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智能自助配货平台的设计与开发
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3秒自动关闭窗口这些超前沿智能机器人告诉我们：什么是未来末端配送的趋势！
中国物流界奥斯卡—2017LT中国物流技术奖开启第二阶段了，产品评选投票火热进行中，请登录网站：为自己喜欢的产品投票吧！
马里兰大学帕克分校的机械工程教授Satyandra K.Gupta曾经在IEEE网站撰文指出，机器人领域正在经历一场重大的改革。他认为，未来机器人发展呈现六大趋势：1、商业投资； 2、机器人全球化；3、硬件成本下降；4、民用无人机应用越来越多；5、云机器人。
而这些趋势貌似如今正一项项逐步实现。首先，从谷歌、亚马逊、丰田，再到菜鸟网络、京东，都开始布局人工智能机器人，很多投资者也纷纷转向机器人市场。其次，韩国、日本、美国、欧洲近几年纷纷发展人工智能，很多机器人研发团队涌现，而且世界上最大的消费级无人机大疆来自中国。另外，不管是在国内还是在国际，无人机正在以飞快的速度增长。由此可见，机器人市场的前景毋庸置疑。
据了解，2016年中国市场新增工业机器人8.5万台，同比增长达到23.91%，中国市场销量占全球比重达到34.98%。预计2017年中国工业机器人市场需求将增速超过20%，出货量达10.6万台。中国无疑已经成为世界第一大的工业机器人需求国。
而随着工业机器人在汽车、电子等行业的成熟应用及机器人智能化水平的提高，工业机器人的应用已向各行各业逐步扩展，最为典型的就是当下比较火热的物流行业。
从生产环节到配送环节，从仓储物流到末端物流，各式各样的物流机器人被研发应用。今天我要跟大家聊的就是当下最火的物流机器人——快递送货机器人！没错！就是那些可能要和快递小哥抢饭碗的智能小萌物们！
快递机器人作为一种新型的智能机器人。虽然国内还依旧在探讨他们到底适不适合用于中国物流配送的“最后一公里”，但在国外，它已经被认可并开始应用。虽然目前业内对快递机器人并没有一个权威准确的定义和分类。不过，顾名思义，快递机器人应该是能够代替“快递员”完成运货、送货上门等工作的机器人。
快递机器人主要分为两种：地上“跑”的自动驾驶送货机器人和天上“飞”的无人机。
我们先来说说地上跑的自动驾驶送货机器人。国内外研发智能快递机器人的主流企业约9家。他们分别为：国外6家+国内3家。
英国：Starship Technologies
英国Starship Technologies公司成立于2014年，由Skype的联合创始人 Ahti Heinla 和 Janus Friis 投资创办。该公司成立初衷就是要研究利用小型机器人来解决让物流行业头疼的”最后一公里配送“问题。2015年年底，该公司推出了他们的第一台送货机器人Starship。
Starship机器人是一台小型六轮设备，最重可承载20磅（约合9公斤）的货物，最远可达到物流中心方圆1英里（约合1.6公里）多的范围。
Starship机身上配备了9个摄像头，能够让机器人在测试或正式运行时辨别并”记住“路线，通过相应的机器学习，机器人就能够实现自主导航。
Starship机器人推出后，经过半年多的测试，2016年7月便投入到了送货服务中（Soo56曾报道）。因为是靠电池来驱动，所以Starship的配送范围并没有很大，而是在测试的几个城市中覆盖了自己的配送服务站。目前，Starship的快递机器人被配置在伦敦、杜塞尔多夫、伯尔尼和汉堡的厨房、物流中心和超市。接到命令后，机器人就会自己去接货，将其收入货舱(容量大约相当于两个大购物袋)，然后送到目的地。机器人到达后，消费者可以输入自己移动app上收到的密码，打开货舱。
美国：Robby Technologies
