智能送貨機器人

覃柳潔 鐘晴 黎燦昌 莫曉連 孫希茜

摘 要：人工智能時代來臨，智慧機器人的運用已形成新的技術潮流。人工成本持續攀升和無接觸餐飲新行業的蓬勃發展，導致餐廳、賓館、醫院等服務行業急需智慧機器人取代物流人員進行輸送服務。尤其在疫情的影響下，為了減少病毒的傳播風險，無接觸式物流配送的需求量將大幅提升。而智能送貨機器人則從貨物配送效率，以及無接觸式物流配送的立意出發，利用STM32、ARM、RFID技術和人工智能的基礎等方面研究成果，充分運用現代信息技術來完成機器人和服務行業之間的銜接。在中國當前國情經濟，人民利益，人民安全等方面，有更低的傳送成本，滿足時代投遞業務需求。

關鍵詞：送貨機器人;智能;自動

一、項目背景及國內外對送貨機器人研究現狀

近年來，由于信息網絡技術和大數據處理的迅速發展，自動化和智能化已成為發展趨勢，對服務業發展也有了無限的可能。在快節奏的社會背景之下，送件快、送餐快、送藥快等已經成為人們潛意識中的普遍要求。尤其在疫情的影響下，不論是為了減少特殊情況下的交叉感染，為推動現代服務業發展、解決人民群眾對投遞服務的巨大需要，都是十分必要

而傳統配送服務以人工配送為主，例如餐館中的服務員送餐，醫院中的護士送藥，酒店客房配送服務等，在一定程度上，雖提高了我國人口就業率，但由于配送業務量、人均收入長期保持快速增長態勢以及我國勞動人口數量下降，人口紅利將逐漸消失，人力成本不斷提高。傳統配送服務已經無法滿足客戶對物流服務更高速準確的需求。在當前情況下，智能送貨機器人就可以很好地解決這些諸多問題。用智能送貨機器人代替傳統人工方式，可以提高服務的效率、降低傳送的成本，實現投遞業務的時間準確、配送地點無誤，高效率低失誤低成本地完成等量任務。

（1）國內現狀

近年來，送貨機器人的研究與應用仍以各大電子商務企業居多，如京東物流、菜鳥配送中心等電子商務企業，所研發的配送機器人均或已投入試驗中，但距離實際投入使用仍有一定距離。但離投入使用仍有一定距離。國內最早設計并實際生產送貨車的京東物流，2017年6月18日在中國人民大學首次亮相京東送貨車，并現場展示如何完成快遞配送任務，這也意味著國內智能配送機器人的研究邁出了第一步。京東大型送件機器，高為1.5米，最多能一次成功配送幾十個包裹，車頂安裝有一個十六線激光雷達，送貨車四周各分別安裝一個單線激光和數個攝像頭。此類送貨機器人可應用在小區、校園內，有效減緩道路擁擠、提高送貨效率。

為避免新冠期間交叉感染，廣東省人民醫院引進了易普森醫院智能機器人，名喚“小易”，擔任起一天二十四小時的送藥工作者。他們可以根據醫生的要求，自動規劃路線，自己搭乘電梯，主動躲避障礙物和行人，將藥品從藥房運送到各個相應的病房中。小易的使用，不僅解決了突發情況下人手不夠的問題，還能極大地提高效率，最大限度地保護了醫療人員和病患的身體健康。

在疫情仍存在威脅的情況下，除了在醫療行業需要盡量避免人與人的接觸外，餐飲業同樣也需要。艾吉威第一代送餐機器人的問世與投入使用，不僅做到了科技造福人類，更是做到了科技保護人類。

（2）國外現狀

國外對智能送貨機器人的研發還要早于國內的。世界上的首家無人餐廳出現在德國，07年巴格斯餐廳通過智能機械全自動的功能迅速得到了世界人民的青睞，進店用餐的顧客只需要用計算機，就可以做到完成點餐、送餐、結賬等一系列服務工作。智能送餐服務早已在國外開始實行，并還在不斷研發進步，擴大普及力度。

國外自動送貨機器人更是不斷進步發展，在道路上不僅可以規避行人，也可以識別紅綠燈和障礙物以實現減速停止或改變方向。除此之外，還具有內建電池續航力強，可前進距離長，貨物配送精確度高等優點。

