基于云控制的智能派件系統(tǒng)設(shè)計

引 言

隨著社會的進步和技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的快遞行業(yè)正在進行產(chǎn)業(yè)升級。目前快遞行業(yè)當中，分揀、搬運等工作，絕大部分工人已經(jīng)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(shù)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?，F(xiàn)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(shè)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(yù)約取件地點與時間 ；智能快遞車可以裝載一定數(shù)量的快件，通過 GPS 技術(shù)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(huán)境情況，做到精確導(dǎo)航，再結(jié)合避障模塊，準確規(guī)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(yīng)的儲物柜，用戶可自行取出快件。整個配送過程基本實現(xiàn)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(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。該系統(tǒng)以 Jetson TX2 與STM32F103ZET6 作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心。其中 Jetson TX2采用 Linux 操作系統(tǒng)編程，接收并處理來自避障部分、定位導(dǎo)航部分、人機交互部分以及 STM32F103ZET6 的信息，并傳送相關(guān)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(zhuǎn)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(dǎo)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(lián)網(wǎng)云服務(wù)端、客戶端APP ；車體自適應(yīng)控制部分包括減速電機、蓄電池、轉(zhuǎn)向舵機、MPU6050 傳感器。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 定位導(dǎo)航設(shè)計

傳統(tǒng)的定位導(dǎo)航多單純使用 GPS 定位技術(shù)或單純使用雷達定位技術(shù)進行自動巡航。本設(shè)計定位導(dǎo)航部分結(jié)合了 GPS定位技術(shù) [2] 與雷達定位技術(shù) [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(wǎng)絡(luò)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(jié)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(nèi)也可進行自動巡航，大大提高定位適用范圍。雷達室內(nèi)掃描效果圖如圖 2 所示。因室內(nèi) GPS 信號被遮蓋，故小車定位導(dǎo)航只依靠激光雷達，該效果圖顯示了室內(nèi)雷達掃描建模的效果。

圖 2 雷達室內(nèi)掃描效果圖

2.2 車體避障設(shè)計

本設(shè)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(huán)境進行實時監(jiān)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(yù)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(huán)境的人體進行檢測， 避免安全事故的發(fā)生。

2.3 車體自適應(yīng)運動控制方案設(shè)計

本設(shè)計中車體自適應(yīng)控制部分采用大功率減速電機驅(qū)動，采用大容量蓄電池作為電源供給，結(jié)合陀螺儀和磁力計進行 PID 算法 [6] 數(shù)據(jù)采集以供主控部分進行數(shù)據(jù)處理，進而接收來自主控部分的控制信號，完成前進、后退、轉(zhuǎn)彎、停止的動作。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計

本設(shè)計中的物聯(lián)網(wǎng)部分采用機智云 [7] 公司的開源云服務(wù)作為小車的網(wǎng)絡(luò)端。系統(tǒng)實時監(jiān)控小車位置、快件情況等信息，并將這些信息上傳到云服務(wù)器。用戶可通過手機 APP 或小車的控制界面獲取相關(guān)的信息，也可以通過手機 APP 進行預(yù)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(chǎn)生的信息上傳到云服務(wù)器，從而向小車下達相關(guān)的控制信息。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 APP 功能設(shè)計

功能設(shè)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(yù)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(guān)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(yīng)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(fā)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(yīng)的快件置于取貨口供用戶收取。

3.2 APP 界面設(shè)計

本設(shè)計中，用戶端的安卓 APP[8] 使用 Eclipse 進行開發(fā)， 接入機智云公司開放平臺 GAgent 作為本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心。主要實現(xiàn)功能 ：小車具體信息（距離、車號、派件時間等）、取件地址預(yù)定、取件時間預(yù)定、取件二維碼識別 [9] 等。用戶端 APP 主界面如圖 3 所示。

圖 3 用戶端 APP 主界面

4 系統(tǒng)程序設(shè)計

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 4 所示。

系統(tǒng)步驟如下 ：

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

（2）通過定位導(dǎo)航部分實時獲取快遞小車位置。

（3）通過云服務(wù)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(wù)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(guān)信息上傳給云服務(wù)器，并以云服務(wù)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(jié)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(guī)劃新路線并運行。

5 結(jié) 語

隨著社會的進步與生產(chǎn)力的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)升級優(yōu)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(yè)更是如此。本文從快遞業(yè)中的“最后一公里”入手 [10]，通過智能派件系統(tǒng)來替代傳統(tǒng)的人工派送，從而降低人力成本。本設(shè)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(yù)約派件的時間和地點，可以有效提升用戶體驗，體現(xiàn)人性化設(shè)計。目前本設(shè)計已完成各部分硬件測試與軟件的開發(fā)，初步測試結(jié)果基本滿足設(shè)計需求。綜上所述，本文系統(tǒng)設(shè)計順應(yīng)社會發(fā)展的趨勢，具有較好的實用性和較高的市場價值。