美国Robby Technologies公司成立于2015年，是一家成立于美国波士顿的初创公司，主打小型快递无人车及智能移动机器人平台。创始团队成员李瑞（CEO）和Dheera Venkatraman（CTO）都毕业于美国麻省理工学院。该团队研发的Robby机器人还在研发试运营阶段，目前也没有进入中国市场。
从Robby Technologies官网了解到，Robby机器人和Starship机器人相似，只不过它是四轮无人驾驶车。
它的车身装置了一个箱子，里面可以用来摆放各种快递物品。当 Robby沿着人行道自动导航到客户家门时，用户只需要在手机上按一个按钮，即可开启 Robby后背的箱子并取出物品，Robby也会乖乖的自动前往下一家送货。
Robby 最快可以达到普通自行车的速度，最慢时则跟人的行走速度差不多。由于Robby团队成员Dheera在激光雷达上有所造诣，借助团队在传感器和感知技术上的优势，Robby 能实时了解自己精确定位。Robby 在人行道上行驶，定位需要非常精确，至少达到厘米级别。
虽然Robby机器人还只是手工制作的粗糙原型机，但该机器人已经在斯坦福大学校园里送货超过50次，他们还与 Instacart 合作，展开商业化测试，即将投入使用。
意大利：比亚乔(Piaggio)公司
意大利比亚乔（PIAGGIO）集团是欧洲规模最大的摩托车制造企业，也是全球第一辆踏板车VESPA的制造商。令人诧异的是，近期该公司涉足人工智能机器人领域，推出了一款名为“Gita（基塔）的私人货物运输机器人（本网日前有报道）。虽然该机器人不同于Robby和Starship，并不是针对“最后一公里”送货而研发的机器人，而是一款“私人”物品，但是它的原理、功能和作用同Robby机器人一样，所以未来它应用到快递行业的可能性很大。
Gita机器人从外观看像一个蓝色大球，呈圆柱体，它中间装货物的“肚子”是一个圆筒。
Gita站立高度大约26英寸（约 66 厘米高），它可以放置重达40磅（约18 公斤）的货物，配有一个可以锁的盖子。Gita私人货物运输机器人随时可以被轻松打开，哪怕Gita私人货物运输机器人的过程中。
Gita机器人最高速度为 22 mph（约 35 公里每小时），这样的配置使它既灵活又快速，无论人类快步行走还是骑自行车，它都能跟上。
Gita机器人技术特点是：前置摄像机将会与一个特殊的白色皮带连接，并且会使用一种被称为同时地图定位（SLAM）的技术。通过该种技术，机器人就会自主创建一个3D的点云图。根据Gita机器人的特殊设计，它能够通过这个地图对自己的位置、主任的位置进行有效识别，从而利用GPS地图识别技术为主人服务。
Gita机器人的研发初衷是解放人类的双手，有了它，我们逛完超市不用手提一大包食物回家， Gita机器人可以帮助我们运货。它存在的目的是为了承担这些运输类的简单的工作，让人类去做更复杂有意义的工作，由此可见，它应用于快递行业的前景也很广阔。
以色列：Transwheel快递机器车
Transwheel快递车（本网曾有报道）是由以色列申卡尔工程设计学院工程设计系的学生科比西卡（Kobi Shikar）2015年构思出一种新型的机器人。它最大的特别就是：能快速方便将包裹送到我们的门口，而且不论物件大小。
Transwheel快递机器车的灵感可能来源于自动平衡车，因为它使用了与赛格威（电动平衡车）类似的平衡系统，能在机器搬运手持货时能保持直立行驶。
它不同于其他快递机器人的特点是：1，Transwheel机器人配有机器手臂，可以装卸包裹。还能用机器手臂搬运货物，靠单排轮电动平衡车行驶。2，单个机器人可运小包裹，而若干机器人组合就能够运送大包裹了。也就是说，在未来使用Transwheel运送集装箱和货柜车也是极有可能实现的。
此外，在科比西卡的构想设计中，它还拥有面部识别功能，在交货时确认收货者的身份。Transwheel是西卡的毕业设计项目，他表示这些机器人可以和亚马逊的快递无人机协同工作。目前Transwheel还处在概念设计阶段，西卡希望能找到工业合伙人，研发出工作原型机。
澳洲： DRU 数字寄存装置
