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一种高校菜鸟驿站自动取件装置的设计

与本课题有关的国内外研究情况：

近年来，随着电子商务产业的逐渐规范成熟、各大电子商务平台不断普及和当代大学生消费能力不断提升下，校园网购成为一种新潮流。根据2012年快递物流咨询测算数据显示，在商务类应用上，大学生网购比例达43.1%[1]，服务大学生这一电子商务平台的主要消费人群的校园快递末端配送问题值得关注，尤其是校园快递“最后一公里”问题。俨然“最后一公里”问题已是制约物流行业发展的重要因素之一。“最后一公里”指的是快递包裹从本地的物流集散中心到达客户手中的投送环节，也可以说是整个物流的终端，是最后的一个环节，自然也是最复杂，最困难的一个环节。在投送过程中，经常会出现收件人不在送件地址、投送区域不允许进入、快件需要多次投送、收件人需要多次沟通等诸多不确定情况，大大降低了快递投件的效率。此外，遇到一些客户叫他人代取时，快递的安全性又得不到保证，可靠性也有所折扣。因此，国内外已有许多基于物流网技术的高效安全的快递自取系统也在不断的研究当中。

1.国外研究

尽管国外的电子商务的起步较早，但是由于美国，日本等发达国家拥有较为完备的物流配送体系，因此国外学者在初期并没有把注意点集中在配送的最后一个环节。随着互联网技术以及电子商务的发展和其对社会影响的加剧，国外学者开始探索电子商务在物流配送上的作用、第三方物流与电商企业合作问题以及供应链的配送方面问题等等。斯坦福教授Haul L Lee，Seungin Whang曾提出，电子商务企业的成功绝不仅仅单靠订单数量的增多，还应该充分认识到物流配送这一电商的最后阶段，赢得“最后一公里”的成功。他们深刻地意识到，虽然“最后一公里”物流配送只是整个电子商务的供应链中的一小段，但却时直接与终端客户进行接触，最重要的一段配送。随后，一些学者通过比较大量的数据，证明出第三方物流配送是国外电子商务终端配送中最为有效的配送模式。此外，发达国家也在终端配送方面做了一些创新，在美国，典型的由亚马逊的电子储物柜服务和prime服务；在日本，电子商务企业和便利店的合作的末端配送模式十分流行。在过去的几十年间，一些以物流技术为基础的快递自取在各个方向的探索都在不断进行着。

2.国内研究

不同于国外电子商务的相辅相成，我国的物流配送完全是依托电子商务的带动而全面发展起来的。粗放式的增长使得目前我国的物流配送存在诸多问题，终端配送的不完善已成为制约电子商务发展的瓶颈。国内学者对于物流配送问题的研究起步也尚晚，也处于摸索阶段，目前的研究主要集中在我国的电子商务配送中存在的瓶颈问题的分析归奶以及如何解决这些瓶颈问题、改善物流配送模式等，马丽丽，谢钰鹏在结合我国的实际情况，总结出了电商配送中的时间，成本服务，提出了一些针对终端的解决措施，对终端配送也做出了一些构想，提出一种结合快递柜配送模式的小型化快递智能分拣系统，可以有效地解决快递员配送难、配送操作复杂、配送 出错概率高等问题，是一种运用于快递配送相对集中高校智能分拣取件系统。此外，还有一些学者，提出校园快递整合和校企合作的模式，通过问卷调查等方式归纳出整合型快递点将成为配送终端的最后一公里发展的必然趋势。目前的研究中，各个学者都是依照各自的研究方向由针对性的对某几种模式进行概括分析，尚未有对现有配送模式的进行全面的分类钰评价，同时，针对于创新模式形成后利润分配及具体运作等问题涉及较少。

本课题研究的主要内容及方法：

1.研究的主要内容：

本课题主要是对高校自动取件系统的设计，研究算法的实现，数据传输的原理，基本系统结构，应用效果。主要方法是基于程序设计理论基础，按照课题要求，设计标准，并借鉴工业和生活中类似设备进行初步设计，然后对初步设计方案进行验算，修正，直至达到安全、经济、实用的要求。

2.研究的方法：

（1）查阅系统设计的相关书籍，了解一般系统设计流程以及查阅有关系统范例，熟练掌握。

（2）查阅单片机控制的相关书籍，了解需要用到的接口情况，以及运用西门子博途软件进行PLC梯形图程序的编写。

（3）查阅西门子机电一体化设计平台的说明书，了解其中如何将机械与电气相结合的功能，了解如何操作进行运动仿真监控。

本课题所需要解决的问题：

   本课题主要是为了解决电子商务终端配送的最后一百米，由于当前社会发展，劳动力成本不断上升。日益增长的快递货量亟待有更大的技术突破来提高快递配 送效率我们提出了一种结合快递柜配送 模式的小型化快递智能分拣装置，可以有效地解决快递员配送难、配送操作复杂等问题，降低配送出错概率，提高“快递配送最后一公里”的吞吐量，是一种应用于高校的智能取件装置。

 

