覃柳洁 钟晴 黎灿昌 莫晓连 孙希茜

摘 要：人工智能时代来临，智慧机器人的运用已形成新的技术潮流。人工成本持续攀升和无接触餐饮新行业的蓬勃发展，导致餐厅、宾馆、医院等服务行业急需智慧机器人取代物流人员进行输送服务。尤其在疫情的影响下，为了减少病毒的传播风险，无接触式物流配送的需求量将大幅提升。而智能送货机器人则从货物配送效率，以及无接触式物流配送的立意出发，利用STM32、ARM、RFID技术和人工智能的基础等方面研究成果，充分运用现代信息技术来完成机器人和服务行业之间的衔接。在中国当前国情经济，人民利益，人民安全等方面，有更低的传送成本，满足时代投递业务需求。

关键词：送货机器人;智能;自动

一、项目背景及国内外对送货机器人研究现状

近年来，由于信息网络技术和大数据处理的迅速发展，自动化和智能化已成为发展趋势，对服务业发展也有了无限的可能。在快节奏的社会背景之下，送件快、送餐快、送药快等已经成为人们潜意识中的普遍要求。尤其在疫情的影响下，不论是为了减少特殊情况下的交叉感染，为推动现代服务业发展、解决人民群众对投递服务的巨大需要，都是十分必要

而传统配送服务以人工配送为主，例如餐馆中的服务员送餐，医院中的护士送药，酒店客房配送服务等，在一定程度上，虽提高了我国人口就业率，但由于配送业务量、人均收入长期保持快速增长态势以及我国劳动人口数量下降，人口红利将逐渐消失，人力成本不断提高。传统配送服务已经无法满足客户对物流服务更高速准确的需求。在当前情况下，智能送货机器人就可以很好地解决这些诸多问题。用智能送货机器人代替传统人工方式，可以提高服务的效率、降低传送的成本，实现投递业务的时间准确、配送地点无误，高效率低失误低成本地完成等量任务。

（1）国内现状

近年来，送货机器人的研究与应用仍以各大电子商务企业居多，如京东物流、菜鸟配送中心等电子商务企业，所研发的配送机器人均或已投入试验中，但距离实际投入使用仍有一定距离。但离投入使用仍有一定距离。国内最早设计并实际生产送货车的京东物流，2017年6月18日在中国人民大学首次亮相京东送货车，并现场展示如何完成快递配送任务，这也意味着国内智能配送机器人的研究迈出了第一步。京东大型送件机器，高为1.5米，最多能一次成功配送几十个包裹，车顶安装有一个十六线激光雷达，送货车四周各分别安装一个单线激光和数个摄像头。此类送货机器人可应用在小区、校园内，有效减缓道路拥挤、提高送货效率。

为避免新冠期间交叉感染，广东省人民医院引进了易普森医院智能机器人，名唤“小易”，担任起一天二十四小时的送药工作者。他们可以根据医生的要求，自动规划路线，自己搭乘电梯，主动躲避障碍物和行人，将药品从药房运送到各个相应的病房中。小易的使用，不仅解决了突发情况下人手不够的问题，还能极大地提高效率，最大限度地保护了医疗人员和病患的身体健康。

在疫情仍存在威胁的情况下，除了在医疗行业需要尽量避免人与人的接触外，餐饮业同样也需要。艾吉威第一代送餐机器人的问世与投入使用，不仅做到了科技造福人类，更是做到了科技保护人类。

（2）国外现状

国外对智能送货机器人的研发还要早于国内的。世界上的首家无人餐厅出现在德国，07年巴格斯餐厅通过智能机械全自动的功能迅速得到了世界人民的青睐，进店用餐的顾客只需要用计算机，就可以做到完成点餐、送餐、结账等一系列服务工作。智能送餐服务早已在国外开始实行，并还在不断研发进步，扩大普及力度。

国外自动送货机器人更是不断进步发展，在道路上不仅可以规避行人，也可以识别红绿灯和障碍物以实现减速停止或改变方向。除此之外，还具有内建电池续航力强，可前进距离长，货物配送精确度高等优点。