澳洲达美乐比萨公司（Domino's）是一家成立于1960年的国际的比萨饼外送餐厅连锁店， Patrick Doyle任首席行政官。去年，达美乐与澳洲Marathon Robotics公司合作，耗时六个月，研发出一款数字寄存装置(DRU)。该装置是世界上第一个独立的快递机器人。
这款机器人通体雪白，载有四个轮子，单程可运行20公里，其自带的系统可帮助它独自穿梭大街小巷，并且能够识别障碍物和计算最佳路径。
这款萌萌的“瓦利”DRU的内部设有温度控制系统，使得送达顾客手上的披萨“热气腾腾”，而饮料“冰凉爽口”。订餐顾客可通过输入独一无二的密码来取餐。其电池可供其行驶20公里，未来电池续航能力将得到提高。
在DRU的内部装有高度安全的摄像装置，时刻上传所拍摄画面，以防止被破坏。目前，机器人还不能爬楼梯或开门。
达美乐的执行总裁明治(Don Meij)表示：“让1.5吨重的机器人去送几百克的披萨听起来的确有些疯狂。”但传统的送外卖方式是无法满足未来的需求，但他也承认目前机器人快递做不到的还有很多。一位从送货司机起家的澳洲企业家表示，DRU可以大大节省企业成本，但他认为机器人无法完全取代快递工作。
美国：Sphero
Sphero是一家主营iPhone控制的玩具创业公司。2014年，他们发布了一段仿照亚马逊风格的宣传视频，并且将其命名为Amazon Ground。视频中，有一款大小与棒球差不多的可翻滚球形机器人， iOS设备和Android设备可以作为该机器人的控制终端。打开设备的蓝牙功能，搜寻到Sphero智能小球后，你就可以充分发挥想象力去实现一些有趣的玩法。
Sphero智能小球犹如棒球大小（直径约8cm），不透明的耐冲击聚碳酸酯外壳可确保它长久使用，多色的LED灯可以使它的颜色灵活变换，即使在黑暗中，也可以快速的找到它。
该小球不仅仅只是一个玩具，它还呈现出“无人运输”理念。它基于“机器人送货”理念而设计，因为Sphero外观圆形，与玩具球相似，如果出现在街上必定会引起市民的好奇，一旦被干扰它的故障率就会提高。因此，现在这款机器人现在只能能待在仓库或其它特定的场景。
Sphero公司表示，待Sphero条件成熟，Amazon Ground便会进入市场。
除了以上这些国外目前比较主流的地面快递机器人，国内的快递机器人也出现了，就在去年9月，国内的京东、菜鸟网络相继曝光了自己双11 的杀手锏——智能配送机器人。
京东——无人配送车：
京东作为中国最大的自营式电商企业，出于对电商物流的需求导致京东近几年在“物流技术”上颇下工夫。去年5月13日成立的京东X事业部就是京东智慧物流实验室，该实验室研发三大无人技术产品：无人仓、无人机以及无人车。去年9月，京东曝光的京东无人配送车就是出自京东X事业部。
京东无人配送具有以下特点：
1，体积较小，长宽高分别为1m、0.8m、0.6m，具备6个不同大小的载货舱，可以按照既定路线自动导航行驶，并具备路径规划、智能避障、车道保持、智能跟随等功能；
2，无人车在配送站完成商品装载，根据目的地进行自主路径规划，寻找最短路径并规避拥堵路段；
3，避障+识别红绿灯：在行驶过程中，遇到行人、宠物、车辆等障碍物，可以进行避障，绕路行驶，遇到十字路口，可以识别红绿灯做出相应行驶决策；
目前，京东无人配送车已在写字楼、自提柜、居民区便民店、别墅区等场所完成了测试。
京东方面表示，京东无人车随后将逐步实现常态化配送服务，希望通过技术进步将人们从繁重的体力劳动中解放出来，并全面提升运营效率。
菜鸟——机器人“小G”：
成立于日的菜鸟网络科技有限公司隶属于阿里巴巴集团。电商领域，阿里巴巴和京东算是竞争对手。京东的无人配送车都曝光了，菜鸟网络自然不甘落后。去年9月，菜鸟网络也发布了旗下E.T.物流实验室研发的首款末端配送机器人小G。
小G是一款专门用于“快递最后一公里”而生的配送机器人，它拥有像强大的独立思考能力和计算能力，不仅自己会上电梯、感知电梯的拥挤程度，甚至还能识别路上的行人、车辆，智能规划路线。
