智能分拣系统的研究

智能分拣系统的研究

【摘要】近年来，在传统带式输送机和现有智能分拣技术的基础上，利用先进的条形码识别技术和微控制器进行控制的智能分拣系统在物流企业的应用不断扩大。智能分拣系统分拣作业快速、灵活、准确，操作、维护简单、方便，大大减少了劳动力，提高了工作效率。

【关键词】微处理器;智能分拣系统

一、引言

近20年来，随着经济和生产的发展，商品趋于“短小轻薄”，流通趋于小批量、多品种和准时制，各类配送中心的货物分拣任务十分艰巨，分拣作业已成为一项重要的工作环节。我国目前多数配送中心和物流企业都是人工分拣。显然，随着分拣量的增加、分送点的增多、配货响应时间的缩短和服务质量的提高，单凭人工分拣将无法满足大规模配货配送的要求。

同时，随着电子商务和网购的快速兴起，也给我国的物流快递行业带来了前所未有的机遇和挑战[1]。“快递不快”成为制约我国目前电子商务发展的一大瓶颈。电子商务市场放大了传统商业模式下的销量波动，普遍采用人工分拣的传统快递企业根本难以应对。

然而，国外一些大中型配送中心，大多采用智能分拣系统进行分拣，充分发挥了智能分拣技术分拣速度快、分拣点多、差错率极低、效率高和基本上实现无人化操作的优势。智能分拣系统已成为大中型物流中心、配送中心和流通中心不可缺少的部分，在物流业中得到广泛的应用。智能分拣系统可以实现分拣的自动化、降低工人劳动强度的目的，有效降低分拣错误率、加快分拣速度、提高作业率和降低相关作业成本。

二、智能化分拣系统

1.系统的组成

如图1所示，智能化邮包分拣系统由上件装置、分拣装置、信号识别装置、传动链、分拣格口、计算机控制系统组成。

图1 智能化分拣系统示意图

（1）上件装置

上件装置是将贴有条形码的包裹输送到分拣装置上，控制上件装置的速度使之与传动链牵引保持同步，以便包裹准确地输送到分拣装置上。

（2）分拣装置

分拣装置有很多种，如推出式、浮出式、倾斜式、输送式、分支式等，不同的分拣装置对分拣的货物有不同的要求[2]。本文介绍1条小型的带式输送机作为分拣装置，其主要由电动滚筒、转向滚筒和输送带组成。其中电动滚筒为动力装置，其根据计算机控制系统发出的指令运作，将分拣装置上的包裹输送到指定的格口中。

（3）信号识别装置

信号识别装置的作用是识别、接收待分拣包裹上条形码的信号，根据信号要求指示，分拣装置分拣包裹到指定的分拣格口中。信号识别有多种方式，如人工输入、色码扫描、键盘输入、条形码输入、重量检测、语音识别、形状识别及高度检测等[3]。将这些信号输入到计算机系统中，根据这些信号来决定某一种物品该进入的分拣格口。在本文中介绍所要分拣的货物是贴有条形码的包裹，信号识别装置采用全向条形码扫描仪。由于要求分拣速度快，条形码信号的扫描为在线扫描。结合本系统的特点和要求以及条形码扫描仪的价格等因素，选用新大陆系列NLS-FM-001固定式激光全自动扫描仪。

（4）传动链

传动链是系统中所有分拣装置运行的动力源，牵引带式输送机和包裹运行。

（5）分拣卸货道口

分拣卸货道口是分拣物品脱离主输送机进行集中的通道，一般由钢带、皮带、滚筒、容器等组成滑槽，使物品从分拣装置滑向集中站台或其他接口设备。它的形式各种各样，主要取决于分拣方式和场地空间。一般采用斜滑道，其上部接口设置动力辊道，把被拣商品“拉”人斜滑道。斜滑道可看作是暂存未被取走货物的场所。当滑道满载时，由光电管控制、阻止分拣货物再进人分拣道口。此时，该分拣道口上的“满载指示灯”会闪烁发光，通知操作人员赶快取滑道上的货物，消除积压现象[4]。一般自动分拣系统还设有一条专用卸货道口，汇集“无法分拣”和因“满载”无法进人设定分拣道口的货物，以作另行处理。有些自动分拣系统使用的分拣斜滑道在不使用时可以向上吊起，以便充分利用分拣场地

（6）计算机控制系统

计算机控制系统的作用是对扫码器所采集的信息进行处理，并采用单片机控制分拣装置的运转，以保证信息处理和物品分拣的可靠性。它是向分拣机的各个执行机构传递分拣信息，并控制整个分拣系统的指挥中心。自动分拣的实施主要靠它把分拣信号传送到相应的分拣道口，并指示启动分拣装置，把被拣商品推人道口内。

2.系统的工作原理

包裹上均贴有条形码，由上件装置将包裹输送到分拣装置上，分拣输送机由链条牵引，在分拣轨道上移动，经过条形码扫描器时，包裹分拣信息被条形码扫描器采集并传输到计算机控制系统中，进行数据分析处理。单片机控制、计算包裹到达指定分拣格口所需要的时间，以便于包裹到达分拣道口时计算机控制系统发出信号，通过控制电动滚筒启动带式输送机，将包裹分拣到指定格口，达到分拣的目的[5]。

三、控制系统的硬件部分

1.主控制系统

由条形码扫描器采集到的信号通过标准的RS-232C串行口输入到单片机中，单片机将包含有分拣信息的信号与存储在其内的分拣信息及对应的分拣口地址进行比较。从比较得到分拣口的地址时开始计时，计时结束后启动对应的输出口，单片机的P1口接通驱动电路，在对应的输出口启动固态继电器，从而启动带式输送机的电动滚筒，进行包裹分拣作业[6]。由于条形码扫描器的首读率和分辨率都很高，所设计的自动分拣系统很少出现未能分拣的包裹。对于偶尔出现的未分拣的包裹，可采用人工分拣的方法辅助处理。

2.条形码识别系统

条形码系统的组成如图2所示，主要包括扫描系统、信号整形系统、译码系统和计算机。扫描系统由光学系统及探测器（光电转换器）组成，完成对条形码的光学扫描，并通过光电探测器，将扫描的光信号转换成电信号。信号整形部分由信号放大、滤波、波形整形组成，功能是将条形码的光电扫描信号处理成标准电位的矩形波信号，高低电平的宽度和条形码符号的条空尺寸相对应。译码部分一般由嵌入式微处理器组成，功能是对条形码的矩形波信号进行译码，其结果通过接口电路输出到条形码应用系统的数据终端。图2 条形码识别系统的组成

条形码扫描器工作原理为：由光源发出的光线经过光学系统照射到条码符号上面，被反射回来的光经过光学系统成像在光电转换器上，使之产生电信号，信号经过电路放大后产生模拟电压，它与照射到条码符号上被反射回来的光成正比，再经过滤波、整形，形成与模拟信号对应的方波信号，经译码器编译为计算机可以直接接受的数字信号[7]。光电传感器是将光信号转换为电信号的器件，其在系统中的作用是用于检测是否有货物通过传送带，配合各分拣执行机构动作。

3.分拣机构

智能分拣系统的分拣部分采用往复式气缸传动装置。目前最常选用的是标准气缸，其结构和参数都已系列化、标准化、通用化。水平伸缩气缸选用单活塞杆双作用气缸。单活塞杆双作用气缸一般由缸筒、前后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件等组成[8]。其工作原理：当左侧无杆腔进气，右侧有杆腔排气时活