關(guān)于餐廳送餐服務(wù)機(jī)器人的研究

常朝正 劉東靜 何梓安 黎乃斌 陳珍

摘要：餐廳送餐服務(wù)機(jī)器人是一種能夠自主或半自主地為顧客提供服務(wù)、改善員工工作強(qiáng)度的智能機(jī)器人，包含了環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、智能控制等諸多功能。在勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)性短缺和勞動(dòng)力成本提高的背景下，餐廳服務(wù)的機(jī)器人符合市場(chǎng)實(shí)際急需，可以降低成本和提高效率，具有廣闊的行業(yè)發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;人工智能;餐飲;送餐

中圖分類號(hào)：TP242?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1672-9129（2020）08-0029-01

人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，服務(wù)型機(jī)器人作為人工智能技術(shù)的代表產(chǎn)品，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。餐飲行業(yè)蓬勃發(fā)展，分布廣泛，但大部分餐飲行業(yè)仍然是使用人工送餐服務(wù)。具有人工成本高、接觸距離近、送餐失誤、存在人事糾紛等缺點(diǎn)。使用餐廳送餐服務(wù)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)降低人工成本、零接觸、零失誤、智能化送餐服務(wù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1?系統(tǒng)架構(gòu)

餐廳送餐服務(wù)機(jī)器人工作流程如下：由餐廳工作人員將客戶點(diǎn)餐放置于餐盤，餐盤上放置顧客餐桌號(hào)牌;機(jī)器人在待命區(qū)識(shí)別到取餐盤區(qū)有準(zhǔn)備好的餐盤，隨即移動(dòng)至取餐盤處，啟動(dòng)攝像頭識(shí)別顧客餐桌號(hào)，并完成自動(dòng)取餐盤的動(dòng)作;機(jī)器人根據(jù)客戶餐桌號(hào)自動(dòng)規(guī)劃路徑執(zhí)行送餐任務(wù)，將客戶的點(diǎn)餐送至規(guī)定餐桌。

根據(jù)工作要求構(gòu)建的餐廳助手服務(wù)機(jī)器人核心板采用Zynq7020全可編程工作平臺(tái)，外擴(kuò)了羅技公司USB攝像頭的，用于采集服務(wù)數(shù)據(jù);移動(dòng)平臺(tái)采用ZRobot-III智能小車;送餐工作平臺(tái)是一個(gè)圓工作臺(tái)附加固定餐盤的機(jī)構(gòu)和機(jī)械手臂構(gòu)成。

結(jié)合Zynq7020雙核優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建非對(duì)稱混合異構(gòu)系統(tǒng)“Linux操作系統(tǒng)+裸機(jī)應(yīng)用環(huán)境”的服務(wù)機(jī)器人軟件開發(fā)環(huán)境。服務(wù)機(jī)器人高性能處理層采用Linux操作系統(tǒng)，完成圖像采集、識(shí)別、雙核通信等任務(wù)。Linux提供封裝好的網(wǎng)絡(luò)和視覺庫API，易于使用，減少工作量。硬件工程的生成的超聲波、電機(jī)、舵機(jī)等模塊在應(yīng)用過程中要求的實(shí)時(shí)性較高，采用裸機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)和調(diào)用。這樣可以讓兩個(gè)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，完成一個(gè)性能強(qiáng)大、功能完善的服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用平臺(tái)。Zynq7020工作平臺(tái)擴(kuò)展外設(shè)后的應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)如圖1。

2?程序設(shè)計(jì)

2.1 ?Linux系統(tǒng)圖像識(shí)別應(yīng)用程序。Linux系統(tǒng)下的圖像識(shí)別應(yīng)用程序主要包括圖像的獲取、圖像的處理和分析、輸出或顯示。圖像的獲取實(shí)際上是將被測(cè)物體的可視化圖像和內(nèi)在特征轉(zhuǎn)換成能被計(jì)算機(jī)處理的一系列數(shù)據(jù)。視覺信息的處理技術(shù)主要依賴于圖像處理方法，它包括圖像增強(qiáng)、數(shù)據(jù)編碼和傳輸、平滑、邊緣銳化、分割、特征抽取、圖像識(shí)別與理解等內(nèi)容。

2.2 ?SDK裸機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。裸機(jī)應(yīng)用程序主要實(shí)現(xiàn)服務(wù)機(jī)器人的服務(wù)功能，包括底層速度傳感器、光電傳感器、超聲波等的驅(qū)動(dòng)函數(shù)、機(jī)械手動(dòng)作、電機(jī)控制（控制機(jī)器人前進(jìn)、后退、拐彎等）、路徑識(shí)別等，底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)包括：（1）小車電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制程序，對(duì)車輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向進(jìn)行控制;（2）核間通信函數(shù)，異構(gòu)系統(tǒng)之間的通信協(xié)同;（3）超聲波模塊驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)避障功能;（4）光電傳感器驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)巡線功能和定位功能;（5）舵機(jī)驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的抓握功能;（6）測(cè)速傳感器驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)小車速度的反饋功能;（7）液晶驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)顯示。

3?開發(fā)環(huán)境

3.1基于zynq芯片的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。對(duì)于zynq7020芯片，Vivado除了將VHDL描述的功能模塊進(jìn)行綜合、實(shí)現(xiàn)生成PL（FPGA）上電后能夠加載的BIT流，還生成PS（ARM）的一些配置文件等。

3.2 ?SDK構(gòu)建并編譯軟件應(yīng)用程序。SDK可以創(chuàng)建工程、編譯代碼，制作鏡像文件和擦寫 flash、FPGA，與處理器進(jìn)行通信，將文件裝載到內(nèi)存，讀寫任意內(nèi)存單元與寄存器的值，很方便進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。另外一項(xiàng)非常重要的工作是使用 SDK 制作開發(fā)板可以識(shí)別的系統(tǒng)鏡像、直接與硬件交互進(jìn)行開發(fā)調(diào)試工作。

4?特色和創(chuàng)新點(diǎn)

4.1結(jié)合Zynq7020雙核優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建非對(duì)稱混合異構(gòu)系統(tǒng)“Linux操作系統(tǒng)+裸機(jī)應(yīng)用環(huán)境”的服務(wù)機(jī)器人軟件開發(fā)環(huán)境。

4.2 ?Linux系統(tǒng)下的圖像識(shí)別應(yīng)用程序主要包括圖像的獲取、圖像的處理和分析、輸出或顯示。

4.3使用 SDK 制作開發(fā)板可以識(shí)別的系統(tǒng)鏡像、直接與硬件交互進(jìn)行開發(fā)調(diào)試工作。

4.4利用SDK裸機(jī)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)服務(wù)機(jī)器人的服務(wù)功能，包括底層速度傳感器、光電傳感器、超聲波等的驅(qū)動(dòng)函數(shù)、機(jī)械手動(dòng)作、電機(jī)控制（控制機(jī)器人前進(jìn)、后退、拐彎等）、路徑識(shí)別等。

參考文獻(xiàn)：

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（本文通信作者：劉東靜）