國外對信息產業發展的研究要早于國內的，擁有結實的基礎和悠久的發展歷史，尤其是在第三次科技工業革命中，將具有更為廣闊的發展空間和前景。發展不息，追逐不止，作為世界上最大的發展中國家，中國錯過了前兩次工業革命，我們痛心于我們的損失，因此也更應該緊緊抓住第三次工業革命的機會，帶著“中國制造”自信的走出國門。

二、總體設計方案

擬設計的智能送貨機器人是基于ARM處理器STM32控制模塊，定位模塊，避障模塊，傳感器模塊，驅動模塊，電源模塊等構成。通過以上模塊設計的送貨機器人從而實現送貨過程中的線路規劃、導航、自主避障、樓層配送功能;收貨時通過密碼取貨，并有相應的語音提示功能;送餐空余時間可以自主充電和報警提示功能。既可以有效解決勞動密集型行業人力成本高和效率慢的問題，還可以有效避免人群多度接觸，降低疫情感染率。

三、工作原理與性能分析

（1）環境感知技術。環境感知技術在自動送貨機器人起到對外界情況監視的作用，通過多種傳感器共同工作，從而判斷并控制送貨機器人對周圍環境以及路況進行應急反應。由于環境感知是送貨機器人的最根本的技術也是最為重要的技術[1]，如果該技術出現了小失誤，整個機器人也會面臨前所未有的壓迫性的癱瘓。因此，對該技術的檢測準確性以及強度也會有相應的加強，而如今環境感知系統常用的檢測傳感器有激光雷達、毫米波雷達、視覺傳感器、超聲波傳感器等，我們應該對傳感器出現的問題具體選用這些檢測技術，從而來維持機器人環境感知技術的運用穩定性。

（2）路徑規劃技術。路徑規劃技術是送貨機器人對路線的基本試別技術，它會幫助機器人分析選擇正確路線，是進行精準派送的前提。從規劃路線的種類的不同，分為全局路徑以及局部路徑。全局路徑是在多條路徑中擇優一條最好的路徑，主要通過事先導入的地圖分析以及路線模型來計算最好的路徑。局部路徑則是事先規劃的整體路線中使用。送貨機器人一般通過環境感知技術的主動傳感器來獲得實時路況信息，然后在通過局部規劃來規避障礙物[2]。

兩者路徑規劃來構成一個完整的路徑規劃技術，而在路徑規劃技術之下，采用了機器人自動規避障礙物的子技術，該技術也是通過傳感器來識別周圍是否有障礙物，與環境感知技術有異曲同工之處。毫米波雷達受環境影響小，紅外線傳感器反應迅速，超聲波傳感器成本低。而我們在考慮成本以及實際應用的需求，選擇對應的傳感器以及檢測范圍。

（3）定位導航技術[3]。定位導航技術由定位技術以及導航技術組成。常見的定位系統基于北斗導航系統或GPS系統來獲取該送貨機器人的絕對位置，而通過陀螺儀和里程計等信息檢測設備來獲取送貨機器人的相對位置變化。兩種定位方法各有優劣之處，利用GPS或北斗的位置精確度則會更高，但會受到惡劣天氣的影響，從而降低它的精確度，而利用信息檢測設備的相對位置則會因為長時間的運算設計而產生一定的誤差來影響定位的準確性。但兩者結合的定位導航方式則擁有兩者的優點，對送貨機器人進行實時監控，精確定位不會有更大的誤差來影響控制者的判斷。

（4）行為決策及運動控制技術。決策控制技術會向各部分要執行功能的裝置執行決策命令，分析周圍環境的各種可漸變的情況，對機器人的狀態進行可操控的控制。決策運動控制部分由橫向控制和縱向控制兩部分組成。橫向行駛控制用來改變前面的兩個運動齒輪的速度差，從而改變兩個齒輪的前后位置來改變車輛方向，主要用于機器人的路徑規劃、過彎控制及障礙物躲避，而縱向控制表現為對移動機器人的速度控制，是移動機器人的行駛動力系統[4]。縱向控制也對橫向控制有著確定性的作用。行為決策會根據不同的實際情況，以自身硬件電路：閉環反饋，或以對系統的層次分析，對數據進行處理等來進行處理。

