目錄

I研究背景..................................................0

1.1研究背景......................................................0

1.2研究意義......................................................1

2文獻領..................................................2

2.1快遞自動化分揀系統國內外的發展狀況..........................2

2.2快遞自動化分揀系統的發展方向.................................5

3研究目標..................................................6

4研究內容..................................................6

5技術路線..................................................7

5.1系2充總體解決方案..............................................7

5.2硬件系統設計.................................................8

6預期的研究成果及課題的創新點.............................9

6.1獺的研加果................................................9

6.2輟的創新點.................................................9

79

8參考文獻..................................................10

快遞自動化分揀系統的開辟

機設113(10112428)吳志祥

摘要：隨著多品種少批量社會需求模式的推進，商品的流通速度迅猛提高，流通方式卻是

越來越復雜。因此，在人工成本不斷高漲的環境下，需要引入適當的機械化分揀系統，以減

少作業錯誤的發生,提高商品流通作業率,最終實現JIT(JUSTINTIME)配送。

本文將快速圖象識別技術和快遞自動化分揀裝置相結合，研究基于自動化分揀系統的開辟,

介紹了一種應用DSP技術、視頻捕獲技術，結合FPGA邏輯控制、USB通訊等多項技術，

能夠準確、快速識別物流系統商品大小、位置等信息的檢測裝置，可以有效解決自動分揀系

統對復雜商品識別的難題，同時設計出相應的分揀裝置，從而快速準確完成物流行業自動化

分揀。

關鍵詞：機械化分揀,圖象識別,分揀裝置

1研究背景

1.1研究背景

物流就是將物品從供應地往接收地傳送的流動過程。根據現實需要，將儲存、

酶、搬運、裝0、流通加工、包裝、信息處理、配送等基本功能的實施有機^吉

合起來。它根據物品的種類、質量?口數量，在最適當的時刻,以最低本將其送

到正確地點，并且準時完成物品信息的修改和傳輸及回收輸送工具的全過程，

隨著消費與生產在空間和時間上的分離不斷擴大，為了保障企業生產和社會

經濟活瀏麻J進行，并且能取得好的經濟5溢物流作為‘需、〃供〃之間橋梁，

已發展成為了一門綜合性的學科。物流學理論基礎是多學科綜合，并融合了社會

科學與自然科學，它既是經濟科學又是技術科學;同時,它還與其它學科有密切

的聯系，如自動控制、計算機科學等。物流學研究對象普通是復雜的、多目標決

策的動態系統，在系統分析時，既要考慮技術的科學性、先進性，又要考慮它的

經濟I箭示。

1.2研究意義

目前，現代物流作為一種比較先進的管理理念和組織方式,被認為是提高勞

動生產率，企業降低物耗以外的第三利潤的源泉。由于超大規模集中配送的效率

難題和成本優勢，提高配送中心的運營效率這已成為了大中型企業改善現代物流

的重要舉措。作為配送中心的主要作業環節和核心設備，分揀系統的技術與分

揀作業的效率也越來越受到工程界和的理論界關注。

我國現代物流發展比較晚,對自動分揀系統的研究也剛起步,分揀作業大部

分都是采用的人工分揀，少數采用了機械分揀和人工分揀相結合的半自動分揀方

式,而自動分揀所占比例非常低，其中一個非常重要原因是目前我國自動分揀系

統技術還不夠成熟，跟國外相上匕差距甚遠。但自動分揀系統技術作為分揀領域中

主要的發展趨勢，也是我國在分揀技術領域中的發展方向，有著半自動分揀和人

工分揀不可比擬的優勢

1.降低勞動強度

2.減少工作人員數量

3.降低分揀出錯率

4.提高分揀效率

隨著社會不斷的發展，市場競爭也越來越激烈，因此，各大生產企業都迫切

地需要改進自己落后的生產技術，從而提高生產效率，特殊是在要進行材料自動

分揀的企業。以往向來采用半自動分揀或者人工分揀的方法，使生產效率非常低,

生產成本相當高，導致企業的競爭能力差。材料自動分揀已成為了企業的惟一選

擇。針對上述問題，研究一種高效率的材料自動分揀系統以勢在必行⑴。

2文獻綜述

2.1快遞自動化分揀系統國內外的發展狀況

從20世紀60年代開始，國外就己經開始著手于研究物流分揀系統的模型，

如:配送中心選址的經典模型就是Harvey.SubcommandRichards.Muffin在

I960年所提出來的，為亨氏公司(HJHeinzCompany)開辟，而后用于雀巢公

司(NestleCompany)的物流配送。

20世紀80年代后，國外的物流分揀系統發展更加迅速，

Aughan,Mark(1999)將分揀系統歸納為5個子系統:合并前會萃、定單挑選、感

應、合并、搬運分揀，從而將定單獲得^不同傳送帶有機地的結合起來成Y高

效的物料分揀系統;MaselD.T(2001)研究了現有的關于評估物料分揀固定形狀

貨物的環形物料分揀系統的分揀時間的解析公式;NormanSaeneJR(2002)從

配送中心里物料搬運的角度研究了物料分揀系統傳送帶的構建,及如何搭配傳送

帶，構建一個良好的物流分揀搬運系統。

在二次世界大戰之后，美日的物流中心就已經廣泛的采用自動分揀機。而在,

日本的醫療行業、連鎖商業(如高島屋、西友等)、化妝品創造行業(如花王、日本

資生堂、大木等株式會社)等全自動分揀機更是普遍的應用〔2)。在美國，自動分

揀機的物流機械是撬動美國物流行業的杠桿之一。目前，美國的物流管理已經實

現了高度的自動化、樹成俯時算機化。在歐洲,英國、德國等國家的物流技術

也高度發達，德國西門子公司在物流設備體系中不斷推出各類的自動分揀設備,

且樹得相當重要的作用。目前,國際上較先進的自動分揀機有〃物品自動分揀

機、小型中速自動分揀機、推塊式高速自動分揀機、高速水平自動分揀機、數字

式揀位系統和全自動分揀機等，如圖1-3,1-4,1-5,1-6,1.-7與圖1-8所示⑶：

圖1?7全自動分揀機圖1?8數字式盤位系統

由于我國市場經濟體制剛剛建立，現代物流的發展剛剛起步，所以還沒有形

成一個上匕較完整的體系。但隨著我國改革開放的不斷深入,我國現代物流也將逐

步進入發展階段.

