引 言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的快遞行業(yè)正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)。目前快遞行業(yè)當(dāng)中，分揀、搬運(yùn)等工作，絕大部分工人已經(jīng)被高科技智能機(jī)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(diǎn)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(lèi)方案存在占地面積大、派件地點(diǎn)不夠靈活、無(wú)法更好地提升用戶(hù)體驗(yàn)等缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)將已有方案的派件主體由快遞柜替換為智能快遞車(chē)，用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī) APP 提前預(yù)約取件地點(diǎn)與時(shí)間 ；智能快遞車(chē)可以裝載一定數(shù)量的快件，通過(guò) GPS 技術(shù)確定小車(chē)地點(diǎn)與獲取運(yùn)送路線(xiàn) ；在小車(chē)行進(jìn)過(guò)程中，車(chē)載雷達(dá)實(shí)時(shí)掃描、更新小車(chē)附件的環(huán)境情況，做到精確導(dǎo)航，再結(jié)合避障模塊，準(zhǔn)確規(guī)避障礙物 ；通過(guò)攝像頭識(shí)別用戶(hù)手機(jī) APP 出示的記錄快件信息的二維碼后打開(kāi)相應(yīng)的儲(chǔ)物柜，用戶(hù)可自行取出快件。整個(gè)配送過(guò)程基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人化，既減輕了快遞點(diǎn)的派件壓力， 同時(shí)也提高了用戶(hù)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(lái)自避障部分、定位導(dǎo)航部分、人機(jī)交互部分以及 STM32F103ZET6 的信息，并傳送相關(guān)信息和指令給人機(jī)交互部分和 STM32F103ZET6 ； STM32F103ZET6 接收并處理來(lái)自蓄電池、MPU6050 與Jetson TX2 的信息與指令，并且下達(dá)指令給減速電機(jī)與轉(zhuǎn)向舵機(jī)。避障部分包括激光雷達(dá)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(dá)模塊和 GPS 模塊 ；人機(jī)交互部分包括機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)端、客戶(hù)端APP ；車(chē)體自適應(yīng)控制部分包括減速電機(jī)、蓄電池、轉(zhuǎn)向舵機(jī)、MPU6050 傳感器。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 定位導(dǎo)航設(shè)計(jì)

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(dá)定位技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)巡航。本設(shè)計(jì)定位導(dǎo)航部分結(jié)合了 GPS定位技術(shù) [2] 與雷達(dá)定位技術(shù) [3]，利用 GPS 進(jìn)行大概定位（精度 2.5 m），利用雷達(dá)激光掃描進(jìn)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(hào)覆蓋的地方進(jìn)行定位，范圍較廣，同時(shí)針對(duì)其精度低、信號(hào)易被遮蓋的缺點(diǎn)，結(jié)合使用雷達(dá)激光掃描提高定位精度 ；并且在 GPS 信號(hào)被建筑物或樹(shù)木遮蔽時(shí)，可以單獨(dú)使用雷達(dá)激光掃描進(jìn)行定位，即使在室內(nèi)也可進(jìn)行自動(dòng)巡航，大大提高定位適用范圍。雷達(dá)室內(nèi)掃描效果圖如圖 2 所示。因室內(nèi) GPS 信號(hào)被遮蓋，故小車(chē)定位導(dǎo)航只依靠激光雷達(dá)，該效果圖顯示了室內(nèi)雷達(dá)掃描建模的效果。

圖 2 雷達(dá)室內(nèi)掃描效果圖

2.2 車(chē)體避障設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)將采用超聲波模塊、攝像頭模塊、熱成像模塊、雷達(dá)對(duì)小車(chē)周?chē)h(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，判斷道路是否有障礙物需要避開(kāi)。此外，本文采用 Jetson TX2[4] 的 AI 平臺(tái)運(yùn)行改進(jìn)后的 YOLO 行人檢測(cè)算法 [5]，預(yù)測(cè)行人的運(yùn)動(dòng)方向，檢測(cè)小車(chē)主體與行人的距離，實(shí)時(shí)地對(duì)周?chē)h(huán)境的人體進(jìn)行檢測(cè)， 避免安全事故的發(fā)生。

2.3 車(chē)體自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)

