一种下落式自动分拣系统的制作方法

本发明涉及机械电子。

背景技术：

在物流等行业，需要对种类较多的海量物品（如快递包裹）进行快速分拣，将不同种类的物品（如需要运往不同目的地的快递包裹）分拣开来，以进行相应的后续处理（如运输或进一步分拣）。

公知的常见的分拣方法，是人工加传送带的方式。这种方式的缺点是对人力的需求极大。以快递包裹为例：首先，快递的时效性以及包裹的巨大数量要求分拣需要快速完成，这就造成较高的劳动强度；其次，在分拣的过程中，工人既需要通过人眼读取快递包裹上的信息，又需要根据读取的信息将包裹放置到相应的下游传送带上，手眼并用，进一步提高了劳动强度；再次，快递包裹所要运往的目的地的数量较多，而人工分拣一次只能将包裹分为较少的几类（通常为三类），因此需要多次分拣，这就进一步地需要更多的人力。

另一种较新的技术是采用大量的自主导航小车（AGV）：将快递信息提取后，放在AGV小车上，由AGV小车将物品运输到与其类别（如快递包裹的目的地）相对应的位置处。这种技术的缺点是：1.当物品的数量及类别较多时（如快递包裹通常存在着几十个甚至上百个可能的运输目的地），需要设置较多的分拣摊位，同时需要大量的AGV小车从物品源处获取物品并送往相应的摊位，因此需要较大的场地，相应地AGV小车的行驶路径较长。而大量的AGV小车在行驶的路径上需要相互避让、拐弯、往返，因此效率较低。2. 大量的AGV小车需要进行充电等维护，维护成本较高。

此外，还有一种采用智能化传送带的方式。这种方式需要海量的传感器与执行器，以及相应的庞大的通讯系统以及高性能的处理器系统，造价高昂。

因此，在目前公知的知识领域中，对于种类较多的海量物品的分拣，尚无成熟的低成本技术方案来降低人力需求量、降低劳动强度并降低分拣成本同时保证分拣效率。

技术实现要素：

为了实现采用较少的人力实现对种类较多的海量物品的快速分拣，并降低分拣成本，提高分拣效率，本发明提供了一种下落式自动分拣系统。该分拣系统能够在较少的人工干预下，实现对种类较多的海量物品的快速分拣，且系统简单成本低，从而降低了分拣成本。

本发明提供的下落式自动分拣系统，主要包括信息传感装置、电控系统、下落通道基本框架、安装在下落通道基本框架上的多个电控门，驱动电控门的电控门驱动系统、与电控门相对接的接纳装置。

其中，信息传感装置可以是由光源、光学透镜、扫描模组、模拟数字转换电路加塑料外壳构成的一维码或二维码扫描器。也可以是兼具一维码和二维码扫描功能的扫描器。也可以是用于获取图像信息的摄像头。当信息传感装置是用于获取图像信息的摄像头时，电控系统需要包含用于图像处理的数字图像处理系统，用于根据图像信息对物体的种类进行辨识。当物体需要按照重量进行分类时，信息传感装置可以是压力传感器。当物体需要按透明度进行分类时（如鉴别果品是否腐烂），信息传感装置可以是由激光发射头和相对的激光探测头以及后续模拟数字转换电路构成的光电检测系统。

其中，信息传感装置与电控系统通过通讯链路相连，信息传感装置从物品上读取的信息通过通讯链路传输到电控系统，电控系统与电控门的驱动系统通过通讯链路相连，电控系统根据信息传感装置从物品上读取的信息向相应的电控门的驱动系统发送指令信号。

信息传感装置在将信号发送至电控系统后，电控系统进行信号处理及分析。可以在信息传感装置处设置电控喇叭，电控喇叭与电控系统通过通讯链路相连。电控系统在完成信号处理及分析后，向电控喇叭发出使其发音的指令信号，以提示操作人员信号读取已完成。

上述“通过通讯链路相连”，可以是通过电信号相连；也可以是通过由多种不同形式的信号区段串联构成的通讯链路相连，例如：1.通讯链路的主要区段是电信号，但在链路上串联进光耦合器或磁耦合器等数字隔离器，以避免模块间的噪音干扰。2. 通讯链路的与发送端和接收端直接相连的区段是电信号，但是中间的部分区段采用光信号（如光纤信号、红外线等）或无线电信号（电信号区段和其他形式的信号区段之间设置相应的转换器件，如光纤调制解调器、红外线或无线电的发射/接收装置）。

