交叉带自动供件系统方案设计及供件方法研究

头部广 告

摘要：针对当前物流分拣领域中小件包裹堆叠难以高效分离、人工供件成本高且效率低的问题，提出一种交叉带自动供件系统及其供件方法。该系统集成初步分流、叠件分离、单件分离、非标件检测等装置，并搭配多套视觉识别系统，实现堆叠包裹的自动分离、姿态调整与精准供件。通过速度差调控、高度落差辅助、视觉识别引导等技术手段，完成包裹从堆叠状态到有序供件的全流程自动化处理。实际应用表明，该系统可显著提升交叉带分拣机的供件效率，降低人工劳动强度，为物流分拣自动化升级提供了可行方案。

关键词：交叉带分拣机；自动供件系统；叠件分离；视觉识别；物流自动化

作者：李长青 王焕有 朱轩君

科捷智能科技股份有限公司

题眼广 告

一

引言

随着电商与快递行业的高速发展，物流分拣环节的自动化需求日益迫切。《中国物流发展报告（2023-2024）》数据显示，国内快递行业日均处理包裹量已突破4亿件，其中小件包裹占比超过60%[1]。这类包裹普遍存在种类杂、外形尺寸差异大、堆叠现象频发等问题，给分拣环节带来极大挑战。

目前小件包裹分拣普遍采用人工供件模式，即由操作人员将堆叠包裹从滑槽中逐一取出，整理后放置到半自动导入台，再供入交叉带分拣机。该模式下，一名熟练工人每小时仅能处理约800～1000件包裹，且易因疲劳导致供件不规范，分拣错误率升高，错误率可达0.03%～0.05%。同时，人工供件的用工成本占分拣中心运营成本的40%以上，且受人员流动影响，分拣效率、分拣准确率的稳定性难以保障。在电商大促等业务高峰期，人工供件模式更是难以应对爆发式增长的包裹量，极易造成分拣中心货物积压、配送延迟等问题，部分分拣中心在大促期间甚至需要临时扩招30%以上的临时工，进一步增加了管理成本与运营风险。

现有自动供件技术虽能实现部分规则件的自动化处理，但仍存在明显短板。部分系统仅能处理单一尺寸的包裹，对异形件、超尺寸件的适应性差，常因供件不规范造成错分率较高或导致分拣系统故障。部分系统的叠件分离成功率不足70%，仍需大量人工辅助；非标件处理环节更是依赖人工剔除，自动化程度较低[2]。此外，多数现有系统缺乏柔性调控能力，无法根据上游货物来料状态动态调整运行参数，导致系统运行稳定性与容错性不足。

科捷智能科技股份有限公司（简称“科捷智能”）为解决上述问题，设计一套集自动分离、姿态调整、精准供件于一体的交叉带自动供件系统。通过机械结构创新与视觉智能技术的深度融合，实现堆叠小件包裹的全流程自动化处理，提升交叉带分拣系统的整体运行效率，推动物流分拣行业向智能化、无人化方向发展。

二

系统总体设计

1.系统组成

如图1所示，交叉带自动供件系统沿货物输送方向依次布置初步分流装置、缓存滑槽、叠件分离装置、单件分离装置、非标件检测装置、剔除摆轮机、一分二装置及皮带机输送装置，各装置通过模块化设计实现无缝对接，便于安装调试与后期维护。同时，模块化结构可根据分拣中心的场地大小与处理需求灵活配置，适配不同规模的分拣场景。

图1 自动供件系统

系统配备多套视觉识别系统，形成“检测—控制—执行”的闭环控制体系。叠件分离视觉系统架设于叠件分离装置上方，用于识别叠件状态并调控皮带机速度；单件分离视觉系统架设于单件分离装置上方，用于检测货物位置与轮廓，实现货物间距调控；非标件检测视觉系统架设于非标件检测装置上方，用于识别非标件并剔除；叠件检测视觉系统架设于分流摆轮机前方的皮带机输送装置的上方，用于判定货物是否符合供件要求。

皮带机输送装置采用2列平行输送线（A线、B线）设计，每列输送线对接多组自动导入台，末端对接辅助滑槽与半自动导入台，形成“自动为主、人工为辅”的供件模式。其中，自动导入台负责将状态正常的货物供入交叉带分拣机，半自动导入台则作为兜底方案，处理自动供件环节中异常的货物，确保系统连续稳定运行。