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

2.4 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的物聯(lián)網(wǎng)部分采用機(jī)智云 [7] 公司的開(kāi)源云服務(wù)作為小車(chē)的網(wǎng)絡(luò)端。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控小車(chē)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(hù)可通過(guò)手機(jī) APP 或小車(chē)的控制界面獲取相關(guān)的信息，也可以通過(guò)手機(jī) APP 進(jìn)行預(yù)約取件時(shí)間、地點(diǎn)等，還可以通過(guò)小車(chē)控制界面進(jìn)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(chē)下達(dá)相關(guān)的控制信息。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 APP 功能設(shè)計(jì)

功能設(shè)計(jì)如下 ：

（1）通過(guò) APP 主界面可顯示用戶(hù)快件所在小車(chē)距離派件地點(diǎn)的距離、小車(chē)的車(chē)號(hào)、快件單號(hào)以及預(yù)計(jì)送達(dá)的時(shí)間，用戶(hù)可以通過(guò)這些信息準(zhǔn)確掌握快遞小車(chē)和快件的相關(guān)信息。

（2）通過(guò) APP可隨時(shí)更改小車(chē)派件的地點(diǎn)，當(dāng)用戶(hù)的所處位置改變時(shí)可相應(yīng)修改到最方便取件的地址。

（3）通過(guò) APP可隨時(shí)更改小車(chē)派件的時(shí)間，當(dāng)用戶(hù)的時(shí)間與原定的取件時(shí)間發(fā)生沖突時(shí)，可以修改到方便用戶(hù)取件的時(shí)間。

（4）通過(guò) APP可在取件時(shí)打開(kāi)手機(jī)的掃描功能掃描小車(chē)車(chē)身的二維碼進(jìn)行信息匹配，當(dāng)匹配到快件信息時(shí)小車(chē)會(huì)將對(duì)應(yīng)的快件置于取貨口供用戶(hù)收取。

3.2 APP 界面設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，用戶(hù)端的安卓 APP[8] 使用 Eclipse 進(jìn)行開(kāi)發(fā)， 接入機(jī)智云公司開(kāi)放平臺(tái) GAgent 作為本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心。主要實(shí)現(xiàn)功能 ：小車(chē)具體信息（距離、車(chē)號(hào)、派件時(shí)間等）、取件地址預(yù)定、取件時(shí)間預(yù)定、取件二維碼識(shí)別 [9] 等。用戶(hù)端 APP 主界面如圖 3 所示。

圖 3 用戶(hù)端 APP 主界面

4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 4 所示。

系統(tǒng)步驟如下 ：

（1）進(jìn)行系統(tǒng)初始化。啟動(dòng)避障部分，定位導(dǎo)航部分、人機(jī)交互部分、車(chē)體自適應(yīng)部分。

（2）通過(guò)定位導(dǎo)航部分實(shí)時(shí)獲取快遞小車(chē)位置。

（3）通過(guò)云服務(wù)端獲取快遞小車(chē)派件的目標(biāo)位置，并且通過(guò)交互 APP，以云服務(wù)器為媒介，修改快遞小車(chē)派件的目標(biāo)位置。

（4）通過(guò)避障部分檢測(cè)快遞小車(chē)狀況及小車(chē)周?chē)系K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(guò)目標(biāo)位置的獲取以及結(jié)合小車(chē)周?chē)恼系K信息，控制快遞小車(chē)進(jìn)行自主巡航、派件。

（6）快遞小車(chē)到達(dá)目標(biāo)位置并完成派件之后重新確定目標(biāo)位置（下一派送點(diǎn)或快遞站），規(guī)劃新路線(xiàn)并運(yùn)行。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著社會(huì)的進(jìn)步與生產(chǎn)力的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)升級(jí)優(yōu)化過(guò)程中使用智能機(jī)器人取代人工是一個(gè)必然的趨勢(shì)，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(guò)智能派件系統(tǒng)來(lái)替代傳統(tǒng)的人工派送，從而降低人力成本。本設(shè)計(jì)的用戶(hù)端 APP 從用戶(hù)的需求入手，讓用戶(hù)能夠通過(guò)手機(jī)APP 實(shí)時(shí)掌握快遞信息并且能夠自由地預(yù)約派件的時(shí)間和地點(diǎn)，可以有效提升用戶(hù)體驗(yàn)，體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)。目前本設(shè)計(jì)已完成各部分硬件測(cè)試與軟件的開(kāi)發(fā)，初步測(cè)試結(jié)果基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。綜上所述，本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)順應(yīng)社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，具有較好的實(shí)用性和較高的市場(chǎng)價(jià)值。