠通過RFID技術(shù)幫助物流中轉(zhuǎn)中心完成自動(dòng)化分揀的設(shè)備，可以通過在現(xiàn)有的分撥倉傳送帶上加裝步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲柄滑塊結(jié)構(gòu)的物流分揀推手完成分揀動(dòng)作，并配合緩沖軌道保護(hù)包裹的安全。

一、曲柄滑塊結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)的主要運(yùn)動(dòng)部件是四桿滑塊機(jī)構(gòu)，四桿中除機(jī)架以外其余三桿依次是主動(dòng)桿、中間桿和推桿，其長度依次為97mm、197mm、300mm（此長度是執(zhí)行長度，即除去了螺栓聯(lián)接部分和兩端的長度）。主動(dòng)桿的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)相應(yīng)的實(shí)際情況進(jìn)行更改，初步設(shè)置為2.5r/s（即150r/s）。

二、分撥機(jī)主要機(jī)構(gòu)簡單運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)計(jì)算

假設(shè)傳送帶的寬度是300mm，運(yùn)行速度是1m/s，傳送帶與被傳送的物體之間的摩擦因數(shù)μ為0.36，物體被傳送時(shí)放置于傳送帶的中間，取重力加速度為9.8N/Kg。在某一位置處有一個(gè)分撥裝置，分撥裝置給被傳送物體的加速時(shí)間為0.14s，即傳送帶運(yùn)動(dòng)0.14m，由分撥裝置的結(jié)構(gòu)可知加速距離為13.5cm，推桿的平均加速度約為12.3m/s2，設(shè)某一物體的質(zhì)量是1.75Kg，則推桿的推力至少應(yīng)為21.525N。

所以分撥機(jī)給物體（快遞）的合力為：；

有上述的計(jì)算可知，橫向分撥裝置在推出被傳送的物體的過程中的平均速度是，橫向分撥裝置的最前端的理論安裝位置是距傳送帶邊緣（分撥裝置安裝一側(cè)）30mm。

由上述計(jì)算可簡單計(jì)算出四桿滑塊機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)桿上端應(yīng)該提供的垂直于主動(dòng)桿的力的大小為35.80N，所以主動(dòng)桿所提供的扭矩為3.33N·m，考慮到四桿滑塊機(jī)構(gòu)其本身質(zhì)量和作用在其自身的加速度的影響，步進(jìn)電機(jī)的輸出扭矩選擇3.5N·m，由功率計(jì)算公式初略計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)的瞬時(shí)功率為49.48w。結(jié)合步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩綜合考慮（150r/min、3.5N·m），步進(jìn)電機(jī)的型號選為57BYG250-76（自帶減速器，減速比為1∶7.5，輸出扭矩最大可達(dá)1.48×7.5=11.1）。

三、MCU控制簡述

本系統(tǒng)采用ST公司的stm32f103rbt6為核心控制器，通過與閱讀器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對快件的物流信息獲取，然后通過協(xié)調(diào)器將其交付給數(shù)據(jù)服務(wù)器并判斷快件是否發(fā)錯(cuò)或者返回，以及對快件的分撥。其整體功能圖如圖2所示。

首先協(xié)調(diào)器通過閱讀器對電子標(biāo)簽上的信息進(jìn)行讀取，并將該信息傳回?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器上判斷該包裹是否應(yīng)當(dāng)發(fā)往本分撥中心，如果不是，就會提醒工作人員進(jìn)行檢查，該快件是發(fā)錯(cuò)、還是需要返回的快件，如果是就將快件放入傳帶上，在信息比對確認(rèn)是發(fā)往該分撥中心后，將相應(yīng)信令通過CAN控制器發(fā)送給控制相應(yīng)的分撥機(jī)械手的MCU，在MCU內(nèi)部，使用隊(duì)列（Queue）這一先進(jìn)先出（FIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對信令進(jìn)行存儲，采用循環(huán)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)存儲功能。

當(dāng)控制相應(yīng)的分撥機(jī)械手的MCU接收到來自CAN總線的命令的時(shí)候，接收報(bào)文，并將控制信息進(jìn)行入隊(duì)操作，存儲控制信息其入隊(duì)存儲實(shí)現(xiàn)如圖3左圖所示；MCU通過外部的傳感器是否掃描到有快件通過來實(shí)現(xiàn)對存儲信息的控制隊(duì)列進(jìn)行出隊(duì)的操作，并對控制信息進(jìn)行判斷，如果控制信息內(nèi)容是0就不對快件進(jìn)行操作，如果控制信息內(nèi)容是1，MCU對步進(jìn)電機(jī)的控制器發(fā)送控制信號，進(jìn)而步進(jìn)電機(jī)控制器對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁，從而帶動(dòng)機(jī)械臂，將快件分撥到收納網(wǎng)中，其流程圖如圖3右圖所示。當(dāng)分撥機(jī)械手分撥的快件達(dá)到一定的數(shù)量的時(shí)候，MCU會自己發(fā)出提示提醒工作人員將物品收納網(wǎng)進(jìn)行打包。

結(jié)束語

以上通過曲柄滑塊結(jié)構(gòu)完成分揀的物流機(jī)械系統(tǒng)，以STM32F103為控制系統(tǒng)，通過射頻閱讀器快速讀取快件上的電子標(biāo)簽上的信息，來實(shí)現(xiàn)快件高效的分揀。經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測此分揀設(shè)備能夠在一分鐘內(nèi)完成50次物流的分揀工作，通過機(jī)械及自動(dòng)化來代替人工枯燥的勞動(dòng)是未來必然的趨勢，是一種解決物流問題的可靠方案。

參考文獻(xiàn)

[1]林光春.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) [M].四川：四川大學(xué)出版社，2013.

[2]張毅剛.單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì) [M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2016.

[3]邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì) [M]. 北京：高等教育出版社，2014.

[4]唐文彥.傳感器 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[5]易紅.數(shù)控技術(shù) [M]. 江蘇：東南大學(xué)出版社，2013.

[6]陳越、何欽銘等. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[M]，高等教育出版社，2016.6.endprint