无人配送机器人的制作方法

本发明涉及技术机器人及应用领域，尤其是一种无人配送机器人。

背景技术：

随着互联网购物的快速发展，物流配送服务明显滞后，配送服务的及时性和服务能力成为主要短板。目前物流配送主要以人工配送或结合收件人自取的方式来解决，而人工配送的成本高，并且时效性低，例如配送人经常会出现找不到配送地点以及由于安全管制导致的无法进入收件人所在的园区等问题；而通知收件人自取的时候，收件人往往没有及时取件，导致快递件堆积严重，大型购物节的时候尤其严重。

随着人工智能的迅速发展，服务机器人逐渐进入各行各业，在物流配送领域使用机器人，来解决最后一公里，将大大提高工作效率，也可以避免园区人工配送可能带来的安全问隐患。

尤其在校园、居民区或者工业园区等区域内的道路系统，通常并不像公共道路上有明确的交通规则，人群和各种车辆的行动区域混杂在一起。在这种限定复杂类型的场景下，使用无人配送机器人来配送外卖、快递件等物品将会非常便利。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出一种无人配送机器人，实现了限定复杂场景下的无人配送。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种无人配送机器人，由无线通信模块、交互模块、后台服务器模块和机器人本体模块组成；其中，

s1：所述无线通信模块负责后台服务器模块与交互模块和机器人本体模块的通讯；

s2：所述交互模块为移动操作终端，通过移动操作终端访问后台服务器模块，后台服务器模块根据交互模块的请求，向机器人本体模块发送指令，机器人本体模块接收后台服务器控制指令，完成物件存取，从而完成配送；

s3：所述后台服务器模块通过无线通信模块连接交互模块和机器人本体模块，用于接收并处理交互模块发送的通信指令，并向交互模块和机器人本体模块发送命令信息；

s4：所述机器人本体模块接收到来自后台服务器模块的指令后，采取行动完成任务。

进一步地，所述无线通信模块由4g路由器和数据转换单元两部分组成，分别与后台服务器模块进行通信；其中，4g路由器实现机器人本体模块与后台服务器的通信；数据转换单元是机器人本体模块中的柜门控制模块与后台服务器模块的通信；所述交互模块通过4g路由器与服务器通信，实现相应功能。

进一步地，所述交互模块下寄件订单后，机器人根据寄件人位置自动上门取件；交互模块与后台服务器模块进行双向信息交互，向后台服务器模块发送请求信息，后台服务器模块接收到来自交互模块的请求后，通过数据转换单元向机器人本体模块传输数据，从而打开机器人本体的货柜门；机器人的运行情况通过后台服务器模块发送到交互模块，可供交互模块进行监控。

进一步地，所述机器人本体包括：

s41：柜门控制模块：直接与后台服务器模块通信，完成存取物品操作；

s42：自动驾驶模块：根据机器人周围环境信息以及后台服务器模块的指令完成自主导航任务；

s43：机械底盘：机械底盘由固定底板、磷酸铁锂电池组、伺服电机、行星减速机和伺服驱动器等五部分组成；底盘主控模块通过驱动器实现对底盘动作的控制。

进一步地，所述机器人本体上粘贴有方便交互模块读取的二维码信息。

进一步地，所述柜门控制模块独立于自动驾驶模块和机械底盘，直接通过数据转换单元与后台服务器通信。

进一步地，所述自动驾驶模块主要包括室外定位模块、环境感知模块和移动规划模块，对感知与路径规划进行深度优化；自动驾驶模块根据机器人周围环境信息做出决策，以can通信的方式将控制指令下发到底盘主控模块。

进一步地，所述自动驾驶模块通过室外定位模块，获取高精度定位信息，由移动规划模块首先规划从当前位置到达目的地的全局路径，底盘主控制模块此时负责控制机器人沿路径移动，在移动过程中，环境感知模块通过各种传感器识别周围动态环境信息，将实时信息传递给移动规划模块计算局部路径，避开障碍物；当遇到紧急情况的时候，环境感知模块中的防碰撞传感器可直接驱动控制器，紧急停在原地。

进一步地，所述室外定位模块是通过gnss+imu组合定位的方式，实现室外高精度的绝对定位。

进一步地，所述环境感知模块包括两个具有采集周围图像信息功能的工业相机，采集的图像信息一方面用于周围环境的识别，另一方面作为监控数据上传到后台服务器；激光雷达用于获取周围环境的点云数据，即距离和角度；毫米波雷达具有检测动态运动物体的速度和方位的功能。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：实现基于无人驾驶技术的物流配送，对视觉感知、局部路径规划等两大关键部分进行了优化升级，实现了限定复杂场景下的无人配送。