（5）遠程監控技術。送貨機器人遠程監控系統，由移動機器人自帶監控終端和工作人員控制中心兩部分組成，實現遠程監控中心對上傳數據進行解析、整理、壓縮、存儲，并綜合實際情況，在需要的情況下對終端下發特定數據或控制指令，遠程監控系統必須為送貨機器人量身定做[5]。為保證多個送貨機器人的大數據網結構能夠穩定運行，該技術也是必要的。

四、特點及應用

（1）在安全性方面，安全是送貨機器人技術最明顯的優勢。機器人配送是無接觸配送方式，因為如今疫情的加劇，甚至新冠肺炎病毒發生變異，無接觸的配送方式提供了更精準快速更安全的方式，不僅大大降低了感染率，也為國家控制疫情，為人民輕撫情緒都起到了重要作用。并且，目前的人工送貨方式頻頻發生交通事故，極易造成造成交通堵塞，危機配送人員的安全。機器人在此方面發揮極大作用，其環境感知技術，能通過多種傳感器共同工作，從而判斷并控制送貨機器人對周圍環境以及路況進行應急反應，當遇到機器人發生突發事件或者其他方面的緊急情況，還會啟動警報裝置。

（2）在智能性方面，機器人應用了導航系統，可以對路徑進行自動規劃，并設計了能夠實現自主駕駛和自動避障的算法，可實現在行人間的行駛，同時擁有人工監控功能。這樣用戶可以事先預約配送的時間、地點與物品，機器人會協同進行包裹分配和運行路徑規劃。到達指定地點后，機器人會根據設定好的時間停靠，等待客戶取件，完成任務后自動返程。雷達+傳感器進行360度環境監測，能自動避讓路障和行人，并實現自主停靠等待。為保證送貨的高效精準。同時，還會配置了相應的室內配送機器人，在貨物轉運門處完成貨物從室外空間到室內空間的轉換，有效解決了一些社區限制配送員的問題。當室內配送機器人到達入戶門時，室內收貨門鈴自動響鈴提醒收件人取貨。若室內無人應答，貨物將會被投遞至入戶門旁墻上所鑲嵌的快遞柜中，完成由戶到人階段的配送。

（3）在經濟性方面，使用機器人可以有效的減少與中間商的差價，自動送貨機器人沒有工作時間限制，在電量充足的情況下可持續工作，在大量配送訂單的情況下，機器人配送成本低于人工同時節約了配送時間，提高配送效率。且機器人無需上崗培訓，直接利用芯片高速運算出最短最快的配送方式，節約了企業的人力成本。機器人還可吸收光能進行充電，如果能量已經達到過充，則將部分能量儲存在容器管中，當無太陽或者特殊情況下，可以自動觸發該部分能量為機器人充電。

（4）在可靠性方面，我們在取貨方面會采用多種方式對提貨人的身份信息確認。當客戶手機收到貨物取貨通知短信后，可在交互界面通過口令密碼、手機號碼后四位、掃描人臉、或者動態約定的取件碼等方式取貨，保障了送貨的準確性。另外，還有接收第二用戶的代取指令功能，將第二用戶ID綁定的貨物ID綁定，根據所述貨物ID，向多個第三用戶發送與所述貨物ID綁定的取貨消息，所述取貨消息包括貨物ID、取貨時間、貨物位置信息。該方式能夠解決貨物存在安全風險或收件人不方便取件的問題。機器人的出錯率第，可以提供高質量的服務。因為它們的程序可以精確的重復的運行，出錯的可能性極小。機器人可以兼顧配送速度和送貨的損耗控制，沒有偏好無需選擇，再加上消除了人為犯錯的可能性，讓用戶每次使用都是一次完美的服務體驗。

參考文獻：

[1]孫志國.無人駕駛汽車環境感知技術綜述[J].南方農機，2019，50（50）：23.

[2]朱大奇，顏明重，移動機器人路徑規劃技術綜述[J].控制與決策，2010，（07）：96-967.

[3]-[5] 王豐，王寧.基于校園環境的自動送貨機器人[J].華北理工大學學報（自然科學版），2020，42（03）：104-112.

【項目來源】本文系桂林電子科技大學2021年區級大學生創新創業“智能送貨機器人”項目研究成果，項目編號：S202110595299X。

【作者簡介】覃柳潔（2000-），女，壯族，廣西河池人，本科，桂林電子科技大學信息與通信學院，研究方向：人工智能。