隨著國內的科學技術迅猛發展，特殊是條形碼、檢測、自動控制等技術、計

算機信息處理的應用和發展，我國的物流設備技術在20世紀90年代得到迅速

發展，從引進國外的先進物流設備技術，到吸收其先進的技術成果，目前我國完

全可以自主生產多種自動分揀機，如托盤式翻板式與交叉帶式分揀機等yob,如

圖1-1,1-2所示[4],主要應用于配送中心、郵政、機場等部門，就應用領域和產

品種類而言，要在我國實現物流的機械化、現代化還任重而道遠。

困皿翻板式分揀機

圖】-2交叉帶式分揀機

綜上所述，可見我國快遞自動分揀設備技術的研究與應用和發達國家相比還

有相差甚遠，盡快開辟研制先進的自動分揀機，可為我國企業成功的實現物流高

底打下堅實的基礎。

2.2快遞自動化分揀系統的發展方向

自動分揀裝置的控制部份是自動分揀裝置的核心，經歷了從分立元件，小規

木舞成電路，單片機到口1密制機、可編閨空制器的發展廂呈.采用工^制機、

可編程控制器作為分揀裝置的控制主機使自動分揀裝置及系統的功能、效率、可

靠性達到了一個新的水平。

自動分揀系統獲取商品信息主要采用光電開關和條形碼識別技術，這兩類技

術與裝備對于實現普通商品的識別與分揀可以有效對付，但對商品的標準化包裝

要求較高，傳統的檢測方法存在著信息不許確、傳輸速度慢、輸出結果單一等缺

點，對于商品的大小、位置信息都無法準確判斷，而且將全部數據處理工作交到

了計算機和PLC控制裝置，給控制系統增加了負擔。此外許多生產線的物流速

度極快，采用常規分揀控制技術麻實現這些快速流動商品的動態準確識因

此對于許多復雜商品,往往需要加入快速圖象識別技術才干準確、快速識別物流

商品的大小、位置等信息，有效完成自動分揀任務。

3研究目標

本課題意在設計開辟一款自動化分揀系統，主要應用于快遞物流行業,完成對快

遞分揀準確性與時效性。具體的研究開辟目標如下：

(1)加入快速圖象識別技術

(2)設計整套自動化分揀裝置

4研究內容

針對本課題的研究目標，將研究內容作如下劃分：

本課題所研究和開辟的系統是基于自動分揀設備詳細設計的基礎上，增加快

速圖象識別技術，綜合運用,應用到快遞領域的分揀平臺。

根據要求選擇了視頻捕捉+DSP平臺處理的方法來實現。對應這個方案，

確定了系統使用的DSP平臺、外圍電路和視頻采樣電路，挨次進行硬件設計。

對于視頻圖象的識別，我們采用了DSP（數字信號處理器）嵌入式平臺實現，

穩定性高，結構簡單、成本低，對環境要求低，適于工業生產環境的使用。利用

DSP集成電路芯片其運算速度高的優勢實現貨物信息的快速、動態提取與識,

從而構成以高速DSP為核心的復雜計算和控制的嵌入式自動分揀控制系統。頻

捕捉+DSP平臺處理的方法來實現。對應這個方案,確定了系統使用的DSP平

臺、外圍電路和視頻采樣電路，挨次進行硬件設計。對于視頻圖象的識別，我們

采用了DSP（數字信號處理器）嵌入式平臺實現，穩定性高，結構簡單、成本

低，對環境要求低，適于工業生產環境的使用。利用DSP集成電路芯片其運算

