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武汉生物工程学院

毕业论文（设计）开题报告

题目名称；题目类别；系 别；专业班级；学生姓名；指导教师；辅导教师；

立体仓库自动分拣系统设计机械设计制造及自动化 机电工程系

级机械设计制造01班 杨康 程加斌博士 程加斌博士 年05月15号

2007 开题报告日期； 2011

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研究现状

通过调查发现，立体仓库自动分拣系统在国民生产中起到了非常大的作用。在很多领域发挥了不可替代的作用，比如物流配货中心、快递公司的快件处理中心、邮政分拣部门，机场行李分拣和安检等都起着重要的作用。自动分拣系统是先进配送中心所必需的设施条件之一。具有很高的分拣效率，通常每小时可分拣商品6000-12000箱；可以说，自动分拣机是提高物流配送效率的一项关健因素 。

自动分拣机是自动分拣系统的一个主要设备，它本身需要建设短则40-50米，长则150-200米的机械传输线，还有配套的机电一体化控制系统、计算机网络及通信系统等，这一系统不仅占地面积大，（动辄20000平方米以上），而且还要建3-4层楼高的立体仓库和各种自动化的搬运设施（如叉车）与之相匹配，这项巨额的先期投入通常需要花10-20年才能收回。

系统的组成

自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。 控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。

分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指示，当具有相同分拣信号的商品经过该装置时，该装置动作，使改变在输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣道口。分类装置的种类很多，一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支式几种的装置对分拣货物的包装材料、包装重量、包装物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。

输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品贯通过控制装置、分类装置，并输送装置的两侧，一般要连接若干分拣道口，使分好类的商品滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。

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分拣道口是已分拣商品脱离主输送机（或主传送带）进入集货区域的通道，一般由钢带、皮带、滚筒等组成滑道，使商品从主输送装置滑向集货站台，在那里由工作人员将该道口的所有商品集中后或是入库储存，或是组配装车并进行配送作业。

以上四部分装置通过计算机网络联结在一起，配合人工控制及相应的人工处理环节构成一个完整的自动分拣系统。

系统的分类

1. 堆块式分拣系统 Pusher sorting system

堆块式分拣机由链板式输送机和具有独特形状的滑块在链板间左右滑动进行商品分拣的推块等组成。推块式分拣系统是由推块式分拣机，供件机，分流机，信息采集系统，控制系统、网络系统等组成。

1、可适应不同大小、重量、形状的各种不同商品； 2、分拣时轻柔、准确；

3、可向左、右两侧分拣，占地空间小；

4、分拣时所需商品间隙小，分拣能力高达18000个/时； 5、机身长，最长达110米，出口多。

2.交叉带式分拣系统 Carbel Sorting

由主驱动带式输送机和载有小型带式输送机的台车(简称“小车”)联接在一起，当“小车”移动到所规定的分拣位置时，转动皮带，完成把商品分拣送出的任务。因为主驱动带式输送机与“小车”上的带式输送机呈交叉状，故称交叉带式分拣机。 主要优点/性能参数

3、分拣能力，一般达6000~7700个/时。

1、适宜于分拣各类小件商品，如食品、化妆品、衣物等。 2、分拣出口多，可左右两侧分拣。

注：大型交叉带式分拣系统一般应用于机场行李分拣和安检系 分 类

根据作业现场的具体情况可分水平循环式或直行循环式。

3. 斜导轮式分拣机 Line shaft Diverter

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当转动着的斜导轮，在平行排列的主窄幅皮带间隙中浮上、下降时，达到商品的分拣目的。