上述所谓信息传感装置、电控系统以及电控门驱动系统，仅仅是一种逻辑功能模块的划分。在实际实现时可以有不同的具体物理组合及分布。比如：电控系统可以是单处理器电控系统，即仅由一个处理器及其外围电路构成；也可以是组合型多处理器电控系统，即由多个通过通讯链路相连的处理器及相应的外围电路构成。当采用组合型电控系统时，可以采用集中式结构，即多个处理器系统设置在同一位置处，或者进一步地，集成在同一块电路板上，由电路板上的线路实现高效的通讯链路；也可以采用分布式结构，即多个通过通讯链路相连的处理器系统位于不同的位置处，分别与相应的电气模块（如电机驱动系统的驱动电路、信号传感装置中的模拟数字转换电路、电控喇叭中的驱动电路）通过通讯链路相连并承担不同的功能作用。优选地，采用组合型分布式电控系统。

除了接收信息传感装置的信息，对信息进行分析处理，并给电控门的驱动系统发送指令，电控系统还可以具有如下功能：记录操作信息、生成并保存相应日志、检测故障并报警、对分拣系统进行设置（例如物品的种类信息与电控门的对应关系）、通过网络等信息传输设备与其他电子系统（如远程服务器、云服务器）进行信息传输与交互。

信息传感装置可以是固定式的（例如，固定在特定支架上），也可以是手持式的。

为了避免复杂的机电传输结构，简化系统结构，从而尽可能降低系统成本，提高系统可靠程度，仅仅利用被分拣物品的自身所受重力来实现物品的快速移动，且使物品能够精准地移动至电控门处，并在电控门的作用下实现分拣，本发明还提供了一种下落式分拣系统的下落通道的机械结构。其具体实现是：主要包括下落通道基本框架、安装在下落通道基本框架上的多个电控门，下落通道从其下落入口处向下延伸，电控门设置在下落通道的周边位置处，且当电控门打开时，能够伸入到下落通道的内部。

该下落通道机械结构避免了复杂的机电传输结构，利用被分拣物品的自身所受重力实现了物品的快速移动，且能够使物品精准地移动至电控门处，与被分拣物品种类相对应的电控门只需打开，即可将物品拦截住，然后通过关闭电控门将物品带出，从而在电控门的作用下实现分拣。

优选地，下落通道是垂直的。

由于电控门的机械部分要频繁受到撞击，因此可以设置为带有加强筋的结构。电控门的机械形状，可以是板状结构，也可以是镂空结构或栅栏结构，而为了提高强度，也可以是块状结构，多种形式的组合。为了设置压力传感器或缓冲装置，电控门可以是多层结构，其中压力传感器或缓冲装置设置在多层结构之间。

电控门的关闭或打开，可以通过转动或平动实现。当采用转动式电控门时，需要在电控门上固定转轴，用于与驱动系统相连；当采用平动式电控门时，可以采用带有丝杠的驱动系统。

为了实现同一个下落通道完成多个种类物品的分拣，需要将多个电控门设置在同一个下落通道上。其中，电控门设置在下落通道上，指的是电控门和下落通道间的相对位置关系，使得电控门在其驱动系统的作用下，能够伸入下落通道内。包括但不限于以下三种具体情况：1. 电控门本体自身就位于下落通道的内部位置处，并能够对沿下落通道运动的物体发生作用；2. 电控门设置在下落通道的侧壁上（在这种情况下，电控门在关闭时，成为下落通道侧壁的一部分），且当电控门动作时，能够伸入下落通道的内部位置处，以拦截沿下落通道运动的物体；3. 电控门的基部（即与驱动装置或传动装置相连的部分，如转轴）设置在下落通道的外部，但当电控门在驱动系统的作用下发生动作时，能够伸入下落通道的内部位置处，以拦截沿下落通道运动的物体。

与电控门相对接的接纳装置可以是传送带，也可以是斜坡或倾斜的滑落管道，也可以是需要人工搬运的储物箱，也可以是运载物品的电动小车。也可以是上述几种装置的组合。由于电控门是要运动的，而接纳装置的位置通常是固定的，因此这里所说的相对接，指的是接纳装置位于电控门附近，且被分拣的物体能够在电控门的作用下，被移动至接纳装置。当接纳装置是传送带，或者斜坡、倾斜的滑落管道时，接纳装置靠近电控门处的部位可以是倾斜的弯曲结构（即短螺旋结构），以调节接纳装置的朝向，利于空间安排。

