一种遥控服务机器人实现个性化精准配送的方法

1.本发明涉及服务机器人技术领域，尤其涉及一种遥控服务机器人实现个性化精准配送的方法。


背景技术：

2.随着传感器技术、网络通信技术和人工智能的快速发展与进步，机器人技术得到了更加广泛的应用， 已经从工业、军事的应用逐渐进入到清洁、导游、教育、安保等日常生活中的各个领域。机器人的工作空 间也逐渐发展到动态性很强的室内空间。同时，一方面社会老龄化问题日趋加剧造成人口结构变化，体力 劳动者人数的缩减导致劳动力数量跟不上社会需求，另一方面更多的老年人需要社会给予照顾。因此，智 能服务机器人受到了世界各国的普遍重视，得到了极大的资金和政策支持。
3.服务机器人是一种半自主或全自主运行的机器人，它能提供除生产制造操作以外的有益于人类福祉的 服务。与已经相当成熟的传统工业机器人相比较，服务机器人更加贴近人们的日常生活，因而迅速成为全 世界机器人学研究的热点领域。同时，服务机器人作为21世纪高科技服务业的重要组成部分，是高科技 产业发展的一次重大机遇，对解决社会人口结构变化问题、提高人们办公服务效率、提供多种移动服务作 业、提升家居环境智能、康复和助残服务等方面有着非常重要的意义。
4.目前市面上存在的配送服务机器人有很多，主要代表有酒店配送服务机器人、餐厅送餐服务机器人、 快递配送服务机器人、银行大厅的自主服务机器人等。以酒店配送服务机器人为例，房间住户告诉前台服 务人员所需物品，前台服务人员将物品放在机器人货架上后，配送服务机器人便可以根据房间号码将物品 送到相应房间门口并在送达后返回。然而，这类配送服务机器人都是由专门的工作人员调配和控制，一方 面增加了额外的人力费用，另一方面由于用户没有合适的遥控器直接控制机器人，因此很难提供24小时 全时段个性化的服务。对于一些保密等级很高的会议场所，通常要求参会人员禁止携带手机进入，与会议 无关的服务人员也尽量不要安排入场，会议期间急需一套为参会人员提供端茶送水、资料传递、垃圾清运 等个性化服务的精准配送系统，参会人员利用会议室提供的遥控器发出服务请求，服务机器人依据请求提 供相应的配送服务。对于公司行政办公场所、方舱医院等特殊场所，甚至普通家庭，都有大量重复性的类 似端茶送水、物品传送、垃圾清运等个性化、多样性的配送任务，但目前尚未有便捷提供上述精准配送任 务的有效方法。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种用户便捷地操控移动式的服务机器人为其提供个性化、多样性的精准配送服务的方 法。该方法不仅可以方便用户与服务机器人直接交互，还可以让用户依据个性化需求设置服务点位和货架 点位。本发明方法主要包括一款独特的服务机器人遥控器的设计和含关键点位的数字标记地图构建的提 出，遥控器结合数字标记图便可实现服务机器人的个性化精准配送。具体技术方案如下：
6.服务机器人遥控器设计方法，其特征在于，遥控器是将stm32单片机通过两个usart串口分别与lora 无线通信模块、hmi触摸屏相连；以stm32单片机作为控制、处理信息的核心，在遥控器开机后，遥控器 的lora无线通信模块自动与配送服务机器人的lora无线通信模块匹配；用户可以通过hmi触摸屏进行服 务机器人的遥控操作，hmi触摸屏上相关信息通过串口与stm32单片机通信，遥控器与服务机器人通过lora 无线通信模块按照lora通信协议进行信息传递。
7.在上述的服务机器人遥控器设计方法中，所述的lora无线通信模块，用来实现与配送服务机器人的 远程通信，具有遥控距离远、穿透性好、功率低等特点。在使用前需要配置lora无线通信模块的具体工 作参数，包括传输模式设置、地址设置、信道设置、速率设置等。遥控器设置不同的通信地址可以让一个 服务机器人搭配多个遥控器。
8.在上述的服务机器人遥控器设计方法中，所述的hmi触摸屏，为用户提供友好的图形化服务类型选择 及服务过程中重要提示信息显示。针对不同的服务机器人使用场合，可以设定不同的个性化服务提供界面， hmi触摸屏方便更改，提示信息丰富。
9.在上述的服务机器人遥控器设计方法中，所述的stm32单片机，作为遥控器的信息处理与控制的核心， 解析和发送来自hmi触摸屏和lora无线通信模块的信息。