主要优点/性能参数

1、对商品冲击力小，分拣轻柔； 2、分拣快速准确；

3、适应各类商品，只要是硬纸箱、塑料箱等平底面商品； 4、分拣出口数量多。

4. 轨道台车式分拣机 Pallet sorting system

被分拣的物品放置在沿轨道运行的小车托盘上，当到达分拣口时，台车托盘倾斜30度，物品被分拣到指定的目的地。 分 类

1、可三维立体布局，适应作业工程需要。 2、可靠耐用，易维修保养。

3、适用于大批量产品的分拣，如报纸捆，米袋等。

4、摇臂式分拣机 Swing Arm Diverter

被分拣的物品放置在钢带式或链板式输送机上，当到达分拣口时，摇臂转动，物品沿摇臂杆斜面滑到指定的目的地 主要优点/性能参数 1 结构简单 价格较低

2 垂直式拣选系统 Vertecal Picking System

垂直式拣选系统(又称折板式垂直连续升降输送系统)是不同楼层间平面输送系统的连接装置。根据用途和结构的不同，有从某楼层分拣输送至某楼层；从某楼层分拣输送至不同的各楼层；从某楼层分拣输送至某楼层的不同出口方向。

分拣系统特点

(1),轻柔平稳的单个处理

由于其内在的灵活性，系统能快捷自动地适应于物件不同的尺寸、重量和条型码信息等。交叉带的加速起动是完全受控的，因此，物件会在分拣过程中保持它们的位置和方向，而不会在加速和减速时翻转和滚动。

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(2),可靠性和易维护性

分拣系统由免维护的直线电机驱动，而每个交叉带都由标准的、免维护的无刷直流伺服电机控制。由于在驱动系统中消除了机械接触，并在系统与交叉带单元的数据交换中采用了红外通讯，整个系统的磨损被降低到最小。整体而言，该分拣机有着最少的可磨损部件。任何损伤部分都可被极快和极方便地替换。若某一交叉带单元中的部件在运行中发生损伤，则该单元的动作可通过控制系统被临时中止，而待系统结束运行后再予以维修。 (3),地灵活的系统设计

系统由预制的模块组成，从而使现场安装得以简化，并确保系统在安装后亦易于改建和扩展。系统能回旋于不同楼层间和适于低建筑高度的特性，使其能极大地节省空间，和适应于新的或已建成的工作场地。

自动分拣系统功能：

(1),具有广泛的物品处理能力

可适应易碎物品的分拣处理，可适应在分拣全过程中需保持其精确的位置方向物品的分拣处理；适应分拣处理的物品尺寸变化范围大。 (2),分拣处理无落差

可使物品的分拣过程做到无落差处理，避免出现物品在分拣过程中出现损坏现象。 (3),高效率低噪

独特的设计达到了高效率和低噪音的水平，可在限定的几个小时内能集中处理几万件物品。 (4),网络化

该设备在光、机、电一体化的基础上同时融入了网络技术，从而做到物品信息一次输入，然后在分拣、核对、制单、跟踪查询等多次使用，使其成为信息网、金融网和实物网的重要汇接技术合成系统设备。

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研究的目的和意义

目前全球经济高速的发展，货物流通频繁，为了适应国名经济的发展，研究高性能的自动分拣装置是十分有必要的，不仅可以在很大程度上缩短货物入库的时间，提高工作效率，而且可以在激烈的市场竞争中赢得先机。同时为了适应现代物流处理市场的发展和物流中各类物件种类和数量不断增长趋势，开发研制高速包件分拣机也是很有必要的。

分拣作业是物流配送中的一个关键环节，它指的是依据顾客订货要求或配送中心送货计划，迅速、准确地将商品从储位或其他区域拣出，并按照一定方式进行分类、集中，等待配装送货的作业过程。分拣是配送中心作业中最繁锁、工作量最大的环节，也是配送中心作业系统的核心。如今，商品经济逐步深入，社会需求呈现出向小批量、多品种方向发展的趋势，配送商品的种类和数量急剧增加，这使得分拣作业在配送中心作业的比重越来越大，而客户对配送服务和质量的要求也越来越高。分拣作业的速度和质量直接关系到整个配送中心的信誉和服务水平，分拣系统的建设也成为配送中心非常重视的问题之一。

分拣系统的发展概况

最初的分拣系统是完全基于人力的作业系统，通过人工搜索、搬运货物来完成货物的提取。在这种系统中，书面文件的制作和查找、人工搬运等浪费了巨大的人力物力，作业效率低下，显然无法满足现代化物流配送对速度和准确性的高要求。