电控门的驱动系统可以是伺服电机系统（包括电机和电机驱动器），也可以是受电信号控制的液压动力系统。驱动系统对电控门的驱动方式可以是直接驱动，也可以是通过传动装置进行间接驱动。当间接驱动时，传动装置可以是传动皮带，也可以是齿轮系统。

为了确保电控门运动顺畅，避免摩擦，可以在同一层的相邻的电控门之间设置一定的间隙。当电控门打开，以接收下落物品时，电控门的侧边与下落通道的侧壁（该侧壁可能是相邻的、处于关闭状态的电控门）之间存在缝隙，会造成某些被分拣的物品被夹住（例如，物品是薄信封，或者物品由塑料袋包装，而塑料袋的边缘处于自由散开状态）。为了解决这一问题，可以采用采用带有侧翼的电控门。一种带有侧翼的电控门的具体实现的机械结构是：主要包括位于中间的拦截部、与拦截部相固接的转轴、分别与拦截部的两侧相固结的两个侧翼。其中，位于中间的拦截部可以是板状结构，也可以是多孔的镂空结构，也可以是栅栏结构。与拦截部的两侧相固结的两个侧翼可以是板状结构，也可以是多孔的镂空结构，也可以是栅栏结构。

实际应用中，打开的电控门的侧翼与位于电控门两侧的下落通道的侧壁密切接触。从而使得物体落到电控门上时，位于两个侧翼之间，且不与下落通道的侧壁接触，从而避免了当电控门运动时，被夹在电控门与通道侧壁间的缝隙中。带有侧翼的电控门的具体结构见实施例。

为了自动感知物体是否已掉落在电控门上，以确定已经打开的电控门的关闭时机，可以在分拣系统上设置相应的传感器。传感器可以是设置在电控门上的压力传感器。传感器与电控装置通过电信号相连。

当物体掉落感知传感器是压力传感器时，传感器设置在电控门的迎着下落物体的一面。

通道上设置电控门限位结构，使电控门只能朝向通道内部打开，而不能反向打开。这样做，使已打开的电控门可以抵在与之相对的未打卡的电控门上，从而下落的物品掉落在已打开的电控门上时，由相对的未打卡的电控门承受掉落产生的撞击力矩，而无需由已打开的电控门的驱动系统承受该力矩。这样做，电控门的驱动系统只需在物品沿电控门滑入接纳装置后，关闭电控门，只需较小的功率。限位结构可以是下落通道基本框架在电控门开口处的突出结构，也可以是直接利用位于上方的电控门的转轴作为电控门的限位结构，也可以利用接纳装置的延伸到下落通道处的边沿（如接纳装置是滑坡时）。

优选地，电控门的驱动系统通过传动带的方式对电控门进行间接驱动，由此避免电控门受到撞击时产生的振动对驱动系统造成损害。

为了避免物品在掉落到电控门上时因撞击受损，可以在电控门上迎着下落物品的一面设置缓冲装置。缓冲装置是柔性物品，如海绵、布料、等，也可以是弹性结构，例如：通过弹簧或弹性片与电控门相连的平行于电控门的平板。

在电控门打开或关闭时，也会出现电控门与下落通道侧壁或打开的电控门与相对的关闭的电控门相撞的问题，为此，在相应的接触位置处也应当设置缓冲结构。

电控门关闭或打开时，要确保关到位或开到位。因此，需要设置相应的电控门的角度位置传感信息。该角度位置传感信息可以通过如下几种方式中的一种获得：1.在电控门的转轴上设置绝对式编码器；2.直接从驱动系统的以软件程序实现的PID闭环反馈控制回路内提取控制信号：当电控门关到位或开到位时，闭环反馈控制回路由于存在积分环节，输出信号会突然变大，由此判定已经关到位或开到位；3.采用其他开关式传感器的信号进行判定，如霍尔传感器，光电传感器。

下落通道的基本框架可以是钢管、铝型材等支撑柱，也可以是金属焊接架或组合架，也可以是板状壳体结构，也可以是钢筋混凝土结构，或者是上述几种结构中的某几种的组合。

当操作人员用扫描设备扫描到一个被分拣物品的信息（如物品上的条形码信息）后，即将物品投入下落通道。同时，电控系统根据扫描到的物品的信息，向相应的电控门的驱动系统发出指令使该电控门打开。打开的电控门挡住物品的下落，并使物品沿打开的电控门滑至与电控门对接的接纳装置，从而完成分拣。具体原理参见实施例。