国外对信息产业发展的研究要早于国内的，拥有结实的基础和悠久的发展历史，尤其是在第三次科技工业革命中，将具有更为广阔的发展空间和前景。发展不息，追逐不止，作为世界上最大的发展中国家，中国错过了前两次工业革命，我们痛心于我们的损失，因此也更應该紧紧抓住第三次工业革命的机会，带着“中国制造”自信的走出国门。

二、总体设计方案

拟设计的智能送货机器人是基于ARM处理器STM32控制模块，定位模块，避障模块，传感器模块，驱动模块，电源模块等构成。通过以上模块设计的送货机器人从而实现送货过程中的线路规划、导航、自主避障、楼层配送功能;收货时通过密码取货，并有相应的语音提示功能;送餐空余时间可以自主充电和报警提示功能。既可以有效解决劳动密集型行业人力成本高和效率慢的问题，还可以有效避免人群多度接触，降低疫情感染率。

三、工作原理与性能分析

（1）环境感知技术。环境感知技术在自动送货机器人起到对外界情况监视的作用，通过多种传感器共同工作，从而判断并控制送货机器人对周围环境以及路况进行应急反应。由于环境感知是送货机器人的最根本的技术也是最为重要的技术[1]，如果该技术出现了小失误，整个机器人也会面临前所未有的压迫性的瘫痪。因此，对该技术的检测准确性以及强度也会有相应的加强，而如今环境感知系统常用的检测传感器有激光雷达、毫米波雷达、视觉传感器、超声波传感器等，我们应该对传感器出现的问题具体选用这些检测技术，从而来维持机器人环境感知技术的运用稳定性。

（2）路径规划技术。路径规划技术是送货机器人对路线的基本试别技术，它会帮助机器人分析选择正确路线，是进行精准派送的前提。从规划路线的种类的不同，分为全局路径以及局部路径。全局路径是在多条路径中择优一条最好的路径，主要通过事先导入的地图分析以及路线模型来计算最好的路径。局部路径则是事先规划的整体路线中使用。送货机器人一般通过环境感知技术的主动传感器来获得实时路况信息，然后在通过局部规划来规避障碍物[2]。

两者路径规划来构成一个完整的路径规划技术，而在路径规划技术之下，采用了机器人自动规避障碍物的子技术，该技术也是通过传感器来识别周围是否有障碍物，与环境感知技术有异曲同工之处。毫米波雷达受环境影响小，红外线传感器反应迅速，超声波传感器成本低。而我们在考虑成本以及实际应用的需求，选择对应的传感器以及检测范围。

（3）定位导航技术[3]。定位导航技术由定位技術以及导航技术组成。常见的定位系统基于北斗导航系统或GPS系统来获取该送货机器人的绝对位置，而通过陀螺仪和里程计等信息检测设备来获取送货机器人的相对位置变化。两种定位方法各有优劣之处，利用GPS或北斗的位置精确度则会更高，但会受到恶劣天气的影响，从而降低它的精确度，而利用信息检测设备的相对位置则会因为长时间的运算设计而产生一定的误差来影响定位的准确性。但两者结合的定位导航方式则拥有两者的优点，对送货机器人进行实时监控，精确定位不会有更大的误差来影响控制者的判断。

（4）行为决策及运动控制技术。决策控制技术会向各部分要执行功能的装置执行决策命令，分析周围环境的各种可渐变的情况，对机器人的状态进行可操控的控制。决策运动控制部分由横向控制和纵向控制两部分组成。横向行驶控制用来改变前面的两个运动齿轮的速度差，从而改变两个齿轮的前后位置来改变车辆方向，主要用于机器人的路径规划、过弯控制及障碍物躲避，而纵向控制表现为对移动机器人的速度控制，是移动机器人的行驶动力系统[4]。纵向控制也对横向控制有着确定性的作用。行为决策会根据不同的实际情况，以自身硬件电路：闭环反馈，或以对系统的层次分析，对数据进行处理等来进行处理。