本发明由手机操作端、机器人本体和后端服务器组成，其中手机操作端主要包括二维码扫描寄、取件，机器人状态查看等功能模块；而机器人本体主要包含柜门控制模块、自动驾驶模块和机械底盘；后端服务器作为中间层负责处理手机操作端的请求，向机器人本体下达命令信息，收集并处理信息反馈给手机操作端和机器人本体。用户端通过手机端小程序扫描机器人上的二维码，填入收件人的地址和姓名、手机号等信息，机器人身上的存储柜门就自动打开，放入物品关上门后，机器人就开始朝目的地前进。机器人即将到达时，收件人会收到短信提醒，同样是扫一扫二维码，就能打开柜门取件，完成配送。本发明具有很强的实用性，可以替代大部分人力，帮助校园、居民社区、工业园区等典型场景实现无人化配送。

附图说明

图1是roboway无人配送机器人整体框图；

图2是柜门控制模块图；

图3是自动驾驶模块图；

图4是机械底盘硬件框图；

图5是机器人本体实物图；

图6是交互模块界面图；

图中：1-wifi天线，2-激光雷达，3-工业相机摄像头，4-毫米波雷达，5-前进气格栅，6-碰撞检测传感器，7-gnss天线，8-4g天线，9-货柜，10-二维码，11-散热排气口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

一种无人配送机器人，由无线通信模块、交互模块、后台服务器模块和机器人本体模块组成；其中，

s1：所述无线通信模块负责后台服务器模块与交互模块和机器人本体模块的通讯；

s2：所述交互模块为移动操作终端，通过移动操作终端访问后台服务器模块，后台服务器模块根据交互模块的请求，向机器人本体模块发送指令，机器人本体模块接收后台服务器控制指令，完成物件存取，从而完成配送；

s3：所述后台服务器模块通过无线通信模块连接交互模块和机器人本体模块，用于接收并处理交互模块发送的通信指令，并向交互模块和机器人本体模块发送命令信息；

s4：所述机器人本体模块接收到来自后台服务器模块的指令后，采取行动完成任务。

所述的无线通信模块由4g路由器和dtu（数据转换单元）两部分组成。二者独立工作，分别与后台服务器模块进行通信。其中，4g路由器实现机器人本体模块与后台服务器模块的通信；dtu实现机器人本体中柜门控制模块与后台服务器的通信。交互模块通过4g网络与后台服务器通信，实现相应功能。

所述交互模块通过无线通信模块访问后台服务器模块，后台服务器模块根据交互模块的请求，向机器人本体模块发送指令，机器人本体模块在交互模块的请求下完成物件存取，从而完成配送。

所述的交互模块在下寄件订单后，机器人根据寄件人位置自动上门。

所述的交互模块包括二维码扫描，机器人状态查看等功能模块；收、寄件人通过扫描机器人本体模块中的二维码来打开机器人本体的货柜门，机器人状态查看模块对机器人运行情况进行监控。

在交互模块中，所述的二维码扫描功能可以识别机器人本体货柜上的二维码，寄件人通过扫描二维码，填写寄件人姓名、地址、手机号等信息后，能打开机器人本体的货柜进行存放物件，而当机器人配送到指定位置，收件人扫描二维码后，货柜门打开，从而完成取件。

在交互模块中，所述的机器人状态查看模块能显示机器人的运行状况以及配送进程，在完成取件后会提醒寄件人订单完成。

所述的后台服务器模块通过无线通信模块连接交互模块和机器人本体模块，用于接收并处理交互模块发送的通信指令，并向交互模块和机器人本体模块发送命令信息。

所述的机器人本体模块包括柜门控制模块、自动驾驶模块和机械底盘，机器人本体模块与后台服务器模块双向通信完成货柜开关以及自主导航任务。

在机器人本体模块中，所述的柜门控制模块直接通过dtu（数据转换单元）与后台服务器通信，完成存、取物品操作。

在机器人本体模块中，所述的自动驾驶模块主要由传感器组和工控机组成，按功能可分为室外定位模块、环境感知模块和移动规划模块。根据机器人周围环境信息以及后台服务器模块的指令完成自主导航任务。

在机器人本体模块中，所述的机械底盘由固定底板、磷酸铁锂电池组、伺服电机、行星减速机和伺服驱动器等五部分组成；底盘主控模块使用stm32f103vet6平台开发，通过驱动器实现对底盘动作的控制。该控制底盘运动灵活，路况适应性能优越，尺寸合理，便于室内外安装调试。

所述的机器人本体模块中，工控机用于无人驾驶软件系统的运行，向下位主控mcu提供执行命；下位主控mcu用于电机、指示灯、机器人遥控的控制、底盘状态数据的采集处理和上传；柜门控制mcu用于与dtu通信、获取服务器数据进而控制货柜门开关。

所述的自动驾驶模块以apollo自动驾驶开源框架为基础，部分软件运行在工控机上，包括室外定位模块、环境感知模块和移动规划模块，通过精确定位、周围环境识别、障碍物躲避等行为完成物件的顺利配送。