2.工作流程

自动供件工作流程如图2所示。

图2 自动供件工作流程图

货物经人工解包后以堆叠状态进入初步分流装置（模组带输送机），装置通过模组带下方设置的伺服电机驱动辊筒组件旋转一定角度，以带动模组带上的滚柱旋转，为货物提供横向推力，完成左右分流或靠边处理，避免货物在后续环节中出现拥堵。随后货物进入缓存滑槽暂存，缓存滑槽通过满格检测光电与空格检测光电的协同作用，动态检测滑槽内货物容量。当供包效率大于下游叠件分离装置的处理效率时，货物在滑槽内缓存；当滑槽内货物容量低于设定阈值时，初步分流装置重新启动供件，实现上下游设备运行节奏的平衡，有效避免因上游供件过快导致的设备堵塞问题。

缓存后的货物输送至叠件分离装置，通过“速度差+启停冲击+高度落差”三级分离技术，将堆叠包裹分离为单层状态。分离后的单层货物进入单件分离装置，经视觉系统识别货物位置与轮廓后，系统调控各组小皮带机组件的运行速度，拉大相邻货物间距，形成2列有序货流。

货流进入非标件检测装置后，视觉系统获取货物外形尺寸、轮廓等数据，识别出非标件并标记。标记的非标件进入剔除摆轮机后，被分流至辅助滑槽由人工处理；标准件则进入一分二装置，被分为左右2列单队列货流，分别进入皮带机输送装置的A线与B线。

货流抵达分流摆轮机时，叠件检测视觉系统对货物状态进行检测。若自动导入台空闲且货物状态正常，摆轮倾斜将货物分流至自动导入台，供入交叉带分拣机；若自动导入台繁忙或货物异常，摆轮摆正，货物继续输送至下一自动导入台分流口，重复相同操作，直至末端半自动导入台人工处理。整个流程自动化程度高，仅在非标件和末端异常环节需少量人工处理，实现从堆叠包裹到有序供件的高效自动化处理，有效解决人工供件效率低、成本高的问题。

三

核心装置及关键技术

1.叠件分离装置及分离技术

叠件分离装置（如图3）是解决包裹堆叠问题的核心部件，由三个爬坡段与一个平段组成，各段均配置4组伺服电机驱动的皮带机，呈“田”字排布。每个爬坡段入口高度低于出口高度，倾斜角度经多次实验验证优化设定，该角度既能保证货物顺利爬坡，又能利用重力辅助叠件分离。如图4所示，相邻段间设置高度落差与防漏板，防漏板两侧加装毛刷组件，防止货物从落差处滑落，提升系统运行稳定性。

图3 叠件分离装置

图4 叠件分离装置局部放大图

叠件分离过程分为三个阶段，各阶段协同作用，实现堆叠包裹的精准分离。

（1）速度差初分离。第一爬坡段下侧皮带机以低速V1（0.3m/s）运行，上侧皮带机以高速V2（0.8m/s）运行。叠件货物进入后，底层货物受高速皮带摩擦牵引力前移，顶层货物因惯性滞后，两者产生相对位移，实现初步分离。该阶段可分离约60%的堆叠包裹，为后续分离奠定基础。速度参数V1与V2可根据货物重量、尺寸进行动态调整，对于重量较大的包裹，可适当增大V1与V2的差值，提升分离效果。

（2）启停冲击强化分离。保持下侧皮带机低速匀速运行，上侧皮带机高频启停，启停频率为3次/秒。叠件货物受启停冲击产生位移或滑落，重量较大的货物加速效果不明显，易向后翻滚、滑落，进一步分离叠件。该阶段可分离约25%的堆叠包裹，大幅提升分离成功率。在实际应用中，可通过视觉系统反馈的货物状态，调整上侧皮带机的启停频率，实现柔性调控。

