CN103639122A - 一种包件分拣机的上包系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包件分拣机，属于物流领域。一种包件分拣机的上包系统，包括包件分拣机的主运输线和上包运输线，其特征在于：所述上包运输线包括供件台，供件台上设置有供件模板，所述供件模板为确定邮件在上件时的定位位置，用于确定待上件的邮件的准确位置和邮件在供件台上运动轨迹，在主运输线上设置有主线检测及通讯区，所述主线检测及通讯区用于检测主运输线上托盘位置，确定待上件托盘，所述待上件托盘通过所述主线检测及通讯区与供件台进行通讯，确认是否上件及调整托盘位置，所述供件台通过调整信件运动速度准确完成上件。本发明采用供件模板进行定位，通过托盘直接和供件台进行通讯，上包更明确和精准，而且反应速度快，效率更高。

Description

一种包件分拣机的上包系统

技术领域

本发明涉及物流行业的包件分拣机，尤其涉及一种包件分拣机的上包系统。

背景技术

在世界范围内，目前大多数邮政机构面临着用户多方面业务需求的增长。用户要求更短的时限和更可靠的服务，私营快递服务和邮政服务的市场分额越做越大、越来越得到用户青睐。为保持竞争能力、使业务持续增长，邮政机构必须不断改进其运作经营状况。邮政自动化是达到这些业务目标的有效方式。在主要工业国家，邮政服务均实施了自动化，在改善生产效率和缩短服务视线方面已显示出明显效果。

当前，邮政服务正在进入一个崭新的自动化阶段。伴随着在邮政运作中以及处理流程管理方面引进新的管理理念，在邮件处理中心内部也正在实现处理流程全部自动化。现代化邮政技术及服务可以理解为现代化物流技术在邮政物流这个特殊物流领域中的应用。

现代物流事业快速发展，作为物流自动化的核心产品，包件分拣机在中国邮政乃至整个国内物流行业中占据重要地位。包件分拣机技术的提高与完善，有利于邮政自动化事业的发展，对节省劳动力、提高效率、减少错误率和降低成本等方面都有十分积极的意义。

国内的包件分拣机技术已经有多年的应用。经过这么多年的发展，国产化的包件分拣机已经从较早的托盘式分拣机发展到今天的交叉带式分拣机。这些包件分拣机已经广泛应用在国内大中城市的邮件处理中心，承担着邮政包件在全国以及国际范围内的顺利流通的重要任务。但是我们不得不承认在国内邮政自动化事业高速发展的今天，作为这个事业的重要组成部分的包件分拣机技术当中依然存在一些不可回避的严重问题。

上包系统作为包件分拣机的主要部分之一，直接影响到整个包件分拣机的性能与效率，同时由于它是包件分拣机进行分拣的第一个环节，它的好坏也直接影响到后面环节的运作。现有的上包系统主要有人工上包和机械上包，人工上包费工费时，机械上包因为两条流水线并一条，一直存在上包方向不稳，上包位置不准的缺陷，因此，对上包系统的分析与改进是包件分拣机系统改进的第一步也是至关重要的一步。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种包件分拣机的上包系统，使邮件在上包前得到准确的定位，解决现在的包件分拣中上包费工费时，上包位置不准的缺陷。

技术方案

一种包件分拣机的上包系统，包括包件分拣机的主运输线和上包运输线，其特征在于：所述上包运输线包括供件台，供件台上设置有供件模板，所述供件模板为确定邮件在上件时的定位位置，用于确定待上件的邮件的准确位置和邮件在供件台上运动轨迹，在主运输线上设置有主线检测及通讯区，所述主线检测及通讯区用于检测主运输线上托盘位置，确定待上件托盘，所述待上件托盘通过所述主线检测及通讯区与供件台进行通讯，确认是否上件及调整托盘位置，所述供件台通过调整信件运动速度准确完成上件。

所述供件台分为前后两部分，前部分为供件定位部分，包括用于定位待上件的邮件的供件模板和将邮件加速到一定速度的加速装置，后部分为供件调整部分，通过速度调整装置调整待上件的邮件进行减速或加速运动来实现邮件与主运输线上托盘的同步。