预期结果及其意义：

1.预期结果：

（1）完成开题报告一份，不少于2000字；

（2）完成相关技术外文翻译一份，译文5000字以上；

（3）运用NX软件绘制产品结构图；

（4）掌握基于NX软件，产品设计的运动学仿真；

（5）运用软件进行产品的控制部分设计，并绘制系统的控制原理图；

（6）信号映射，将PLC信号与上位机进行连接，实现运动可控；

（7）按规定格式要求完成毕业设计说明书一份，10000字以上；

（8）制作答辩PPT一份，答辩通过；

2.意义：

本文描述了一种用于自动化快递取件的设备，主要是由传输机构、摄像头、传感器、工控机、控制器等组成。 该装置研究对象是对于快递最后一公里配送的高密集度快递配送方式，创造出以自动化控制代替人工操作的新型实用型设备，致力于提高快递发放的效率，提高快递站点的快递吞吐率，有效地提高快递分拣发放的速度与准确性，具有高效、快速、灵活、实用、应用广泛等优点。在快递行业蓬勃发展的今天，快递智能取件装置有着更广阔的发展前景与空间，随着我们的改进，将会满足多变的市场需求。

目录

第一章 绪 论 1

1.1  选题背景 1

1.2  国内外研究现状 1

1.3  研究内容 2

1.4  本章小结 3

第二章 机械部分设计 4

2.1 搬运机械手的设计 4

2.1.1 简易机械手的工作要求 4

2.1.2 搬运装置的动作过程 5

2.1.3 搬运机械手的设计 5

2.1.4 气缸的设计 7

2.2 滚珠丝杠的选型 9

2.2.1 设计滚珠丝杠的常用思路 9

2.2.2 确定滚珠丝杠的等效负载 10

2.2.3 滚珠丝杠额定转速验算 11

2.2.4 负载计算 11

2.2.5 确定滚珠丝杠所受的最大动载荷 11

2.3 电机的选型 12

2.3.1 选用电动机的基本步骤 12

2.3.2 电机选型计算 12

2.4 本章小结 15

第三章 控制部分设计 16

3.1  控制系统构件概述 16

3.2  控制系统工作过程 16

3.3  搬运控制要求 17

3.4  控制系统 PLC 的介绍及选型 18

3.4.1 S7-1200PLC 的介绍与选型 18

3.4.2 PLC 的 I/O 点数分配 18

3.5  搬运装置程序设计 19

3.5.1 轴工艺参数的确定 19

3.5.2 PLC 部分程序下图 19

3.6 PLC 扫描硬件仪器的介绍以及扫描程序的编写 22

3.6.1  硬件介绍 22

3.6.2 参数描述 23

3.6.3 组态与编程 24

3.6.4 PLC 扫码程序 26

3.7  本章小结 27

第四章 设备装置的调试 28

4.1  仿真调试的具体说明 28

4.2  各个时段程序仿真及对照分析 29

4.3  系统调式的一些问题及解决措施 33

4.4  本章小结 34

第五章 总结与展望 35

致谢 36

参考文献 37

附录一搬运机械手的装配图 39

附录二搬运装置的零件图 39

附录三设备电路图 39

附录四程序梯形图 39

 

总结与展望

本课题研究的是在物流行业快速发展的今天，如何更加高效的进行快件配送，提 升物流终端的配送水平成为了一直都在不断追求的话题。本装置的机械部分大体围绕 着滚珠丝杠十字滑台以选型为基础，通过负载的计算，设计出夹爪，以及选用合适的 步进电机和驱动器。经过多方参考，以及查询各类相似零件的设计建造模型得到三维 的装配图，通过控制要求合理分配 I/O 口，画图硬件接线图。最后的难题是 PLC 的控 制程序的设计以及仿真，在老师的带领和指导下，完成了程序的编写及仿真的实现。

最后毕业设计是对我们大学四年的一个总结，也是一次针对个人能力的考察，不 论是对以后的工作，还是研究生涯都是一次事先的预演。毕业设计的涵盖内容十分广 泛从大一学到的最基本的机械制图、AutoCAD 的使用、三维建模ug 的使用，也有更 进一步的机械原理和机械设计，PLC 编程及 HMI 仿真博图软件的使用，是真正意义上 的一次将理论联系实际，真正自己动手做项目。大学四年说长不长，说短不短，一些 模糊的知识在我快要忘记的时候，可以在我做毕业设计的这段时间里重温一遍。我在 做毕业设计的时候，也对从前的自己有了更加深刻的认识，很多事情都不能马虎和大 意，想事情和做项目都必须要考虑周全，就比如说，在设计手动控制和自动控制的时 候，需要想到特殊情况，避免在自动运行的时候收到手动模式的干扰。另外，也必须 要考虑在上电的时候，需要给系统首先恢复原为，初始化。这样才能保证准确，安全。 通过这次毕业设计，可以使我自己对本专业有了更加清楚的认识，也使得我对机械电 子行业有了更大的兴趣，我也希望我也可以为我国的机械行业贡献出自己的绵薄之 力。在这次毕业设计当中，我觉得我自己对一些常用的软件的掌握也更加熟悉了，比 如说 UG 软件的，AutoCAD，博图等等。而且我的交流沟通能力也得到了很大的提升， 以前的我是一个不爱说话，只喜欢自己一个人单独思考，但是这样往往不适合在一个 团队里面，个人的认识始终是有限的，很多事情靠个人是不可能完成的，所以在一次 次的和老师同学的沟通和交流之中，逐渐锻炼了我的交际能力，全面提升了自己。

本装置还存在许多不足之处，还需要许多的改进，尤其是在它的处理快件的速度 上可以再深入研究，其次就是放置的地点，由于不同学校对于菜鸟驿站的规模也不大 一样，我是按照本校的规模，进行设计，针对不同的场合，可能需要做进一步的改善。 本设计可以为其他类似的快递分拣装置，或者实现流水线上对带有条码特定物品的抓

取，也可以为 PLC 与扫描仪器通讯建立提供我的一点思路。

 

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