（3）高度落差精准分离。第二爬坡段入口处的3D视觉相机检测入口区域状态，若存在货物或无货区域小于50cm²，则暂停第一爬坡段输送，避免货物进入第二段爬坡时产生二次叠件。允许输送时，第二爬坡段下侧皮带机以速度V3（1.0m/s）运行，V3不小于V2，确保货物快速通过。货物经段间高度落差（15cm）跌落，上下层货物重心位置不同，跌落时间存在差异，优先跌落的货物较靠前地进入第二爬坡段，完成精准分离。该阶段可分离剩余15%的堆叠包裹，使整体分离成功率达到99%以上。

第二爬坡段与第三爬坡段之间、第三爬坡段与平段之间均采取相同的分离三阶段，确保堆叠包裹被彻底分离为单层状态。平段的作用是稳定货物输送状态，为后续单件分离装置的处理提供条件。

叠件分离视觉系统设置于叠件分离装置上方，其通过实时获取爬坡段与平段货物的位置、姿态数据，识别叠件状态。当检测到叠件时，系统自动调整皮带机速度参数，优化分离效果；当检测到无货时，系统降低皮带机运行速度，节约能耗。该系统的识别响应时间小于0.5秒，可满足高速分拣的需求。

2.单件分离装置及分离技术

单件分离装置整体结构如图5所示。单件分离视觉系统架设于单件分离装置的顶部。视觉系统对单件分离装置的输送平面沿输送方向中心线虚拟划分为A组与B组。识别货物位置与跨区情况，针对跨区货物，计算其在不同区域的投影面积占比，控制面积占比较大区域的皮带机高速运行，引导货物归队。同时，调控各组皮带机速度，将相邻货物间距拉大至15cm，满足交叉带分拣机的供件要求。该系统可精准识别尺寸在150mm×150mm×10mm至600mm×400mm×300mm范围内的货物，识别准确率达99.5%。

图5 单件分离装置

3.非标件识别装置及分离技术

非标件识别装置如图6所示，其检测视觉系统将输送平面虚拟划分为左边区、左直通区、中间区、右直通区、右边区。非标件检测视觉系统通过获取货物外形尺寸与轮廓数据，识别非标件。非标件判定标准包括外形尺寸超限（长>60cm 或宽>40cm或高>30cm）、圆柱形、球形等异形件。针对不同区域的货物，控制剔除摆轮机的伺服摆轮组件执行不同摆转动作，实现非标件剔除与标准件姿态调整。该系统的非标件识别准确率达99%，可有效减少人工剔除工作量。

图6 非标件视觉检测系统分区示意

4.一分二装置与分流供件技术

如图7所示，一分二装置包含输送滚筒组件与立式皮带机组件。输送滚筒沿中心线分为两组，向外侧倾斜布设，该倾斜布局可使货物输送过程中快速向两侧偏移，形成左右单队列货流。滚筒倾斜程度可依据不同货物品类灵活调整，对于体积较小、重量较轻的包裹，可适当减小倾斜角度，避免货物偏移过快导致的姿态混乱；对于体积较大的包裹，则增大倾斜角度，确保货物快速归队。经试验验证，针对电商、快递行业常规小件交叉带分拣机，我司确定了高适配性的滚筒机倾斜角度，使小件分拣场景下的匹配度与运行效果更优。

图7 一分二装置

两侧立式皮带机组件运行速度为1.5m/s，与货物移动速度匹配，既能降低货物摩擦阻力，又能调整货物姿态，确保货流有序进入皮带机输送装置的A线与B线。立式皮带机组件采用柔性皮带材质，可避免货物表面受损，适用于易碎品、易刮伤货物的分拣。

5.叠件检测装置及分流技术

如图8所示，叠件检测系统设置于分流摆轮机前方的皮带机输送装置上方，检测货物是否叠件、间距是否达标。当检测到货物叠件或间距小于10cm时，系统控制摆轮摆正，货物继续输送；当检测到货物状态正常时，系统控制摆轮倾斜45°，将货物分流至自动导入台。该系统的检测响应时间小于0.3秒，可实现货物状态的实时判定。

图8 叠件检测

皮带机输送装置的分流摆轮机根据自动导入台状态与货物检测结果，执行分流决策。自动导入台的供件节奏与交叉带分拣机的小车运行节奏实时联动，当小车空闲时，自动导入台允许货物进入；当小车繁忙时，自动导入台暂停供件。若自动导入台空闲且货物状态正常，摆轮倾斜将货物分流至自动导入台；若自动导入台繁忙或货物异常，摆轮摆正，货物继续输送至下一自动导入台，若所有自动导入台均不满足供件条件，货物直接流向末端半自动导入台。该分流机制确保供件节奏与分拣机运行节奏精准匹配，提升系统整体运行效率。