所述供件模板包括设置在供件台表面的固定挡板，固定挡板朝向上包运输方向的一侧为凹口，所述凹口包括两条挡住固定待上件的邮件的斜边，两条斜边之间的夹角为直角，两条斜边分为长边和短边，在所述固定挡板下方对应凹口的位置设置有多个位置检测传感器，包括沿凹口长边设置的邮件长度检测传感器和沿凹口短边设置的邮件宽度检测传感器。

在所述两条斜边之间的夹角处设置有位置检测传感器，以及从该位置检测传感器沿邮件上包的运动路线上还设置有运动位置检测传感器。

所述运动位置检测传感器包括设置在供件模板能定位的最大邮件与主运输线接触前的最终位置点。

所述主线检测及通讯区包括接近开关和红外发射及接收的通讯器，所述接近开关用于检测托盘运动和位置，所述红外发射及接收的通讯器用于预计上件托盘与供件台的通讯。

所述接近开关安装位置为距离待上件的邮件与主运输线的接触点位置主线节距的整数倍。

所述红外发射及接收的通讯器安装在与待上件的邮件与主运输线的接触点位置距离为待上件的邮件在供件台上运行的这段时间，主运输线运行经过的距离。

所述主运输线的控制器在前一托盘碰到主线检测及通讯区的检测器件前，通知供件台的控制器即将进入主线检测及通讯区的托盘号、是否允许上件、当前主运输线的设置速度，当前一托盘碰到所述检测器件后，主线检测及通讯区的通讯器件接收到供件台的控制器的指令并发射上包指令给预计上件托盘，包括托盘需要转动的时间，及接收预计上件托盘回复的指令，并传送给供件台，供件台的控制器确认后回复主运输线的控制器是否准备供件，并完成供件。

有益效果

本发明的包件分拣机的上包系统采用供件模板对信件在上包前的供件台上的位置进行定位，依照信件运动方向和设定的位置确定信件的运动轨迹，通过托盘直接和供件台进行通讯，迅速确定上件托盘和调整其位置，便于上包，比现有的通过整个主运输线的控制器的PLC控制上包更明确和精准，而且反应速度快，效率更高。

附图说明

图1为本发明附图1所示为供件台结构示意图。

图2为供件模板示意图。

附图3为主线检测及通讯区示意图。

附图4为供件台供件示意图

其中：1-主运输线，2-调整部分供件台T2，3-定位部分供件台T1，4-供件模板，5-凹口，6-位置检测传感器，7-主线检测及通讯区，8-红外发射器，9-红外接收器，10-接近开关K1,11-待上件托盘，61-位置检测传感器S101,62-位置检测传感器S102，63-位置检测传感器S103，64-位置检测传感器S104，65-位置检测传感器S105，66-位置检测传感器S106，67-位置检测传感器S107，68-位置检测传感器S108，69-位置检测传感器S109，610-位置检测传感器S110，611-位置检测传感器S111，612-位置检测传感器S112，613-位置检测传感器S113，621-位置检测传感器S201,622-位置检测传感器S202。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

针对现在上包系统的缺陷，本发明提出一种包件分拣机的上包系统，采用两段式供给上包系统控制算法，以现存包件分拣机为基础，建立相应的数学模型，结合计算机技术对包件分拣机的上包系统进行详细的分析，其中主要是包件在上包系统上的受力与运动分析以及上包系统的效率分析。通过分析提出影响上包系统准确、稳定工作的因数以及效率的影响因数。从而提出包件分拣机上包系统包括硬件和软件在内的改进方案。在硬件方面，主要设计了形式更合理的上包系统，使上包系统更容易实现控制。在软件方面，本方法根据改进方案，应用嵌入式ARM微控制器使上包系统得以实现，同时与以往PLC系统相比，具有高可靠性、实时性和可扩展性。

本发明的硬件包括以下部分：

一、上包系统和供件台结构（邮件按最大为400mm×300mm×300mm计算）

将供件台分为前后两部分，前部分为供件定位部分（T1），包括用于定位待上件的邮件的供件模板和将邮件加速到一定速度的加速装置，后部分为供件调整部分（T2），通过速度调整装置调整待上件的邮件进行减速或加速运动来实现邮件与主运输线上托盘的同步。附图1所示为供件台结构示意图。