随着科学技术的飞速发展，分拣系统中开始运用各种各样的自动化机械设备，计算机控制技术和信息技术成为信息传递和处理的重要手段。虽然在多数的分拣系统中，某些作业环节还需要有人工的参与，但作业强度已越来越小，完全由机械完成分拣作业的自动分拣系统也应运而生。机械化、自动化、智能化成为现代分拣系统的主要特点与发展趋势。

现代物流配送中，高科技的应用为作业效率和质量的提高提供了坚实的技术保证。现代化的分拣系统逐渐成为物流机械化系统、信息系统以及管理组织系统的有机组合。物流机械化系统主要是各种物流设备的有效组合和配置，信息系统是分拣信息和控制信息等流动的载体，管理组织系统负责设备、人员的调度，控制系统总体的运作模式。计算机控制技术、信息技术以及物流自动化机械成为现代分拣系统的重要组成部分

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与整个物流业的大环境相似，我国在分拣系统和技术方面相对发达国家还比较落后，人工作业的情况仍比较普遍，电子标签、RF技术等辅助拣选系统的生产和使用还不多，自动拣选系统更是寥寥无几。总的来说，我国分拣系统的应用呈现出集约化程度低、自动化系统和设备应用范围不广泛的特点。

阻碍自动化拣选系统发展的因素有很多，有些则是与我国整个物流业存在的问题相一致的。物流标准化就是我国物流业长期关注的一个问题。商品的条码化、包装的标准化等是自动化拣选系统得以顺利运行的保证，而在我国，由于商品包装箱（指运输包装）上基本没有印刷条码，商业系统至今尚没有认真研究过运用自动分拣机。另外，由于一个公司或企业往往无法左右整个行业的进展，一些大企业倾向于开发适合自己业务特点的系统，这又进一步造成了实际中接口的障碍。自动化设备和系统的价格问题也是另一个阻碍因素，小企业一般无力购进高价设备。

如今，国际竞争日益加剧，为了发展我国物流业，国内的许多企业和政府部门也在做更大的努力，也已取得了一定的成效。随着对物流业的重视，国内一些物流设备生产企业在分拣设备的生产制造上也取得了一定的进展。例如，太原刚玉仓储设备公司和贵阳普天通信机械厂已设计生产货架电子标签拣选系统、小车式数字显示拣选系统、邮件自动分拣系统等。

在自动拣选技术和系统方面，自动分拣技术在20世纪70年代被引入国内，我国的邮政系统最早并已多年使用自动分拣设备，并在长期的实践中不断创新、不断进步。例如，邮电部相关部门相继开发和研制出具国际水平的CORE-NT自动分拣系统，性价比很高的扁平邮件高速自动分拣系统; 上海邮政通用技术设备公司研制成功了速递邮件网络化自动分拣系统等。

纵观以上的情况，研究新一代的，高性能的自动分拣系统是很有必要的。它对国名经济的发展起到了很发大的作用。目前我国的自动分拣系统相对于欧美发达国家还是很落后的，人工作业的情况仍比较普遍，电子标签、RF技术等辅助拣选系统的生产和使用还不多，自动拣选系统更是寥寥无几。因此这些都阻碍了我过经济的发展，降低了我国商品的国际竞争力。所以我国一定要开发更高性能的自动分拣装置，来实现商品的现代化运送，促进经济更加快速的增长。

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研究内容

本课题的研究实际上是一个关于货物合理分配的问题，是物流中的一个重要的环节。物流是指物品从供应地向接收地的实体流动过程。根据实际需要，将运输，储存，装卸，搬运，包装，流通加工，配送，信息处理等基本功能实施有机的结合。它是根据物品的种类，数量和质量，在最合适的时刻，以最低的成本将其输送到正确的地点，并及时完成物品信息的传输和修改，以及输送工具的回收的而全过程。所以自动分拣系统的核心内容就是如何使大量的不同类型的物品自动的放到相应的货架上去而不出现差错，还有如何识别不同类型的物品。这是设计这个系统的两大核心的问题。