在自动驾驶模块中，所述的室外定位模块包括高精度组合导航传感器；环境感知模块由工业相机、激光雷达、毫米波雷达等传感器组成；移动规划模块主要由局部规划算法和防碰撞传感器组成。

在自动驾驶模块中，所述的室外定位模块是通过gnss+imu组合定位的方式，实现室外高精度的绝对定位。

在自动驾驶模块中，所述的环境感知模块中，两个工业相机具有采集周围图像信息的功能，其中采集的图像信息一方面用于周围环境的识别，另一方面作为监控数据上传到后台服务器；激光雷达用于获取周围环境的点云数据，即距离和角度；毫米波雷达具有检测动态运动物体的速度和方位的功能。

在自动驾驶模块中，所述的移动规划模块，在正常运行情况下，通过读取环境感知模块中获取的周围环境信息来规划局部路线避开障碍物，而当遇到紧急情况的时候，通过防碰撞传感器直接直接驱动控制器，紧急停在原地。

如图１所示，一种无人配送机器人，由交互模块、无线通信模块、后台服务器模块和机器人本体模块组成。其中，无线通信模块包括了手机4g网络、4g路由器和dtu（数据转换单元）。交互模块主要包括二维码扫描，机器人状态查看功能模块，通过手机4g网络与后端服务器模块双向通信；机器人本体模块主要包括柜门控制模块、自动驾驶模块和机械底盘，柜门控制模块通过dtu单独与后端服务器模块通信，自动驾驶模块与机械底盘通过can总线连接，通过4g路由器与后端服务器交换信息。

如图2所示，柜门控制模块中，stm32f103vet6单片机通过串行通信口与dtu（数据传输单元）相连，另外电磁锁通过导线连接单片机。

如图3所示，自动驾驶模块硬件上由工控机和传感器组构成。传感器组中，两个工业相机通过usb3.0向工控机传输数据；毫米波雷达以can口连接工控机；gnss+imu组合定位通过串行通信借口连接工控机；激光雷达通过以太网与工控机连接。

如图4所示，机械底盘由固定底板、磷酸铁锂电池组、伺服电机、行星减速机和伺服驱动器等五部分组成；电池组通过导线与四个伺服电机、行星减速机、四个驱动器连接供电。底盘主控模块使用stm32f103vet6平台开发，通过驱动器实现对底盘动作的控制。

如图5所示，机器人本体包括

s41：柜门控制模块：直接与后台服务器模块通信，完成存取物品操作；

s42：自动驾驶模块：根据机器人周围环境信息以及后台服务器模块的指令完成自主导航任务；

s43：机械底盘：机械底盘由固定底板、磷酸铁锂电池组、伺服电机、行星减速机和伺服驱动器等五部分组成；底盘主控模块通过驱动器实现对底盘动作的控制。

具体结构包括wifi天线1，激光雷达2，工业相机摄像头3，毫米波雷达4，前进气格栅5，碰撞检测传感器6，gnss天线7，4g天线8，货柜9，二维码10，散热排气口11。

其中，4g天线、wifi天线、gnss天线属于无线通信模块的信号收发端；激光雷达、毫米波雷达、工业相机等多传感器融属于机器人本体的环境感知模块；防碰撞传感器属于移动避障模块；前排气格栅、后排气格栅与散热排气口用于机器人本体散热；而货柜通过二维码扫描才能打开。

单台机器人配备48v40ah大容量电池，充满一次电，可以在园区里载重150公斤自主运行持续7小时配送。机器人本体使用4台大扭矩、高精度伺服电机驱动，行动灵活，路况适应性能优越；采用gnss+imu紧耦合定位技术，可达到1cm误差的高精度定位；采用a*算法，根据高精度定位信息进行全局路径规划，多传感器融合感知周围环境信息，对局部路径进行实时动态规划，利用深度学习算法进行障碍物识别与运动轨迹预测。

机器人本体行驶的最大速度是每秒2米，可以自主识别以自身为中心，周边半径2.5米范围内的物体。如果有物体进入这个区域，r1可以知道它们是什么，了解它们的速度、行进方向、未来几秒内的位置变化趋势，然后自主决定是停下来、绕道走，还是跟在它们后面继续走或者超过它们。

如图6所示，无人配送机器人的手机界面以微信小程序的形式存在，通过扫描机器人本体货柜门上的二维码，即可出现该界面。通过点击“存”按钮，就会出现信息输入窗口，寄件人通过录入收件人的地址、姓名、手机号等信息，机器人身上的货柜门就会自动打开，放入物品关上门后，机器人就开始朝目的地前进。当机器人即将到达时，收件人会收到短信提醒。收件人通过微信扫描货柜上的二维码，就能打开柜门取件，完成配送。如果只有一个物品，收件人扫描二维码即可开柜门，当有多个物品的时候，收件人需要点击“取”按钮。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。