所述供件模板将邮件在上包时的位置进行准确定位，便于上包控制，包括设置在供件台表面的固定挡板，固定挡板朝向上包运输方向的一侧为凹口，所述凹口包括两条挡住固定待上件的邮件的斜边，两条斜边之间的夹角为直角，两条斜边分为长边和短边，在所述固定挡板下方对应凹口的位置设置有多个位置检测传感器，包括沿凹口长边设置的邮件长度检测传感器和沿凹口短边设置的邮件宽度检测传感器。

整个上包系统包括包件分拣机的主运输线和上包运输线，所述上包运输线包括供件台，供件台上设置有供件模板，所述供件模板为确定邮件在上件时的定位位置，用于确定待上件的邮件的准确位置和由供件台输送至主运输线时与主运输线接触的位置，在主运输线上设置有主线检测及通讯区，所述主线检测及通讯区用于检测主运输线上托盘位置，预计上件托盘通过所述主线检测及通讯区与供件台进行通讯，确认是否上件和准确完成上件。

所述主线检测及通讯区包括接近开关和红外发射及接收的通讯器，所述接近开关用于检测托盘运动和位置，所述红外发射及接收的通讯器用于预计上件托盘与供件台的通讯。

所述主运输线的控制器在前一托盘碰到主线检测及通讯区的检测器件前，通知供件台的控制器即将进入主线检测及通讯区的托盘号、是否允许上件、当前主运输线的设置速度，当前一托盘碰到所述检测器件后，主线检测及通讯区的通讯器件接收到供件台的控制器的指令并发射上包指令给预计上件托盘，包括托盘需要转动的时间，及接收预计上件托盘回复的指令，并传送给供件台，供件台的控制器确认后回复主运输线的控制器是否准备供件，并完成供件。

在两条斜边之间的夹角处设置有位置检测传感器S101，以及从该位置检测传感器沿邮件上包的运动路线上还设置有运动位置检测传感器。所述运动位置检测传感器包括设置在供件模板能定位的最大邮件与主运输线接触前的最终位置点S202,T2和T1交界处的S201。具体供件模板的位置检测传感器设置如附图2供件模板示意图。附图3为主线检测及通讯区示意图。附图4为供件台供件示意图，图中显示邮件运动中的情况和运动位置检测传感器设置的情况。

二、供件模板上的物品摆放

如附图2的供件模板示意图所示，位置检测传感器采用光电检测传感器，至少包括三个，第一个设置在斜边的夹角处，第二个沿长边设置，第三个沿短边设置，如附图2中所示，标号S101、S102、S109分别为设置在夹角处，沿长边和沿短边设置的三个光电检测传感器，形成的检测范围可以作为最小信件检测范围，即最小邮件大小（100mm×100mm）。

邮件长度检测传感器沿凹口长边设置为前后两排，两排之间间隔一定距离,如图中所示S102～S108。邮件宽度检测传感器也沿凹口短边设置为前后两排，两排之间间隔一定距离，如图中所示S109～S113,长、宽的大小测量精度都为50mm。所述邮件长度检测传感器最靠边缘的传感器S105为长度检测范围，所述邮件宽度检测传感器最靠边缘的传感器S113为宽度检测范围，超出两个最边缘的传感器的范围后为超标邮件判断（300mm×400mm），今后应调整为310mm×410mm。对于超标邮件将不予供件。

所述供件模板的固定挡板固定设置在所述供件台上方，供件台由电机带动循环转动的多组轮轴组成，所述位置检测传感器固定设置在所述轮轴的轴线上。

物品必须沿供件模板摆放。

本发明的包件分拣机的上包系统的邮件定位装置通过设置供件模板，采用多个传感器将信件在供件台上的位置和角度固定，从而在上包过程中使系统能根据传感器的数据对信件在上包运输线上前进和进入主运输线时进行准确的定位，有利于整个上包系统的精确控制，准确实现上包。

三、供件台及主线检测及通讯区的设置

（1）相关计算前提或假设

1.供件台与主线夹角为30度；

2.邮件大小符合上件标准；

3.托盘皮带面积大于300mm×400mm，由于两个托盘构成一辆小车（考虑一车两带，即一个小车的两个托盘可以同时上件），现暂定小车节距为840mm；

4.邮件在供件台上运行的加速度为3m/s²；

5.邮件离开供件台前的速度（供件方向）最小（默认）为主线速度、最大为主线速度的1.155倍。

（2）几个检测点的确定

主线按照2米/秒运行时，一车一带的理想情况下推算出与供件有关的信号安装位置。

1.第一段加速距离（S201到S101的距离）

第一段加速用于将邮件加速到主线速度。

$S=\frac{{V_t}^2}{2a}=\frac{{(2m/s)}^2}{2\×3m/s}\×1000m/\mathrm{mm}\≈677\mathrm{mm}$