10.含关键点位的数字标记地图的构建，其特征在于，在基于slam技术的移动机器人导航定位地图基础 上构建；数字标记地图的构建，主要包括服务点位标记和货架点位标记，需要利用服务机器人已经构建的 导航定位地图。服务点位标记：在遥控器端查看已建得的环境地图，通过遥控器控制服务机器人移动到期 望设置的服务点位处，在遥控器端标记当前点位，为其自主设置数字号码，即可在导航定位地图上将当前 点位的编号添加在指定位置处，当前点位的位置信息也被存储到服务机器人中，可以根据需要设置多个不 同的服务点位；服务点位的删除可以通过遥控器选择指定编号方便地进行删除。对于不同服务类型需要提 供不同服务货架的服务机器人，可以为不同的货架设置不同的摆放点，服务机器人在提供此服务前，只需 自动导航至指定货架点位处，将其抬升携带后前往目标服务点位处，即可满足用户多样化的服务需求；货 架点位设置：通过遥控器控制服务机器人移动到期望设置的货架点位处，在遥控器端标记当前点位，为了 与服务点位信息区分，为其自主设置字母编号，即可在导航定位地图上将当前点位的编号添加在指定位置 处，当前点位的位置信息也被存储到服务机器人中，可以根据不同服务类型的需要设置多个不同的货架点 位；货架点位的删除可以通过遥控器选择指定编号方便地进行删除。进行完服务点位标记和货架点位标记 之后，导航定位地图上会显示各个标记点的号码，即可得到一张数字标记地图，遥控器端可以方便查看已 完成的数字标记地图，也可以方便修改。服务机器人根据存储的数字标记地图上相关点位的位置信息，便 可按照此地图进行工作。
11.遥控器结合数字标记图实现服务机器人的个性化精准配送。在遥控器端查看数字标记地图，用户在hmi 触摸屏上选择好当前点位后，点击所需服务的按钮并选择确定，hmi触摸屏便会将相应的指令通过串口通 信发送给stm32单片机；stm32单片机将该指令解析后按照lora通信协议转换成规定的格式向配送服务机 器人端的lora无线通信模块发送，机器人收到指令后便会根据数字标记地图上的相关点位信息执行配送服 务仟务。
12.与现有的配送服务机器人的部署与使用相比，利用本发明所设计的遥控服务机器人实现个性化精准配 送的方法，设置好数字标记地图之后，用户只需选择位置号码并点击
屏幕上所需服务的按钮，配送服务机 器人便会前往抬升相应的物资货架，并配送到用户指定的目标服务点位。
13.本发明实际有益效果如下：1)对于像高级会议室、办公室、研究生科研室等室内办公场所，该方法 的实现可以大大增加便利性，提高空间利用效率。办公人员无需离开工位，仅需点击屏幕，配送服务机器 人便会帮忙把相应装有茶水饮料、小吃零食、公用资料的货架配送到所在工位前。用户可以使用遥控器很 方便地满足自已个性化配送服务的需求。2)对于家庭环境，可以按照个性化设计货架模块，例如食品饮 料模块、分类垃圾桶模块、工具箱模块、服装模块等，且可以把所有模块堆放在某一角落。当需要某一模 块的物资时，配送服务机器人便会自动将所需货物模块运送到指定位置，服务结束后机器人会将该模块自 动放回原位，不仅增加了便捷性、提高了空间利用效率，而且提高了生活幸福感。用户可以方便地个性化 标记位置点，得到符合个人需求特点的数字标记地图，使用遥控器实现期望的配送服务。
附图说明
14.图1为本发明的遥控服务机器人实现个性化精准配送方法的工作原理示意图；
15.图2为本发明的遥控器主板电路原理图；
16.图3为本发明的遥控器主板pcb设计2d平面图；
17.图4为本发明的遥控器主板pcb设计3d立体示意图；
18.图5为本发明的遥控器总体结构正面图；
19.图6为本发明的遥控器总体结构倾角图；
20.图7为本发明的数字标记地图效果示意图(以会议服务机器人为例)；
21.图8为本发明的遥控服务机器人实现个性化精准配送方法的使用效果示意图；
22.图9为本发明的遥控器hmi交互界面功能示意图(以会议服务机器人为例)；
23.图10为本发明的遥控器hmi“地图查看”示意图(以会议服务机器人为例)；
24.图11为本发明的遥控器hmi“高级设置”登录界面(以会议服务机器人为例)；
25.图12为本发明的遥控器hmi“数字标记地图设置”界面(以会议服务机器人为例)；
26.图13为本发明的遥控器hmi“服务点位设置”界面(以会议服务机器人为例)；
27.图14为本发明的遥控器hmi服务点位设置“标记点位”界面(以会议服务机器人为例)；
28.图15为本发明的遥控器hmi服务点位设置“删除点位”界面(以会议服务机器人为例)；