实际工作中，分拣系统可以采用与其他种类的系统组合的方式。例如，物品在进行信息读取后，可以先放置在传送带上，由传送带运送到相应的下落通道的下落起始位置处，然后由机械臂、翻板或平推装置投入下落通道。

当被分拣的物品种类过多，单个分拣系统难以完成分拣时，可以将某几个种类组合为一个大类，与某个电控门相对应。该电控门与下一个分拣系统的入口通过传送装置（如传送带、滑坡）相连。该大类的物品被分拣出后（从所述电控门出来后），运送至下一个分拣系统，进行进一步的分拣。即多个分拣系统串联同步工作。当被分拣的物品数量过多，单个分拣系统难以完成分拣时，可以将物品通过某种方式（如传送带）分散至多个分拣系统。即多个分拣系统并联同步工作。

当多个分拣系统通过传送带并联运行时，可以将物品的种类分为几个大组，每个分拣系统只接收属于某个大组的种类的物品。在这种情况下，由于传送带上传来的物品的种类是随机的，会出现属于各大组的物品的个数随时间波动的问题，例如，某一时刻，过多的物品需由同一个分拣系统分拣，而其他分拣系统处于空闲状态。为此，可以在各个分拣系统的入口处设置缓冲区，缓冲区内设置密集并排的辊子或可以方便地进行频繁启停控制的传送带，以方便物品的搬运。

优选地，并联或串联的分拣系统之间的物品传输，采用传送带的方式。优选地，所有用于并联的传送带相平行，所有用于串联的传送带相平行，用于并联的传送带和用于串联的传送带相垂直。分拣后的物品也可以采用传送带进行传输（即以传送带作为分拣系统的接纳装置）。优选地，分拣后的物品的传送带与用于分拣系统的并连的传送带相垂直，且分拣后的物品的传送带位于较低的位置，而用于分拣系统的并连的传送带位于较高的位置。

并联的分拣系统之间，可以通过闭合的循环式传送带相连，以应对待分拣物品过多的状况。待分拣的物品在闭合的循环式传送带上被循环传送，直至分拣完毕。

因为该下落式分拣系统需要一定的落差，在实际应用中，可以将物品先采用斜坡上行的传送带传送到分拣系统的上部，再进行分拣。

为了确保物品的下落速度，可以在下落通道的上部入口处设置吹风机，或者在下部设置吸气机。同时将电控门设置为镂空结构，以利于通风。

本发明的有益效果是：提出了一种下落式自动分拣系统。该系统可在较少人工参与的情况下，一次性迅速完成较多种类的物品的分拣，操作人员只需将物品进行扫描，然后将物品释放。操作简单，甚至可以采用自动化设备进行自动扫描，实现全自动作业。扫描以及物品的下落过程，只需要几秒钟即可完成，极大地缩短了同一个分拣设备对于单个物品的分拣时间。而且，一个分拣工序即可完成多种物品的分拣，有效减少了同一个物品的分拣次数，减少了工序，进一步提高了效率。物品在分拣过程中主要是自由下落，无需过长的传送带，既降低了能耗，又提高了空间利用率，节约了宝贵的土地资源。因此，该分拣系统提高了分拣效率，降低了人力需求且成本低，降低了分拣运营成本。

附图说明

图1是本发明所提供分拣系统的机械结构中间部分的侧视图。

图2是图1所示分拣系统的上层分拣结构的俯视图。

图3是本发明所提供分拣系统的电信号连接图。

图4是本发明所提供分拣系统的分拣过程示意图（中间部分的侧视图）。

图5是本发明所提供分拣系统的电控门的机械结构立体示意图（纵向剖面图）。

图1中，1.下落通道，21.下落通道入口，2.电控门（包括电控门2.1-2.9），3. 作为驱动系统的电机系统（包括电机系统3.1-3.9，电机系统包括电机和电机驱动器），4.信息传感装置（扫描器），5.信息传感装置的支撑杆，6.传送带（包括上游传送带6.1，以及作为分拣后的接纳装置的传送带6.2-6.11），7.下落通道补充侧壁，8.被分拣的物品，10.分拣系统整体，11.分拣系统的上层分拣结构，12. 分拣系统的上层分拣结构，13分拣系统的下层分拣结构，20. 电控门的转轴（包括转轴20.1-20.9）。

图2中，9.下落通道基本框架（竖直板状支撑框架），3.电机系统（包括电机系统3.1-3.9，该图是上层分拣结构（12）的俯视图，因此只给出了电机系统3.1-3.4）。