2.第二段匀速/调速距离

a)前半段匀速/调速距离（S201到S202的距离）

S201、S202用于检测邮件是否按照指定节拍到达检测点。指定节拍由接近开关产生，用于最大限度减少主线速度对供件的影响。

由于默认供件台运行速度为主线速度，因而S202到S201的距离为供件方向一个检测长度，为840mm。

b)后半段匀速/调速距离（S202到供件台末端的距离）

由于邮件进入托盘后，速度受到托盘速度影响不可控，因而邮件末尾到达S202的时候，邮件应该还未进入托盘。

因此，根据最大的邮件大小（400mm×300mm×300mm）以及供件角度，S202到供件台末端的距离为800mm。

该段可根据时间节拍，确定上件速度。

3.主线检测及通讯区接近开关K1的位置

要想使供信效率最高，所以供件台应该在收到红外应答信号，确认可以上件后，马上进行上件。假设邮件末尾离开S202时，时间正确，则此时的邮件头应该与托盘前边沿持平。因此邮件在供件台上运行的这段时间，主线经过的距离即为A点（即信件在上包时与主线的接触点）与红外通讯之间的长度，所以红外安装位置距离A点的长度应该为840mm。

K1安装位置为距离A点主线节距(采用小车节距)的整数倍,即A点±0.84n米的位置，（n∈N）。

4.红外通讯点的确定

要想使供信效率最高，所以供件台应该在收到红外应答信号，确认可以上件后，马上进行上件。假设邮件末尾离开S202时，时间正确，则此时的邮件头应该与托盘前边沿持平。因此邮件在供件台上运行的这段时间，主线经过的距离即为A点与红外通讯之间的长度，所以红外安装位置距离A的的长度应该为：0.84m+1.334m＝2.174m的位置，（n∈N）。

5.两段供件台的长度

第一段供件台的长度应该为：

$S=\frac{{V_t}^2}{2a}=\frac{{(2m/s)}^2}{2\×3m/s}\×1000m/\mathrm{mm}\≈677\mathrm{mm}$

即从速度0m/s加速到2m/s的距离，以保证在到达第二段皮带上时邮件速度已经达到2m/s，这样便可以以匀速2m/s的速度从S201运行到S202，此时主线刚好通过一个小车节距，用于跟踪检测随时调整；

第二段供件台长度应该为：800+840=1640mm

本发明提出的上包系统在运作时的工作流程为：

1.PLC通知供件台托盘状态。PLC在前一托盘（定义为1号托盘）头碰到接近开关K1前，通知供件台即将进入主线检测及通讯区的托盘号、是否允许上件、当前主环设置速度；

2.供件台与小车红外通讯。当上一个托盘（定义为1号托盘）头碰到接近开关K1后，IRDA-Tx开始发射下一个托盘（定义为3号托盘）的上包指令（如果需要上包），包括托盘（3号托盘）需要转动的时间。IRDA-Rx开始接收下一个托盘（3号托盘）回复的指令；

3.供件台回复PLC是否准备供件。当3号托盘头碰到接近开关，如果供件台认为该托盘允许供件，则供件台回复PLC是否准备向3号托盘供件或者错误，如果供件台认为该托盘不允许供件，则不回复PLC。

