北京联合大学生物化学工程学院 吴辉婷 杨志成 任惠荣 唐和业 楚文军

快递自动收发系统的设计

北京联合大学生物化学工程学院 吴辉婷 杨志成 任惠荣 唐和业 楚文军

通过分析快递业务的现状，以及假快递给社会带来的危害，对快递自动收发装置的可行性进行研究。 构思一种快递自动收发装置，预防假快递乘虚而入，阻止违法活动。同时，减少因货主不在家，快递人员反复投递所付出的时间的浪费。设计了一种基于二维码技术的快递包裹自动收发装置，实现了投递、扫描二维码、发送二维码、存储包裹、取出包裹全自动流程。

创新设计；智能手机；二维码 ；升降传送装置；自动收发系统

1　 引言

随着物联网时代的兴起，快递业务得到发展与壮大，快递业在繁荣了社会经济的同时，也给社会带来了诸多隐患。一方面，从新闻媒体上看到不法快递人员侵害货主的现象时有发生[1，2]。另一方面，送货到家而货主不在，快递人员无功而返，这样既浪费快递公司的财力、物力，也给本来拥堵的道路交通带来了压力。

2　 快递员投递现状与分析

普通的家庭一般分为工作者、上学者、孩子和老年休闲者，上述前两者工作或学习时间往往不在家，后两者容易受到侵害不敢接收快递货物。因此，快递员投递货物占用大量的业余时间，且投递成功率不是很高。为了提高投递成功率，大家想出很多方法，主要有以下几种：电话预约、短息通知、电话联系、直接上门。信息技术的迅猛发展，为电子商务搭建了信息平台。3G、4G手机的出现又构建了新的交易平台[3]，拇指时代使得快递业务蓬勃发展，同时也为破解快递业务面临的难题提供了契机。

3　 快递自动收发装置的创新设计

3.1 快递自动收发装置功能设计

3．1．1 自动投递功能

根据模块化设计思想和发明解决问题理论（TRIZ）的进化模式，对自动收发装置进行功能分解，设计了如图1所示的外观结构图。在结构图中，可以看出该装置由防假投递口、外壳、升降传送装置、机器手、存储柜、控制系统等组成。快递员将货物由投递入口投入，货物受重力影响自动下滑，经送件二维码扫描枪扫码验证通过后，扫描枪将扫描码送入PLC控制器，控制器控制升降传送机构和机器手机构协同工作，将货物存储于储物柜的空柜体中。本装置可有效提高送件效率，降低快递员的劳动强度，并避免了送件到家过程存在的安全隐患。

3．1．2 自动取货功能

货主取件时，利用商家发送的取件二维码在外面的扫描枪前扫描二维码，扫描枪将扫描二维码信息发送到PLC控制器，PLC控制器查找到该二维码信息对应的储物柜体后，根据该柜体的位置信息，控制推送机器手将货物由柜体中推出，由取件传送单元送出至取件口；其中，快递件上的二维码与客户的取件二维码并不相同，由系统自动匹配，防止快递员利用二维码盗取货物。

3．1．3 防伪投递功能

扫描枪扫描货物二维码是投递成功的关键节点，只有扫描成功才能确认货物进入存储柜，基站才能发送信息通知货主来取货[4]。假如有不法快递人员将货物投送成功，又将物品取回这将会给货主带来损害。这时滑动传感器起到作用，正向滑动时，系统正常运行，一旦发生物品反向运动，滑动传感器发出信号，控制器启动单向门，关死闸门，防止货物被盗；同时记录二维码信息，为将来查找不法快递员提供佐证；基站发送报警信息，由快递公司及安防系统进行处理。

3.2 快递自动收发装置总体结构设计

快递自动收发装置采用模块化设计，包括防假投递口、外壳、升降装置、传送装置、坐标机器人、存储柜、包裹输出口和控制系统等组成。

3．2．1 外观的设计

快递自动收发装置外观结构图如图1所示。快递自动收发装置包括货物送入口、内部扫描枪、出货口、外壳。当货品存储时，快递人员将货品放在投递口处，为防止货品滑落，设置支板。货品进入后，内部扫描枪A扫描货品上的二维码，机器人和传送升降机构完成货品存储操作。当货品需要取出时，取货人用可携带二维码的智能手机等物品放在外部扫描枪B处接收扫描，坐标机器人和输出传送带工作，将物品送出，取货人拿走货物。

3．2．2 升降与传送机构的设计

升降传送机构主要包括升降架、升降电机、传送带和传送电机。作用是将要存储的货物送到预存置单元存储柜的入口。货物送出也需要传送带运输，它位于存储柜的后部，包括传送带和传送电机。是它将坐标机器人推出的货物送到出货口。

3．2．3 坐标机器人的设计

机器人采用PPP方式制作。普通的机器人价格昂贵，控制困难。由于本工作区域是立方体，如果采用三个方向的直线运动将提高工作效率，大大降低制作成本。坐标机器人正好符合立方体区域工作，如果一个机器人能够解决整个收发库的所有货物的存放、发送，将大大减少设备的成本。

图1　 快递自动收发装置外观结构图

图2　 坐标机器人结构示意图

3.3 软件设计

本软件是在Linux操作系统平台下开发的，该操作系统最重要的特点是它支持多用户、多任务，因为快递自动收发装置刚刚起步，各个用户终端使用的平台不尽相同，这样有更好的兼容性。另外，Linux操作系统平台有丰富的网络资源，在网页浏览、文件传输远程登录更加便捷。PLC采用欧姆龙公司生产的CP1H型号，主要特点是产品价格较低，容易被使用者接受。另外，PLC采用模块化安装，用于坐标机器人是理想的位控单元，PLC的软件程序是关系自动收发邮件包裹的指挥系统，程序运行的可靠性关乎系统运行的成败。该程序采用CX-Programmer梯形图语言编写，程序可读性强、易于查找问题并能在线调试[8]，大大缩短设备的调试周期。它可以安装在Linux系统下，也可以和Microsoft Office平台下的其它工具兼容，将来使用EXCEL等数据报表更加方便。系统程序由一个主程序和若干子程序组成，包括系统初始化程序，升降传送机构控制程序和坐标机器人控制程序。主程序运行流程图如图3所示。

图3　 主程序运行流程图

4　 结束语

从预防伪快递角度，基于二维码技术的快递自动收发装置比传统的人工手递手工作更加有效。从生产管理的角度来说，大大提高快递人员的劳动效率，减少工人的时间成本。从企业的竞争力来说，由于采用先进的快递设备，预防不法之徒的非份之想，提高了安全性，它将更受使用者的垂青。因此，该装置可以充分发挥物联网的优势，同时完善了居民住宅区使用功能，对解决快递扰民的问题提供了解决之道。

[1]假快递员入室．http://www．fawan．com．cn/html/2013-07/18/ content_445400．htm．

[2]货到付款需谨慎．http://n．cztv．com/zhejiang/554987．html．

[3]钱峰．商业银行移动金融外部环境分析及策略建议[J]．金融理论与实践2012．6:33-36．

[4]呼晓静．智能存包柜在图书馆的应用[J]公共图书馆, 2010．5:47-49．

吴辉婷，女，本科，研究方向：工业设计。

杨志成，男，北京人，硕士，北京联合大学副教授、仪表自动化高级考评员、仪表技师，主要研究方向为工程设计与控制。

北京联合大学“启明星”大学生科技创新项目，项目编号：201511417SJ015。