小G身高1米左右，每次配送大概能装10-20个包裹。用户只要通过手机向小G发出服务需求，他会与TMS（运输管理系统）对接规划最优配送路径，将物品送到指定位置，用户可通过电子扫描签收。
在配送过程中，小G采用了激光与视觉并行的SLAM方案，能够观察周边的复杂环境，并在系统中建立自己的多维世界，运用自适应粒子滤波算法，能够对动态实体进行准确的轨迹预测，避让行人、车辆，自己乘坐电梯，感知电梯的拥挤程度，选择乘坐。
目前，小G已在阿里巴巴位于杭州西溪湿地的总部进行测试。据说未来菜鸟希望能与高端写字楼、校园达成合作。
真机智能——真机地虎机器人
以上两款快递机器人是目前国内已经研发完成并经过测试的快递机器人，除此之外，还有一家初创企业正在研发快递机器人，那就是真机智能。
北京真机智能科技有限公司算是“中国版的Starship的实践者”。专注为物流最后一公里提供机器人解决方案。其主推的产品是真机地虎机器人。
该产品是一台承重20KG的六轮小车，最远可覆盖方圆2公里范围，电池续航8小时。机器人内包含CPU、GPU、IMU、3D激光雷达、摄像头等硬件。
真机智能的CEO叫刘智勇，曾为阿里巴巴“瓦力超级大脑”项目负责人。所以，乍一看真机递虎的机器人外观很像“瓦力”，据了解，该产品是一个适用于大学园区快递的机器人服务方案。其背后有三部分核心技术：
1，基于3D激光雷达的SLAM算法；
2，基于深度学习的物体检测技术；
3，基于机器学习的控制技术。
纵观以上这些智能快递机器人，虽然如今有小部分已在国外超市等地投入使用，但大部分都只是设计出了雏形，或正在研发当中、测试当中，并未有大规模量产和投入使用。因此，此前很多人都认为快递机器人不可能实现，但在当今这技术正以跳跃式的方式前进的时代，无论是人工智能，还是机器学习，都已经不可阻挡地进入了我们的生活。即使将来快递机器人不会完全替代快递小哥，但也必会成为未来末端配送的发展趋势之一。
ok！聊完地面快递机器人，该来聊一聊天上“飞”的机器人——无人机了！相比于地面无人驾驶快递车，无人驾驶送货飞机就熟悉多了，也较为常见。
无人驾驶飞机简称“无人机”。早在20世纪20年代就已出现。1914年第一次世界大战期间，英国的卡德尔和皮切尔两位将军提议，研制一种不用人驾驶的飞机用于头放炸弹。这一设想立即得到当时英国军事航空学会理事长戴·亨德森爵士的认同，而后A.M.洛教授率领一班人马研制出无人机。
早期无人机只用于军事领域，因此军用无人机技术较为成熟。现在，无人机仍然是军事斗争的重要武器之一。但随着社会的发展，无人机已经逐步在城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、视频拍摄等行业开始运用。并且，近两年，无人机在物流行业发展最快速也最火热！
说到无人机送货，我们不得不提到亚马逊！亚马逊是最高调宣布自己的“无人机梦”的企业。也是较早提出“无人机送货”概念的企业。
2014年，亚马逊提出了无人送货概念。2015年11月，亚马逊在YouTube发布了一则其快递无人机Prime Air的宣传视频，第一次公布Prime Air原型机。2016年，亚马逊则完成了第一次送货测试。
亚马逊无人机颠覆了以往无人机的设计，外观上看，不再是我们此前定义中的四旋翼无人机，而更像个纸飞机。
Prime Air底部中心位置有一个放置货品的地方，一次携带的货品重量在5英镑以内。它的特点是采用了双螺旋浆系统，一个用于垂直起飞，一个是快到目的地后降落时启动。
在第一次测试送货时，第一批购买了Prime Air送货服务的消费者下单了一个 Amazon电视盒和一包爆米花。无人机在货运中心装上货后在履带上前进，随后飞向天空。整个飞行过程、降落全部自行控制，按照最初的设计理念，送货时间不超过 30分钟。
与亚马逊相差不了多少时日的谷歌也很早就公布其无人机送货研发计划Project Wing。随后，无人机送货就像一阵风，刮便了全球。较具代表性的电商企业沃尔玛、日本电商巨头Rakuten、零售巨头7-11、中国电商巨头京东和阿里巴巴以及快递企业DHL、UPS、法国邮政GeoPost、瑞士邮政、联邦FedEx、中国邮政、中国顺丰速运等，都相继进行了无人机送货测试。