自动分拣系统由合流、分拣识别、分拣分流和分运四个分段构成。

合流：商品通过多条输送线进入分拣系统，经过合流逐步将各条输送线上输入的商品合并于一条汇集输送机上；将商品在输送机上的方位进行调整，便于分拣识别。

分拣识别：商品接受激光扫描器对其条形码标签的扫描，或者由通过其他自动识别方式，将商品分拣信息输入计算机。商品之间保持一个固定值的间距，便于控制分拣

分拣分流：根据不同商品分拣信号所确定的移动时间，使商品行走到指定的分拣道口，启动分拣机构，将商品排离主输送机进入分流滑道排出。

本课题的难点就是如何准确无误的分拣出不同的商品，我在这个课题里采用机械手来分拣不同的货物。

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机械手的系统结构框图

电容开关 电感开关 光电开关 限位开关 可编程控制器

传送带电机 下料气缸电磁阀 滑台电磁阀 机械手电磁阀 该装置包含了PLC控制技术、位置检测技术、气动技术等，由PLC（三菱FX1N）、电动机、开关电源、电磁滑、变频器、传感器等器件，系统的功能子模块有：传动模块；机械手模块（含真空吸放）；气源处理模块；传感器检测模块；电源模块；可编程控制器模块；变频器模块；气动电磁阀模块。

传感器

传感器是将被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器。它主要被用于检测系统本身与作业对象、作业环境的状态，为有效地控制系统的动作提供信息。

机械手动作的时机需要传感器来给予，本设计所要用到的传感器包括：电感接近开关，电容接近开关，光电传感器，滑台限位开关。其中，电感接近开关用于判断元件在传送带上的位置，电容接近开关用于判断元件的材质，光电传感器用于判断元件颜色，滑台限位开关是判断滑台的位置。因此合理的应用传感器是本课题所必须的。通过传感器的指令来控制机械手的行动。

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机械手驱动系统的控制设计

根据分拣机械手的要求，在驱动系统中气缸的运动方式主要有两种：（1）直线运动（缸体固定，活塞杆运动）；（2）摆动（缸体固定）。本人根据相关的要求将选用摆动的方式。

摆动机械手的动作过程如图所示，由8步组成：从原点→①伸出→②夹紧（P压力继电器）→③缩回→④左摆→⑤伸出→⑥放松（P压力继电器）→⑦缩回→⑧右摆到原点结束一个动作循环

控制系统的分析设计

机械手控制系统的设计是整个机械手设计的关键和核心。它在结构和功能上的合理划分与巧妙实现，对提高机械手整体可靠性、实用性具有重要的意义，同时也是降低制造成本、缩短开发周期的有效途径。为此本章在分析了当前机械手广泛采用的控制器结构及PLC的发展之后，提出了采用PLC的控制方法。

机械手的控制部分可分为4个部分：机械手及其感知器、环境、任务、控制器。机械手是由各种机构组成的装置，它通过感知器的内部传感器实现本体和环境状态的检测和信息交互；环境即指机械手所处的周围环境；任务是指机械手要完成的操作，它需要适当的程序语言描述，并把它们存入控制机中，随着系统的不同，任务的输入可能是程序方式，或文字、图形或声音方式；控制器包括软件和硬件两大部分，相当于机械手的大脑，它以计算机或专用控制器运行程序的方式来完成给定的任务。

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控制系统的硬件一般包括3个部分：

(1)感知部分 用来收集机械手的内部和外部的信息，如位置、速度、加速度传感器可接受机械手的本体状态，而视觉、触觉、力觉等传感器可感受机械手的工作环境的外部状态。

(2)控制装置 用来处理各种信息，完成控制过程，产生必要的控制指令，它包括计算机相应的接口等。

(3)驱动部分 为了使机械手完成操作及移动功能，机械手各关节可选用气动、液动、电气等方式驱动。

控制系统PLC的选型及控制原理

（1）PLC机型的选择；在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性价比。要确定合理的结构形式，合理的安装方式，满足相应的要求等等。