图3中，14.电控系统，15.通讯链路，16.喇叭。

图4中，17.操作人员。

图5中，2.电控门，18.电控门的拦截部，19.电控门的侧翼（包括侧翼19.1和19.2），20.转轴。

具体实施方式

如图1所示，分拣系统（10）共分为上中下三层分拣结构（11、12、13）：其中上层分拣结构（11）包含了电控门2.1-2.4、电控门的电机系统3.1-3.4以及传动带6.2-6.5。

下落通道（1）从下落通道入口（21）处向下延伸，多个电控门（2）设置在下落通道（1）的周边位置处。

图2是上层分拣结构（11）的俯视图，给出了上层分拣结构（11）的完整的组成结构。通过竖直放置的板状支撑框架（9）对电控门（2）、驱动电机系统（3）以及传送带（6）进行支撑。下落通道补充侧壁（7）和支撑杆（5）固定在支撑框架（9）上。

中层分拣结构（12）的机械结构与上层分拣结构（11）相同。

下层分拣结构（13）仅包括一个电控门（2.9）和两个传送带（6.10、6.11）。其优点是结构简单，但仅能用在下落通道（1）的最底层。

图3给出了分拣系统（10）的通讯链路（15）连接关系。

图4给出了物品（8）的分拣过程。当物品（8）被上游传送带（6.1）移动至分拣系统（10）的下落通道（1）的入口处时，被操作人员（17）拾起并在信息传感装置（4）处进行信息读取。信息读取完成后，将物品（8）投入下落通道（1），同时信息传感装置（4）将读取到的信息发送到电控系统（14）。电控系统根据接收到的信息，决定该物品（8）的所属种类与电控门（2.6）相对应，于是向驱动系统（3.6）发出指令，使电控门（2.6）向下落通道（1）的中间打开，物品（8）掉落在电控门（2.6）上并沿电控门（2.6）滑到接纳装置即传送带（6.7）上，从而完成分拣。

为了确保物品（8）能被电控门（2.6）拦截，电控门（2.6）在打开后，电机驱动系统（3.6）向电控系统（14）发出电控门（2.6）已打开的反馈信号，电控系统（14）在收到信号后向喇叭（16）发出发音指令，操作人员在听到喇叭（16）的提示音后，再将物品（8）释放。由于电机驱动系统（3.6）可以以较快的速度驱动电控门（2.6），因此从信息传感装置（4）读取物品（8）的信息到喇叭（16）发出提示音的时间间隔可以非常短。

为了确保物品（8）能被电控门（2.6）接住，电控门（2.6）在打开后，可以一直保持打开状态，直到电控系统（14）收到信息传感装置（4）读取到的下一个物品（8）的信息，再向电机驱动系统（3.6）发出关闭电控门（2.6）的指令。如果当前需要打开的电控门（2）位于当前已打开且需要关闭的电控门（2）的不同高度位置处（不会相互冲突），则电控系统（14）同时向这两个电控门（2）的电机驱动系统（3）发出动作指令，否则，电控系统（14）先向后者的电机驱动系统（3）发出关闭电控门（2）的指令，在收到后者的电机驱动系统（3）发出的电控门（2）已关闭的信号后，再向前者的电机驱动系统（3）发出打开电控门（2）的指令。

当物品（8）的种类与传送带（6.10）或传送带（6.11）相对应时，电控系统（14）将向驱动装置（3.9）发出使电控门（2.9）向右或相左转动的指令，使物品（8）沿电控门（2.9）向左或相右滑动到传送带（6.10）或传送带（6.11）。

当被分拣的物品（8）的种类过多，单个分拣系统（10）难以完成分拣时，可以将物品（8）的某几个种类组合为一个或多个大类，与位于上层分拣结构（11）的其中一个电控门（2）相对应。该大类的物品（8）被分拣出后，由与该电控门（2）相对接的传送带（6）传送到下一个分拣系统（10）进行进一步分拣。

如图5所示，电控门（2）的拦截部（18）是板状结构，在拦截部（18）两侧固定两个板状侧翼（19.1、19.2），以避免物品（8）被夹在电控门（2）和下落通道（1）的侧壁（即相邻的处于关闭状态的电控门（2）朝向下落通道（1）的一面）之间的缝隙中。电控门（2）的转轴（20）与电控门（2）的拦截部（18）相固接，用于与驱动系统（3）相连。