29.图16为本发明的遥控器hmi“货架点位设置”界面(以会议服务机器人为例)；
30.图17为本发明的遥控器hmi“端茶送水”服务流程界面(以会议服务机器人为例)；
31.图18为本发明的遥控器hmi“资料配送”服务流程界面1(以会议服务机器人为例)；
32.图19为本发明的遥控器hmi“资料配送”服务流程界面2(以会议服务机器人为例)；
33.图20为本发明的遥控器hmi“资料配送”服务流程界面3(以会议服务机器人为例)；
34.图21为本发明的遥控器hmi当前点位设置界面(以会议服务机器人为例)；
35.附图说明如下
36.1.遥控器外壳 2.hmi触摸屏 3.按钮开关 4.lora无线通信模块 5.遥控器 6.货
架 7.服务机器 人
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明。实施例是以本发明所述的技术方案为前提进行的 具体实施，给出了详细的实施方式和过程。此处所描述的具休实施例方式仅用于解释本发明，并不用于限 定本发明的保护范围。
38.本发明针对目前服务机器人部署工作过程中存在的问题，例如用户无法自主远程遥控、保密会议等具 有特殊要求的服务场合无法使用、个性化服务设置较差、个性化标记点位限制大等，设计了一种遥控服务 机器人实现个性化精准配送的方法。
39.如图1所示，是数字标记地图的构建的工作原理示意图。遥控器以lora无线通讯技术实现与机器人 信息传输；hmi触摸屏实现人机交互，用来提供用户可选择的服务；遥控器以单片机stm32作为控制核心， 用来对lora无线通信模块与hmi触摸屏之间的指令进行解析和传递控制。机器人端也需要使用lora无线 通信实现与遥控器的远距离无线通信；基于服务机器人构建的环导航定位地图，通过遥控器遥控服务机器 人移动、标记点位，可以构建一张含关键点位的数字标记地图，基于此数字标记地图，用户可以个性化地 设置服务点位和货架点位，进而可以遥控服务机器人实现个性化精准配送。
40.如图2所示，是遥控器主板的电路原理图。基于此电路原理图可以得到如图3所示的遥控器主板pcb 设计2d平面图和如图4所示的遥控器主板pcb设计3d立体示意图。遥控器主板以stm32单片机为控制器， 连接lora无线通信模块和hmi触摸屏，实现了遥控器与服务机器人之间的远程交互。
41.如图5和图6所示，是本发明的遥控器总体结构，由遥控器外壳1、hmi触摸屏2、按钮开关3、lora 无线通信模块4组成。按钮开关用来开启或关闭遥控器；lora无线通信模块芯片主体置于遥控器外壳1内 部，传输天线需要固定在外面用来进行远距离通信。
42.如图7所示，是本发明的数字标记地图的效果示意图。利用遥控器遥控服务机器人在现实环境中移动， 并在期望的点位上进行服务点位标记或货架点位标记，即可将标记的点位号码添加在服务机器人的环境地 图上，从而得到一张个性化的数字标记地图。其中，数字号码为服务点位的编号，字母号码为货架点位的 编号。可以利用遥控器方便地设置和更改数字标记地图，便捷地实现个性化的点位标记。如图8所示，是 本发明的遥控服务机器人实现个性化精准配送的方法的使用效果示意图。
43.本实施例为了详细说明遥控服务机器人实现个性化精准配送的方法的应用，采用一款基于激光slam导航 的会议服务机器人作为机器人端，并配备若干个遥控器。该会议服务机器人由移动机器人本体和抬升装置 组成，并配有多种货架模块，货架模块包括茶水饮料货架、水果点心货架、垃圾桶货架、物品运送货架等， 可根据需要进行个性化定制。针对一会议室场景，对机器人所需配送服务空间进行全局环境地图构建，设 置工作待机原点。针对会议服务机器人，设计遥控器的hmi交互界面功能示意图如图9所示，主要包括提 供的服务类型和其他若干个功能按钮。服务类型可根据不同的服务机器人个性化地设置。“回仓”按钮可 以快速让服务机器人回到待机原点，“遥控”按钮点击后可以进入对服务机器人移动控制界面。“地图查看
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可以方便用户快速查看完成后的数字标记地图来获取相关点位信息，如图10所示。
