基于竖直方向的智能物流分拣装置的设计研究

刘均勇 林啟模 骆岷 吴乐成 李永恒

摘要：本项目主要针对中小型物流分拣中心，为提高分拣工作效率，提出一种以竖直方向的快递物流件自动识别分拣系统进行设计研究，使物流分拣中心变得更加智能化，从而代替人工、提高效率和降低成本。

关键词：分拣系统，设计，智能化，自动识别;

1.引言

物流行业迅猛发展，需要分拣的物件量增大，人工分拣很难满足需求。很多 大型的分拣中心都有专业的分拣装置，但这些设备价格昂量，并且整个分拣系统占地面积广，中小型分拣中心难以接受。本项目研究主要面向中小型的物流分拣中心，目的在于提供-种设计合理、消费水平相对较低的中小型物流分拣装置，使快递包裹分类更加的方便快捷，大大降低快递分发的强度的一特自动扫码分拣快递的装置，满足中小型分拣中心的追切需求。

2.智能物流分拣系统

本系统主要由基于竖直方向设计的传送部分、识别部分、分拣部分、扩展部分组成。传送部分由普通传送带、基于竖直方向的传送带和STM32控制模块组成，STM32通过传感器和其他模块获取传送带的速度信息、快递在传送带是否重叠、快递是否准确到达另外的传送带等信息，然后STM32通过处理和分析这些信息来控制传送带的运行。识别部分由一组合摄像头和树莓派组成，一组合摄像头能够从不同角度拍摄，这样能够确保快递的条形码或者二维码被准确扫描识别，树莓派用于处理摄像头获取的照片并处理和分析从图片的二维码中获取准确的信息然后传递给分拣模块。分拣部分由STM32模块和气缸推板组成，STM32会根据从树莓派获取的快递二维码或者条形码信息，通过处理分析来控制气缸推板将快递在特定的位置被推出。扩展部分由显示屏幕、手机终端、网络终端等组成，我们可以通过扩展部分来知道传送带具体信息，比如传送带速度、分拣是否正常运行、具体分拣的数量、分拣的快递各个地区的数量等。

3.智能物流分拣装置结构设计

3.1 输送装置

输送装置由传送带构成，第一个普通的传送带主要起到传送货物作用，并且能够将快递传送到另外一个基于竖直设计的传送，保证快递有序分拣。第二个传送带是基于竖直设计的传送带，竖直的设计能够有效的减少占地面积。并且它是具有分层结构的，这样可以确保快递能一个有序分拣和不出问题。

3.2 扫描装置

扫描装置的作用是获取快递上的二维码或者条形码图片数据，然后将数据传送给相应的STM32单片机来处理。该摄像头装置有2大部分，第一部分由在传送带正上方的摄像头组成，第二部分由一个位于传送带另一方的摄像头组成，可以确保快递的二维码处于不同位置都能被摄像头拍到并且获取信息。

3.3 分类装置

分类装置由以气缸为推力的推板组成，它是在基于基于竖直设计的传送侧边的。为了保证推板的强度，采用铝合金为内部材料。同时在其外面覆盖一层塑料，以减少摩擦力带来的损害，以及保证推动的流畅性。

3.4处理装置

处理装置由树莓派和STM32组成，树莓派它是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100 以太网接口（A型没有网口），可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能只需接通电视机和键盘，就能执行如电子表格、文字处理、播放高清视频等诸多功能。它的芯片处理能力能满足图片处理程序和将信息传递给显示屏幕、手机终端、网络终端等。

4.智能物流分拣装置系统设计

4.1分拣控制系统

STM32会根据从树莓派获取的快递二维码或者条形码信息，通过处理分析来控制气缸推板将快递在特定的位置被推出。STM32T通过接收传送带上速度感应模块、传送带上快递是否正确分拣验证模块的信息进行处理+分析来控制传送带的运行。

4.2 识别系统

识别系统的原理是将摄像头获取的数据进行处理和分析，并且提取出有效的条形码或者二维码数据传送给分拣控制系统处理。识别模块采用了视觉算法，其中用到了OpenCV库和Zbar库，OpenCV库的函数能够对图片进行灰度、高斯平滑滤波 、求水平和垂直方向灰度图像的梯度差、均值滤波，消除高频噪声、二值化、闭运算，填充条形码间隙、腐蚀、膨胀等进行很有效的处理，在此之后找到条形码区域的矩形边界，然后再利用Zbar库的函数对图片进行处理，两者结合可以更加有效的处理图片和提取出图片中的二维码信息。

4.3扩展系统

树莓派将STM32传过来的各个模块的信息通过WIFI传给手机终端、网络终端显示，并且控制屏幕显示，让我们能实时看到系统信息。

5.智能物流分拣装置功能应用

（1）能连续、大批量地分拣货物：由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等限制，可以连续运行，同時自动分拣系统单位时间分拣件数多，因此自动分拣系统的分拣能力比人工分拣系统具有无可比拟的优势。

（2）分拣作业基本实现无人化：减少人员的使用，减轻员工的劳动强度，提高人员的工作效率，最大限度地减少人员的使用，基本做到无人化。

（3）适用于中小型分拣中心的分拣系统： 设计了一种适用于中小型分拣中心的分拣系统，对国内市场上分拣机不足进行了一定的改善。

6.结语

本设计系统灵敏可靠、操作方便、具有很 强的可扩展性、适合实验开发、教学研究等多个 领域，同时为整个智能家居控制系统提供了一 个设计思路，具有较好的实用性与应用价值。

参考文献

[1]张锋，欧阳鑫玉，赵一帆，赵楠楠. 快递包裹智能分拣主控系统设计[J]. 辽宁科技大学学报，2020，43（05）：368-376.

[2]何晓磊，王皓平. 快递自动分拣系统模型设计[J]. 中国高新科技，2020，（15）：145-146.

[3]. 智能分拣，不负重托 西门子SINAMICS V90伺服系统在快递智能分拣中的应用[J]. 自动化博览，2020，（07）：34-35.

[4]杜春宽，江凌云，陈国美. 基于TRIZ理论的自动分拣快件装置的设计与研究[J]. 内蒙古农业大学学报（自然科学版），2020，41（04）：59-63.

[5]杨丽，范江波. 基于STM32F103的智能快递分拣系统设计[J]. 三门峡职业技术学院学报，2019，18（03）：139-143.

（北部湾大学 广西 钦州 535011）