这一例接一例的成功示范无疑推动了整个无人机快递市场新一轮的快速发展。伴随而来的就是大量的无人机制造商应运而生。
除谷歌、亚马逊、京东这类自主研发无人机的企业不说，还有美国初创公司Workhorse、mattermark、Robotics、Skycatch、Airware、Zipline、Flirtey（运送医疗货物）以及国内的大疆、迅蚁、海康威视、昊翔、EHang亿航、极飞科技、飞豹、安果智拍、一飞智控、紫燕无人机等。其中，国内比较具有代表性的企业有迅蚁、大疆。
大疆大家都不陌生，它是目前国内最大的无人机制造商。大疆2006年成立，其客户已经遍布全球100多个国家。在中国的无人机市场，大疆甚至成了无人机的一个标志。“无人机送货”热起来以后，大疆跟多家企业都有合作。
例如，顺丰已经和大疆公司合作研发无人机送货，沃尔玛也计划使用大疆完成无人机送货。
相比于大疆，2015年8月成立的无人机初创企业北京迅蚁网络科技公司（以下简称“迅蚁”）就“年轻”很多。但是不同于大疆的是，迅蚁是一家专门针对“智能物流技术”而推出解决方案的企业，从成立到现在，发展也是非常迅速。迅蚁的创始团队中有多位来自北航的技术专家，在飞行器设计、人工智能、自动控制、大数据领域有着丰富的产品开发经验。
迅蚁针对偏远地区站到站的物流场景，开发出了捷雁TR5无人机速运系统。整个无人机速运系统包含TR5无人机、捷雁云（无人机监控调度系统）、捷雁APP。
捷雁TR5物流无人机最大载重5kg，最大航程20km，可实现自主化运行、高精度控制与定位，并具有较低的硬件成本。与目前市场上其它研究无人机送货的公司相比，其优势在于无人机自动装卸货、无需人工遥控、精准定位投放。
2016年9月，迅蚁与中国邮政合作，在浙江安吉开通了第一条无人机邮路，截止12月为止，开通了4条邮路，并正式投入常态化运营。真正做到了将无人机配送正式商用化。此外，迅蚁还和杭州生鲜电商一番选合作提供别墅区无人机送餐服务（本网曾报道）。
自动化无人机快递系统作为提升快递的投递效率和服务质量的一种前沿技术，它的优势十分明显，例如：可替代人工投送快递，减少人力使用降低成本；能有效应对订单量的巨额增长，消除快递“爆仓”的危险；无人机在规定的范围内可以做到当日达；天上飞不会堵车；可以实现同城物流的加急业务，加快物流网点、终端之间的流转率等。
但更多的人认为他不可能实现，尤其是在中国。
这些质疑的根据大多基于以下几点原因：一是受制于目前的国家航空管制政策，二是技术上的瓶颈难以解决，如无人机续航、避障等难点；三是认为无人机送货成本颇高，大规模使用不现实；四是考虑到中国的国情，例如中国人口多，网购用户分布密集，无人机满天飞也存在安全问题等。
不过，在我看来，任何事情都不能速下定论。科学技术已经改变了人类的出行方式，社交方式，生活方式……也许就实现了呢？！智能快递机器人和无人机是噱头也好，趋势也好，他们至少证明了一点：快递物流行业是劳动密集型的行业，这个行业转型已迫在眉睫，机器人可以减轻劳动生产力甚至代替人工，所以它是重构物流模式和物流网络的关键技术之一。未来，智能化的物流系统是大势所趋！
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西南交通大学
研究生学位论文
二零一一级
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电子与通信工程
指导老师 闫连山 教授
二零一四年五月十六曰
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JiaotongUniversity
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