基于云控制的智能派件系統設計

曾啟正 陳濤 曾仕峰 邱斯杰 劉宇亮 周永明 洪遠泉

摘 要：現階段部分場合如學校、小區等，因為安全問題限制快遞人員進入，給快遞派送帶來了不便。為解決這一問題，該文結合當前“人工智能+物聯網”技術，提出一種基于云控制的快遞智能派件系統設計。此系統由智能快遞小車、物聯網云服務端以及用戶手機APP構成。該設計運用“GPS導航定位+激光雷達掃描定位”技術，精確定位智能快遞小車并規劃行進路線;通過設計手機APP，連接物聯網云服務端與系統數據處理中心交換數據，以完成獲取快遞信息、預約取件時間、預約取件地點的功能;通過結合各種避障模塊與運動控制模塊，實現派件小車的避障與自適應運動控制。系統整體測試結果表明，提出的系統能夠達到設計要求，提高安全性，體驗用戶的滿意度提高30%，具有較強的實用價值和市場價值。

關鍵詞：人工智能;物聯網;GPS導航;激光雷達;派件小車;智能派件

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2019）06-0-03

0 引 言

隨著社會的進步和技術的發展，傳統的快遞行業正在進行產業升級。目前快遞行業當中，分揀、搬運等工作，絕大部分工人已經被高科技智能機器人所取代。但是在末端的派送階段大多數還是采用人工派送的方式，與日俱增的快遞量給末端派送的快遞點造成了較大壓力。現有的解決方案大多以智能快遞柜[1]的形式解決，但是這類方案存在占地面積大、派件地點不夠靈活、無法更好地提升用戶體驗等缺點。本設計將已有方案的派件主體由快遞柜替換為智能快遞車，用戶可以通過手機APP提前預約取件地點與時間;智能快遞車可以裝載一定數量的快件，通過GPS技術確定小車地點與獲取運送路線;在小車行進過程中，車載雷達實時掃描、更新小車附件的環境情況，做到精確導航，再結合避障模塊，準確規避障礙物;通過攝像頭識別用戶手機APP出示的記錄快件信息的二維碼后打開相應的儲物柜，用戶可自行取出快件。整個配送過程基本實現無人化，既減輕了快遞點的派件壓力，同時也提高了用戶的需求。

1 系統總體結構

系統結構框圖如圖1所示。該系統以Jetson TX2與STM32F103ZET6作為系統數據處理中心。其中Jetson TX2采用Linux操作系統編程，接收并處理來自避障部分、定位導航部分、人機交互部分以及STM32F103ZET6的信息，并傳送相關信息和指令給人機交互部分和STM32F103ZET6; STM32F103ZET6接收并處理來自蓄電池、MPU6050與Jetson TX2的信息與指令，并且下達指令給減速電機與轉向舵機。避障部分包括激光雷達模塊、熱成像模塊、超聲波模塊和攝像頭模塊;定位導航部分包括激光雷達模塊和GPS模塊;人機交互部分包括機智云物聯網云服務端、客戶端APP;車體自適應控制部分包括減速電機、蓄電池、轉向舵機、MPU6050傳感器。

2 系統硬件設計

2.1 定位導航設計

傳統的定位導航多單純使用GPS定位技術或單純使用雷達定位技術進行自動巡航。本設計定位導航部分結合了GPS定位技術[2]與雷達定位技術[3]，利用GPS進行大概定位（精度2.5 m），利用雷達激光掃描進行精確定位（精度1 cm，有效半徑 12 m）。利用GPS可以在任何有網絡信號覆蓋的地方進行定位，范圍較廣，同時針對其精度低、信號易被遮蓋的缺點，結合使用雷達激光掃描提高定位精度;并且在GPS信號被建筑物或樹木遮蔽時，可以單獨使用雷達激光掃描進行定位，即使在室內也可進行自動巡航，大大提高定位適用范圍。雷達室內掃描效果圖如圖2所示。因室內GPS信號被遮蓋，故小車定位導航只依靠激光雷達，該效果圖顯示了室內雷達掃描建模的效果。