速度高的優勢實現貨物信息的快速、動態提取與識別，從而構成以高速DSP為

核心的復雜計算和控制的嵌入式自動分揀控制系統⑶。

5技術路線

5.1系統總體解決方案

本設計的目的是運用DSP技術實現對分揀機的上包、回包及落包檢測等功

能。以回包檢測為例，在分揀過程中，貨包經上包臺進入^環形的分揀軌道,當

貨包運行到對應的格口時，承載貨包的托盤4中交叉帶轉動，使貨包落入分揀格

□,這個過院成為了貨物的自動分揀。但在實際運行過程中，可能由于某些因

素的影響，如交叉帶未轉動，使貨包沒有落入對應的格口，而隨軌道的運行又

轉回到上包臺,這種情況下，如果系統不知道貨包的循環返回，就會導致后面

的上包故障。所以我們需要在上包臺的前面設置一定的檢測機制，當有貨包隨

軌道轉回來的時候，能夠及時將回包的信息通知系統，以便做出相應處理，分

揀機的這個

功能就是回包檢測。上包與落包的檢測任務也是自動識別系統運行的故障，阻撓

謝東、漏檢事故的發生，上包、回包及落包檢測功能對于保證整個系統的安全運

行有著重要作用。傳統的上包、回包及落包檢測采用光電開關的方式進行貨包信

，夠取，即在分揀機的軌道兩側，安裝有一對透過式紅外光電開關，稱為主同步

光電開關,其位置主要根據分揀機速度、上包機位置及上包速度來確定,普通應

放在上包機前方（在分揀機運行方向上）。主同步光電開關用于計數托盤小車，并

發出同步脈沖，將得到的信息傳給PLC⑹?？刂仆缴习?、數據同步跟蹤及落包

等。這種用光電開關進行檢測的方法，不能得到準確的貨包位置，而普通的交叉

帶式托盤分揀機能夠根據貨包的大小、位置確定托盤帶的啟動時間和轉速，圻以

需要改進技術，采樣新的方式進行檢測。

5.2硬件系統設計

系統中，其硬件系統由主控CPU（DSP）、邏輯控制（FPGA）、視頻采樣

（CMOS圖象傳感器）、通訊（USB或者RS485）、存儲器（SDRAM和外接

Flash存儲卡）等部份構成，包括以下幾個功能模塊：由DSP電路、FPGA電

路、存儲器電路、采樣電路等模塊組成⑺。采用FPGA產生圖象傳感器所需

的點頻、行場同步信號以及控制寄存器的控制時序，同時，它還完成對

CMOS彩色圖象象傳感器愉出的數字圖象信號預處理的工作，包括對接收的R、

G、B三種基色的原始數據進行重新組合和適當的比例變換等，以使DSP能進

行更加有序的快速處理。此外，DSP對SDRAM和外接Flash存儲卡的訪問

以及SDRAM的刷新等操作也通過FPGA實現。DSP負責對預處理后的原始

數據進行顏色校正、JPEG壓縮、存儲、圖象識別，并提供通用的USB或者

RS485接口,以實現圖

像及資料的上傳。經過顏色校正后的R、G、B數字信號,通過LCD驅動電路

實現在LCD顯小屏上的顯小(8)0

6預期的研究成果及課題的創新點

6.1預期的研究成果

本課題預期的研究成果是開辟出一套完整的快遞自動分揀系統。主要包括如

下幾項研究成果。

(1)開辟出一套完成的快遞自動化分揀平臺。能夠智能快速地分揀物流產品。

(2)設計出穩定可靠的快遞自動分揀設備，實現人工勞動強度的降低。

6.2課題的