每组自动导入台与分流摆轮机之间，依次连接有分流皮带机和窄皮带机设备。分流皮带机用于调整货物输送速度，窄皮带机设备用于限制货物宽度，确保货物以正确姿态进入交叉带分拣机小车。

四

系统优势与应用效果

1.系统优势

本交叉带分拣机自动供件系统，在实际应用中展现出显著的技术优势，主要体现在自动化程度高、分离精度高、兼容性强、容错性好以及节能环保等方面，为物流分拣中心的高效作业提供了有力支撑。

自动化程度高。实现堆叠包裹从分离、检测到供件的全流程自动化，自动供件率可达90%以上，大幅减少人工干预。相较于传统纯人工供件模式，有效提升分拣中心的处理能力，降低用人成本。

分离精度高。采用“速度差+启停冲击+高度落差”的三级分离技术，搭配视觉精准调控，叠件分离成功率达99%以上，有效解决小件包裹堆叠难题。系统对异形件、超尺寸件等特殊货物具有良好的适应性，拓宽了适用范围。

兼容性强。通过非标件检测与剔除机制，可处理外形尺寸在150mm×150mm×10mm至600mm×400mm×300mm范围内的包裹，适应不同外形尺寸的货物分拣。系统采用模块化设计，可根据分拣中心的实际需求，灵活增减装置数量，提升系统通用性。

容错性好。设置半自动导入台作为兜底方案，确保异常货物得到妥善处理，保障系统连续稳定运行，故障停机率低于0.5%。系统配备完善的故障预警与诊断功能，可实时监测各装置运行状态，及时发现并预警故障，降低维护成本。

节能环保。系统采用伺服电机驱动，可根据货物状态动态调整运行速度，相较于传统恒速驱动系统，能耗降低30%。装置采用轻量化设计，减少材料消耗，符合绿色物流发展理念。

2.应用效果

该系统在某大型物流分拣中心进行了为期3个月的对照测试。对照组交叉带分拣机设置6个人工半自动导入台供件且全部启用。实验组采用该系统并设置4个全自动导入台和2个人工半自动导入台供件（如图1），但实际测试中，实验组仅启用一个人工半自动导入台，另一个作为备用。测试期间，两组设备分别日均处理小件包裹均为10万件。测试结果显示，相较于人工供件模式，该系统的分拣效率提升1.2倍以上，人工成本降低80%，分拣错误率降至0.01%以下（见表1）。在电商大促高峰期，系统日均处理包裹量可达15万件，未出现货物积压现象，分拣时效性显著提升，包裹从入库到分拣出库的平均时长缩短至2小时以内，较人工模式缩短20%。

表1 某物流分拣中心数据监控表

对照组分拣机实验周期内更换滚筒2个、皮带2条，导入台非标件报警207次；实验组交叉带分拣机实验周期内滚筒更换1个，导入台非标件报警0次。系统连续运行稳定性良好，平均无故障运行时间达500小时以上，维护成本仅为人工供件模式的10%。

此外，系统的应用有效降低了分拣中心的用工需求，减少了人员流动对分拣效率的影响。同时，系统的自动化操作降低了工人的劳动强度，改善了作业环境，分拣中心员工的满意度提升了40%，人员流失率降低至5%以下。

五

结论

交叉带自动供件系统通过机械结构创新与视觉智能技术的深度融合，有效解决了小件包裹堆叠分离与自动供件的行业痛点。该系统的应用不仅提升了交叉带分拣机的运行效率，还将交叉带分拣错误率降至0.01%以下，人工成本降低80%以上，为物流分拣环节的自动化升级提供了可复制的解决方案。

参考文献:

[1]中国物流与采购联合会.中国物流发展报告(2023-2024)[M].北京:中国财富出版社,2024.

[2]刘军,王浩.智能分拣设备在快递行业的应用与展望[J].物流工程与管理,2023,45(03):

145-147.

———— 物流技术与应用融媒 ————

编辑、排版：王茜

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