（5）远程监控技术。送货机器人远程监控系统，由移动机器人自带监控终端和工作人员控制中心两部分组成，实现远程监控中心对上传数据进行解析、整理、压缩、存储，并综合实际情况，在需要的情况下对终端下发特定数据或控制指令，远程监控系统必须为送货机器人量身定做[5]。为保证多个送货机器人的大数据网结构能够稳定运行，该技术也是必要的。

四、特点及应用

（1）在安全性方面，安全是送货机器人技术最明显的优势。机器人配送是无接触配送方式，因为如今疫情的加剧，甚至新冠肺炎病毒发生变异，无接触的配送方式提供了更精准快速更安全的方式，不仅大大降低了感染率，也为国家控制疫情，为人民轻抚情绪都起到了重要作用。并且，目前的人工送货方式频频发生交通事故，极易造成造成交通堵塞，危机配送人员的安全。机器人在此方面发挥极大作用，其环境感知技术，能通过多种传感器共同工作，从而判断并控制送货机器人对周围环境以及路况进行应急反应，当遇到机器人发生突发事件或者其他方面的紧急情况，还会启动警报装置。

（2）在智能性方面，机器人应用了导航系统，可以对路径进行自动规划，并设计了能够实现自主驾驶和自动避障的算法，可实现在行人间的行驶，同时拥有人工监控功能。这样用户可以事先预约配送的时间、地点与物品，机器人会协同进行包裹分配和运行路径规划。到达指定地点后，机器人会根据设定好的时间停靠，等待客户取件，完成任务后自动返程。雷达+传感器进行360度环境监测，能自动避让路障和行人，并实现自主停靠等待。为保证送货的高效精准。同时，还会配置了相应的室内配送机器人，在货物转运门处完成货物从室外空间到室内空间的转换，有效解决了一些社区限制配送员的问题。当室内配送机器人到达入户门时，室内收货门铃自动响铃提醒收件人取货。若室内无人应答，货物将会被投递至入户门旁墙上所镶嵌的快递柜中，完成由户到人阶段的配送。

（3）在经济性方面，使用机器人可以有效的减少与中间商的差价，自动送货机器人没有工作时间限制，在电量充足的情况下可持续工作，在大量配送订单的情况下，机器人配送成本低于人工同时节约了配送时间，提高配送效率。且机器人无需上岗培训，直接利用芯片高速运算出最短最快的配送方式，节约了企业的人力成本。机器人还可吸收光能进行充电，如果能量已经达到过充，则将部分能量储存在容器管中，当无太阳或者特殊情况下，可以自动触发该部分能量为机器人充电。

（4）在可靠性方面，我们在取货方面会采用多种方式对提货人的身份信息确认。当客户手机收到货物取货通知短信后，可在交互界面通过口令密码、手机号码后四位、扫描人脸、或者动态约定的取件码等方式取货，保障了送货的准确性。另外，还有接收第二用户的代取指令功能，将第二用户ID绑定的货物ID绑定，根据所述货物ID，向多个第三用户发送与所述货物ID绑定的取货消息，所述取货消息包括货物ID、取货时间、货物位置信息。该方式能够解决货物存在安全风险或收件人不方便取件的问题。机器人的出错率第，可以提供高质量的服务。因为它们的程序可以精确的重复的运行，出错的可能性极小。机器人可以兼顾配送速度和送货的损耗控制，没有偏好无需选择，再加上消除了人为犯错的可能性，让用户每次使用都是一次完美的服务体验。

参考文献：

[1]孙志国.无人驾驶汽车环境感知技术综述[J].南方农机，2019，50（50）：23.

[2]朱大奇，颜明重，移动机器人路径规划技术综述[J].控制与决策，2010，（07）：96-967.

[3]-[5] 王丰，王宁.基于校园环境的自动送货机器人[J].华北理工大学学报（自然科学版），2020，42（03）：104-112.

【项目来源】本文系桂林电子科技大学2021年区级大学生创新创业“智能送货机器人”项目研究成果，项目编号：S202110595299X。

【作者简介】覃柳洁（2000-），女，壮族，广西河池人，本科，桂林电子科技大学信息与通信学院，研究方向：人工智能。