2.2 車體避障設計

本設計將采用超聲波模塊、攝像頭模塊、熱成像模塊、雷達對小車周圍環境進行實時監控，判斷道路是否有障礙物需要避開。此外，本文采用Jetson TX2[4]的AI平臺運行改進后的YOLO行人檢測算法[5]，預測行人的運動方向，檢測小車主體與行人的距離，實時地對周圍環境的人體進行檢測，避免安全事故的發生。

2.3 車體自適應運動控制方案設計

本設計中車體自適應控制部分采用大功率減速電機驅動，采用大容量蓄電池作為電源供給，結合陀螺儀和磁力計進行PID算法[6]數據采集以供主控部分進行數據處理，進而接收來自主控部分的控制信號，完成前進、后退、轉彎、停止的動作。

2.4 物聯網設計

本設計中的物聯網部分采用機智云[7]公司的開源云服務作為小車的網絡端。系統實時監控小車位置、快件情況等信息，并將這些信息上傳到云服務器。用戶可通過手機APP或小車的控制界面獲取相關的信息，也可以通過手機APP進行預約取件時間、地點等，還可以通過小車控制界面進行二維碼掃描，將產生的信息上傳到云服務器，從而向小車下達相關的控制信息。

3 系統軟件設計

3.1 APP功能設計

功能設計如下：

（1）通過APP主界面可顯示用戶快件所在小車距離派件地點的距離、小車的車號、快件單號以及預計送達的時間，用戶可以通過這些信息準確掌握快遞小車和快件的相關信息。

（2）通過APP可隨時更改小車派件的地點，當用戶的所處位置改變時可相應修改到最方便取件的地址。

（3）通過APP可隨時更改小車派件的時間，當用戶的時間與原定的取件時間發生沖突時，可以修改到方便用戶取件的時間。

（4）通過APP可在取件時打開手機的掃描功能掃描小車車身的二維碼進行信息匹配，當匹配到快件信息時小車會將對應的快件置于取貨口供用戶收取。

3.2 APP界面設計

本設計中，用戶端的安卓APP[8]使用Eclipse進行開發，接入機智云公司開放平臺GAgent作為本系統的網絡數據中心。主要實現功能：小車具體信息（距離、車號、派件時間等）、取件地址預定、取件時間預定、取件二維碼識別[9]等。用戶端APP主界面如圖3所示。

4 系統程序設計

系統結構框圖如圖4所示。

系統步驟如下：

（1）進行系統初始化。啟動避障部分，定位導航部分、人機交互部分、車體自適應部分。

（2）通過定位導航部分實時獲取快遞小車位置。

（3）通過云服務端獲取快遞小車派件的目標位置，并且通過交互APP，以云服務器為媒介，修改快遞小車派件的目標位置。

（4）通過避障部分檢測快遞小車狀況及小車周圍障礙信息，并且將相關信息上傳給云服務器，并以云服務器為媒介將信息傳送到交互APP。

（5）通過目標位置的獲取以及結合小車周圍的障礙信息，控制快遞小車進行自主巡航、派件。

（6）快遞小車到達目標位置并完成派件之后重新確定目標位置（下一派送點或快遞站），規劃新路線并運行。

5 結 語

隨著社會的進步與生產力的發展，產業升級優化過程中使用智能機器人取代人工是一個必然的趨勢，快遞業更是如此。本文從快遞業中的“最后一公里”入手[10]，通過智能派件系統來替代傳統的人工派送，從而降低人力成本。本設計的用戶端APP從用戶的需求入手，讓用戶能夠通過手機APP實時掌握快遞信息并且能夠自由地預約派件的時間和地點，可以有效提升用戶體驗，體現人性化設計。目前本設計已完成各部分硬件測試與軟件的開發，初步測試結果基本滿足設計需求。綜上所述，本文系統設計順應社會發展的趨勢，具有較好的實用性和較高的市場價值。

參 考 文 獻

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