44.点击“高级设置”可以进入数字标记地图设置界面。首先会弹出如图11所示的管理员登录界面，正 确输入密码后才会进入如图12所示的“数字标记地图设置”界面，包括服务点位设置、货架点位设置、 登录密码设置等。“服务点位设置”界面如图13所示，可以遥控服务机器人移动到期望标记的位置后进行 标记点位，“标记点位”界面如图14所示，为当前位置输入期望的标记号码便可将其添加到数字标记地图 上，同时服务机器人也会保存该点位相关的位置信息；“删除点位”界面如图15所示，直接输入想要删除 的点位号码即可快速删除。“货架点位设置”界面如图16所示，整体过程与服务点位设置类似，不同之处 在于货架点位用字母标记。在会议室环境下，一共标记了16个服务点位、4个货架点位，最终生成如图 10所示的数字标记地图。做完各项准备工作后，将会议服务机器人设置为待机状态放置在工作原点。
45.由于“端茶送水”服务、“水果点心”服务、“垃圾投送”服务较为类似，区别在于服务过程中所使用 的的货架不同，这里以“端茶送水”服务为例详细介绍遥控器的使用和工作过程：假设用户a坐在位于1 号点位旁的座位，用户a需要“端茶送水”服务，用户a只需在遥控器hmi触摸屏上点击“端茶送水”服 务按钮，之后在弹出的服务流程界面中点击“确定”按钮，遥控器便将1号点的位置信息以及所选择的服 务类型发送给机器人端，此时遥控器hmi屏显示界面如图17所示；机器人端收到相关指令信息后，按照 路径规划自动前往茶水饮料货架处并将该货架进行顶升抬起，抬升完毕后，自动前往1号点位处，在到达 指定位置点后停止移动，用户也可以点击遥控器上按键微调机器人的位置，等待用户a完成茶水饮料自助； 用户a使用服务完毕后，点击图17中的“结束服务”按钮结束本次服务，随后遥控器向机器人端发送服 务结束指令信息，机器人先返回茶水饮料货架放置处自动将货架放回原位，随即机器人归位到原点处，等 待下次服务请求。
46.对于“资料配送”服务，下面详述遥控器的使用和工作过程：假设用户a坐在位于1号点位旁的座位、 用户b坐在3号点位旁的座位，用户a和b处各有一个遥控器，用户a想要将一些资料物品送到用户b所 在的位置处；用户a只需在遥控器hmi触摸屏上点击“资料配送”服务按钮，之后在弹出的服务流程界面 中点击“确定”按钮，遥控器便将1号点的位置信息以及所选择的服务类型发送给机器人端，此时遥控器 hmi屏显示界面如18所示；机器人端收到相关指令信息后，按照路径规划自动前往物品运送货架处并将该 货架进行顶升抬起，抬升完毕后，自动前往1号点位处，在到达指定位置点后停止移动，等待用户a将相 关资料物品放置在运送货架内；用户a放置完毕后，点击图18中的“执行配送”按钮，随即遥控器弹出 如图19所示的界面，用户a输入用户b所在的点位号码“3”并点击“确定”按钮，遥控器便将1号点的 位置信息发送给机器人端，此时用户b的遥控器hmi屏显示界面如图20所示；机器人端收到相关指令信 息后，按照路径规划自动前往用户b所在的3点位处，在到达指定位置点后停止移动，等待用户b取走所 配送的资料物品；用户b取走配送物品后，点击图20中的“结束服务”按钮结束本次服务，随后遥控器 向机器人端发送服务结束指令信息，机器人先返回物品运送货架放置处自动将货架放回原位，随即机器人 归位到原点处，等待下次服务请求。
47.如图21所示，为本发明的遥控端hmi交互界面当前点位设置界面。用户只需点击图9中的当前点位 的数字即可对当前点位信息进行设置。
48.上述两个服务的遥控器使用实例是针对会议服务机器人特殊设置的，本发明的遥
控服务机器人实现个 性化精准配送方法的使用并不局限于该会议服务机器人，上述实例只为详细描述本发明的一个具体使用场 景。该方法适应于所有基于slam技术的自动导航平台；遥控器的hmi交互界面可以根据不同的服务场景 针对性地个性化设计。
49.综上所述，本发明专利针对配送服务机器人远程操控的问题和如何便捷个性化地设置服务点位、货架 点位的问题提供了一种遥控服务机器人实现个性化精准配送的方法。利用此方法，用户可以自主远程遥控 服务机器人；配备此遥控器的配送服务机器人可以适用于保密会议等具有特殊要求的服务场合；此遥控器 可以个性化地设置用户所需要的服务类型，可以个性化地标记位置点。上述实施方式并非是对本发明的限 制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改 型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。