（2）PLC种类较多，主要有西门子、三菱、OMRON、FANAC、东芝等，但能配套生产，大、中、小、微型均有配套且目前用得最广泛的的主要是西门子、三菱、OMRON的PLC。根据相关的要求，我选用的是三菱FX系列。

PLC相关程序的编写以及I/0端口的设定将在后续论文里正式设计出来。

研究方法手段

通过参考相关的论文以及相关的书籍来设计这个自动分拣装置，同时也得到了指导老师程加斌博士的大力帮住。

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研究进度

2010年09月至10月；确定课题，查阅相关资料，撰写开题报告。 2010年10月至12月；总体方案设计论证，撰写文献综述。 2011年01月至03月；编写设计说明书及相关图纸的绘制。 2011年03月至04月；整理设计资料及答辩准备。 2011年05月； 论文答辩。

文献综述

今后研究分拣机主要是要提高效率，提高处理的速度，分拣的物品重量比以前更大，识别更加的准确，占地面积小，成本尽可能的降低。分拣机今后的发展方向是；能够分拣超大，超重的包裹，分拣效率高，分拣机的处理速度应系列化。高速分拣机除应用在邮政上，还应用于其他的流通行业。分拣物品的信息输入应具有多种形式；人工键入，条形码人工扫描，条形码自动扫描等。同时，分拣设备的易维护性应得到高度的重视，要减少维护量，使维护变得简单。分拣机控制系不仅应具有联网的功能，具有与局域网及邮政综合网交换数据的能力，还应使分拣机具有全自动供件，邮件分拣过程监督，故障判断及警告，邮件路向自动判别，自动打印清单，路单及各种业务数据统计等功能。在包单合一或取消包裹详情清单后，做到直接入袋，实现真正意义上得自动分拣。目前，在包裹业务中商包的比重越来越大，因尺寸和重量超标而不能上分拣机的以占到25%-40%，这部分大件包裹都需要手工处理。为了扩大分拣机的应用范围，提高分拣机的效率，减轻工人的劳动强度，应研制开发能够分拣尺寸大，重量重的物品的通用分拣机。

此外自动分拣系统使用的条件比较的苛刻，一般的小企业基本用不上，到目前为止的而在社会上的使用面还是十分狭窄的，因此还有必要进行大的改进，使它的应用面更加的广泛。自动分拣系统的使用条件，自动分拣系统要求使用者具备一定的技术经济条件，因此在引进和建设自动分拣系统时一定要考虑一下条件； 1 一次性投资巨大

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自动那个分拣系统本身需要建设短则40-50米，长则150-200米的机械传输线，还有配套的机电一体化控制系统，计算机网络及通信系统等，这一系统不仅占地面积大，动辄两万平米以上，而且一般自动分拣系统都建立在自动化立体仓库中，这样就需要建3-4层楼高的立体仓库，库内需要配备各种自动化的搬运设施，这些丝毫不亚于 建立一个现代化工厂所需要的硬件投资。这种巨额的投资一般要花10-20年才能收回，如果没有可靠的货源作保证，则有可能系统都有大型生产企业或大型专业的物流公司投资，小企业无法进行此项投资。 2对物品外包装要求高

袋装物品，包装底部柔软且凸凹不平，易变形，易破碎，超长，超薄，超重，超高，不能倾覆的物品不能使用普通的自动分拣机进行分拣。虽然可以采用两种措施来解决物品外包装问题；一是推行标准化的包装，使大部分物品的包装符合国家标准；二是根据所分拣的大部分物品的统一包装的特性定制特定的分拣机。但是让所有物品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的，定制分拣机又会使硬件成本上升，并且设备约特殊，其通用性就越差。因此公司要根据经营物品的包装情况来决定是否建或建什么样的自动分拣系统。

综上所述，目前自动分拣系统存在着占地面积大，费用很高，对商品的包装有很高的而要求，很难做到普及。因此这也是一个很大的弱点，以后需要在这几个方面进行改进。

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指导教师意见： 签字： 年 月 日 系审查意见： 签字： 年 月 日 备注：

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