4.供件台运转。如满足供件条件，根据接近开关信号，增加一定延时后，供件台开始运转。

系统在运作设置时应满足以下条件：

a)主环设置速度与接近开关检测速度差异在1%以内（即速度稳定）；

b)物品遮挡住了指定的光电超过0.5秒（主要给人手反应）；

c)获得了物品的重量信息（可选）；

d)获得了邮件格口信息（可选）；

e)1-2条通讯成功；

f)第二节供件台上邮件尾部已经超过S202；

整个邮件的供件上包运动过程采用匀加速-匀速-匀加速的过程。

1.邮件首先匀加速到主环同速度；

2.然后根据接近开关给出的托盘位置，判断是否按要求时间到达检测点。

3.如果按照计算要求到达了检测点，则余下的路程匀速运行；如果比计算要求晚到，则余下的路程匀加速运行，直至赶回时间。余下的路程中跟踪检测随时调整。

供件台在上包系统运作中的运动方式：

1.第一节供件台（T1）

当邮件的尾部未离开第一节供件台前，第一节供件台按照设定速度要求，完成匀加速（匀速）的过程，在出T1前不调速。

当邮件尾部出了第一节供件台后，T1停止转动，允许摆放第二个邮件。

2.第二节供件台（T2）

第二段接到邮件后，如果邮件提前或延后达到指定检测点，则通过减速或加速运动来实现邮件与主线托盘的同步；如果刚好经过检测点，则后续通过匀速运动来实现邮件与主线托盘的同步。

当邮件匀速到达检后面的测点后，如果比计算要求晚到，则继续加速运行。

当邮件尾部出了第二节供件台后，供件台速度降到接包速度。

Claims (9)

1.一种包件分拣机的上包系统，包括包件分拣机的主运输线和上包运输线，其特征在于：所述上包运输线包括供件台，供件台上设置有供件模板，所述供件模板为确定邮件在上件时的定位位置，用于确定待上件的邮件的准确位置和邮件在供件台上运动轨迹，在主运输线上设置有主线检测及通讯区，所述主线检测及通讯区用于检测主运输线上托盘位置，确定待上件托盘，所述待上件托盘通过所述主线检测及通讯区与供件台进行通讯，确认是否上件及调整托盘位置，所述供件台通过调整信件运动速度准确完成上件。

2.如权利要求1所述的包件分拣机的上包系统，其特征在于：所述供件台分为前后两部分，前部分为供件定位部分，包括用于定位待上件的邮件的供件模板和将邮件加速到一定速度的加速装置，后部分为供件调整部分，通过速度调整装置调整待上件的邮件进行减速或加速运动来实现邮件与主运输线上托盘的同步。

3.如权利要求1或2所述的包件分拣机的上包系统，其特征在于：所述供件模板包括设置在供件台表面的固定挡板，固定挡板朝向上包运输方向的一侧为凹口，所述凹口包括两条挡住固定待上件的邮件的斜边，两条斜边之间的夹角为直角，两条斜边分为长边和短边，在所述固定挡板下方对应凹口的位置设置有多个位置检测传感器，包括沿凹口长边设置的邮件长度检测传感器和沿凹口短边设置的邮件宽度检测传感器。

4.如权利要求3所述的包件分拣机的上包系统，其特征在于：在所述两条斜边之间的夹角处设置有位置检测传感器，以及从该位置检测传感器沿邮件上包的运动路线上还设置有运动位置检测传感器。

5.如权利要求4所述的包件分拣机的上包系统，其特征在于：所述运动位置检测传感器包括设置在供件模板能定位的最大邮件与主运输线接触前的最终位置点。

6.如权利要求1所述的包件分拣机的上包系统，其特征在于：所述主线检测及通讯区包括接近开关和红外发射及接收的通讯器，所述接近开关用于检测托盘运动和位置，所述红外发射及接收的通讯器用于预计上件托盘与供件台的通讯。

7.如权利要求6所述的包件分拣机的上包系统，其特征在于：所述接近开关安装位置为距离待上件的邮件与主运输线的接触点位置主线节距的整数倍。

8.如权利要求6所述的包件分拣机的上包系统，其特征在于：所述红外发射及接收的通讯器安装在与待上件的邮件与主运输线的接触点位置距离为待上件的邮件在供件台上运行的这段时间，主运输线运行经过的距离。

9.如权利要求1所述的包件分拣机的上包系统，其特征在于：所述主运输线的控制器在前一托盘碰到主线检测及通讯区的检测器件前，通知供件台的控制器即将进入主线检测及通讯区的托盘号、是否允许上件、当前主运输线的设置速度，当前一托盘碰到所述检测器件后，主线检测及通讯区的通讯器件接收到供件台的控制器的指令并发射上包指令给预计上件托盘，包括托盘需要转动的时间，及接收预计上件托盘回复的指令，并传送给供件台，供件台的控制器确认后回复主运输线的控制器是否准备供件，并完成供件。

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