快递智能分拣机械手的设计

快递智能分拣机械手的设计

施卓卓  王春燕  史煜

南京铁道职业技术学院 江苏南京  210031

摘要：快递全自动分拣设备占用场地大、价格昂贵，在县市级快递分拣中心，无法得到推广应用，依然采用人工分拣。移动式快递智能分拣机械手，在需要使用时，将此机械手推至场地中心进行快递分拣，不用时放置在箱柜中保存，占用场地小、价格适宜，便于在小型快递分拣中心推广应用，提升物流自动化水平。

关键词：PLC、机械手；快递；报警器

1 引言

2023年2月15日凌晨4点左右，在浙江宁波中通快递分拣中心，一位60岁的中通快递员工在从事快递分拣工作中突然倒地，同事立即拨打120急救电话，但是经过医院抢救无效，最终不幸离世，引起社会广泛关注。这件事情再次引发人们对于快递员工作条件、工作强度和安全问题的关注。快递员是现代物流产业的重要一环，快递员工作具有以下特点：1.工作强度大；需要长时间的走动、搬运、分拣，经常要超时加班。2.工作时间长；基于快递的时效性，部分快递员工需要在深夜工作。3.工作环境复杂；复杂的工作环境容易导致快递员受到影响，增加了工作风险。为了保障快递员的权益和安全，急需采取一些措施改善他们的工作条件。一方面社会应给予快递员更多的人文关怀，另一方面快递企业更应该优化工作流程、提高物流自动化水平，以降低快递员的工作强度。

目前，大型快递企业在地区级、省级快递分拣中心，基本已运用了快递全自动分拣设备，实现快递的自动化分拣。但是，由于快递全自动分拣设备占用场地大、价格昂贵等原因，在县市级快递分拣中心，无法得到较好地推广应用，依然采用人工分拣的工作方式，既增加了快递员劳动强度，而且工作效率低下。为了减小分拣设备的场地占用，并降低价格，我们将设计移动式快递智能分拣机械手，在需要使用时，将此机械手推至场地中心进行快递分拣，不用时放置在箱柜中保存。它不但实现了快递的智能分拣，全面提高物流自动化水平，而且价格较低，便于在县市级小型快递分拣中心推广应用，降低底层快递员的工作强度。     

2 快递智能分拣机械手的设计原理

快递智能分拣机械手（如图1）工作时，快递员只需将快递包裹放在传送带上，传送带上的快递包裹经过扫码探头，扫码探头扫码识别出快递包裹将要投递的区域，并将信息发送给机械手，机械手夹取快递包裹放置在不同的容器内，实现快递分拣。

图1 快递智能分拣机械手工作简图

机械手本体结构采用了3杆机构。其中两根杆通过伸缩气缸实现机械手臂的俯仰，第三根杆采用伸缩气缸实现整个机械手的高度升降，另外在底座上还设置了180度旋转气缸，可完成机械手的旋转180的作业范围。机械手的末端执行元件为4个真空吸盘，每个吸盘都固定在吸盘支架上，用来吸附包裹。整个机械臂安装在一个回转支座上，回转角度范围为180度，小臂相对于大臂可摆动，摆动范围为60度~120度；小臂末端的手腕也可以摆动，摆动范围为-60度~+60度；手腕末端安装一真空吸盘装置，用于尺寸为30~450 mm左右大小。包裹的抓取，最大抓取重量为8 kg。整个机械手共有4个自由度，分别是升降、俯仰1、俯仰2及基座的回转。机构采用气压控制各自由度的动作，简单方便，各自由度之间相互联系且独立，动作时互不干涉。

3 快递智能分拣机械手的设计

通过快递智能分拣机械手的设计要求分析，规划出总体方案，能完成快递包裹的抓取、旋转和俯仰动作，可用于快递物流线上的快递包裹的分拣操作，并且主要针对小型物流分拣中心，结构简便、效率高，可控范围大，机构所用零件便于加工和组装，相应的成本较低。

1）主要气动元件的选用

根据机械手的使用要求，全部选用了气动驱动方式。分拣机械手的手臂通过伸缩气缸安装在机架上，手部的抓紧动作是由4个型号为D2-15，直径为30的二层真空吸盘来实现，并通过一个型号为CV-20HSCK真空发生器进行控制。设计机械手的功能是可以抓取包裹后提升并旋转一定角度，然后下降至恰当位置再卸下包裹。

2）机械手虚拟模型

根据整个机械手的承重和负载情况，机械手手臂分别采用了尺寸为60×8、50×8和30×8的6061铝板，手臂之间采用铰接式结构，并最终固定在机架上。3杆机械手的总体结构比较简单，可以通过三维建模软件制作装配出虚拟样机。

3）机械手气动控制系统

三杆机构机械手的气动控制系统原理，直线气缸和摆动气缸均为双作用缸，并通过二位四通电磁换向阀进行控制。机械臂伸展和旋转的速度通过单向节流阀控制。抓取装置中的四个真空吸盘通过两个真空发生器进行控制。

4 结束语

目前，由于快递全自动分拣设备占用场地大、价格昂贵等原因，在县市级快递分拣中心，无法得到较好地推广应用，依然采用人工分拣的工作方式，既增加了快递员劳动强度，而且工作效率低下。依本文设计的快递智能分拣机械手，在需要使用时，将机械手推至场地中心进行快递分拣，不用时放置在箱柜中保存。它不但实现了快递的智能分拣，全面提高物流自动化水平，而且价格较低，便于在县市级小型快递分拣中心推广应用，降低底层快递员的工作强度。

参考文献

[1]王前进,马小平,张守田.PLC软冗余在通风机监控系统中的应用[J].工矿自动化,2014,40(01):93-96.

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[3] 周石强,郭强,朱涛,等. 电气控制与PLC应用技术的分析研究[J]. 中华民居,2014(3):199-199,201.

作者简介：施卓卓，男，江苏常州人，2003年12月出生，南京铁道职业技术学院学生，主要从事动车组检修技术方面的学习与研究。

2023年南京铁道职业技术学院大学生创新创业训练计划项目：快递智能分拣机械手的设计

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