外卖无人配送系统研究与交互设计分析

王黎雪 王嘉毅 张志强

淮阴工学院 江苏淮安 223200

一、外卖无人配送系统运行流程

本文无人外卖配送系统研究采用了无人配送车和送货小车结合起来的设计理念,由双车共同完成外卖配送流程。由于无人配送小车无法完成长距离运输的工作,因此大车负责长途路线的配送,小车用来最后短距离内的单元楼层上的配送,无人配送系统在人、机、环境协作过程中,更好地实现商家-无人配送车-行驶路线规划-用户之间的信息对接与传达。

首先是对外卖无人配送市场和同类产品进行了分析,对无人配送系统具体的服务流程和信息的交互方式进行了拓展性分析,总结出外卖配送的详细流程大致可以概括为用户下单、商家接单、放置外卖、途中配送、抵达目的地、小车送货(电梯或者爬楼梯)、返回大车内部、大车前往集中充电仓。交互设计内容主要包括以下几个方面:一是无人运输系统与商家的交互设计,包括商家信息确认的设计、商家将外卖放入无人配送车的设计、放入车中的具体位置设计、外卖的保温固定装置的设计;二是无人配送系统和平台在送货状态的设计,包括无人配送将外卖转移到实际配送终端无人车、小型配送车的转运方式设计、实际配送终端小车与外卖在无人配送车内的布局设计、实际配送终端小车与外卖的固定方式设计、实际配送终端的在无人运输车的出发方式设计;三是无人运输系统与用户的交互设计,包括不同实际配送终端抵达用户位置的方案设计、用户信息确认的设计、用户取货及无人配送车返回的系统设计。

二、外卖无人配送系统应用技术分析

无人配送系统在运行中主要依靠自动监控与防护技术、无人驾驶技术、自动驾驶技术,通过感知(传感器与创建环境地图)、规划(寻找最优化路径)与执行(驱动车辆自动驾驶和安全功能)三个层面来实现外卖无人配送任务[1]。随着技术的进步和政策的完善,未来将在开放式道路和封闭路段均可运行,应用场景广泛。软件方面,通过在供需两端构建信息交互平台配合5G、大数据分析、路径智能规划等新锐技术,形成对无人配送系统实际运行的技术支持。硬件方面,无人配送系统采用无人运输车、小型终端配送车形成一套立体智能外卖配送系统,极大地提高整个配送流程中的配送效率。

三、外卖配送系统交互流程的功能与信息逻辑

在每个交互流程中,功能信息传达和逻辑表现是无法避免的,大致可以分为:外卖存储时,商家与无人配送车的信息交互;在放置好外卖后,外卖盒与终端配送车的信息交互;在配送过程中,配送车与环境之间的信息交互,配送车之间以及配送车与外卖员间的信息交互等。

首先是外卖存储。商家扫描有外卖单号的二维码,将二维码放置到配送车前方的扫描识别器上,为了用户使用起来更方便,识别器位于车的上前方,这样无论在哪儿一投放,外卖都要在同一个规定地方完成订单信息的输入任务,尽可能地降低出错率和找不到的情况。一个订单对应着一个外卖盒,根据指令传输,配送车将对车内外卖存储盒使用情况进行分析,打开未在使用中的外卖储物盒,盒子上方对应无人配送车的车顶,车顶的打开方式是它先向上顶出然后平移到左右两侧,车顶打开后,外卖盒随之打开,按照外卖盒闪烁灯光和语音提示,等待商家放入货物,系统核实无误后,盒体关闭。那么小车将外卖盒从大车上运出去,它从大车到小车上的转运方式是什么呢?在运输过程中,它是以履带传递的方式实现外卖盒运输和转移,利用履带上方的隔板将盒子平推至小车中间承载区域这一方式,完成转移任务。此外,外卖盒稳定放置在小车上后,会依靠盒体下方以及小车表面底盘的磁吸装置进行吸附固定。外卖盒随着履带的传送开始运输,盒子到小车边缘处,履带上带有磁吸功能凸起的组块会将外卖盒平推到小车底盘中间位置,外卖盒的转运主要依靠小车底盘上表面以及盒体下表面的磁吸装置,完成外卖盒从履带到小车上的移动。那么盒体从终端小车到大的配送车的转移方式是怎样的?它是通过处在履带上的隔板(用于配送车推出盒体部件的)上凸出的部分,以电磁力将盒体往回吸到履带上,用原履带将外卖盒送回侧边。外卖盒转运至小车上后,完成终端配送,终端配送形式有四种,包括用户自取、保温箱放置、外卖存取柜寄存、乘坐电梯或者爬楼对外卖直接送达[2]。以下描述将从具备代表性的配送小车爬楼送外卖展开,配送小车爬楼要满足以下条件:一要保持外卖盒的稳定,没有大幅度的左右摇晃和掉落;二是要踏步,登楼梯前进。保持稳定前进,首先,小车轮子外形和材质要进行设计,绘制不同轮子设计的方案,进行推敲验证,要保证轮子能轻松压过楼梯。最终确定采用类似齿轮的大轮子,结构参考了挖掘机的车轮的应用原理,它在运作时是通过轮子内部的棱,压在楼梯上,然后就找到了重力支撑的着力点,因此轮子就获得了动力,实现轮子在楼梯上的前进上升。其次,外卖盒尽量要保持水平,在斜坡楼梯上时,可以参考液压装置原理,在小车内部装置陀螺仪,当它检测到角度变化,会提示装置保持平衡,液压装置就会启动,在往上爬楼梯的过程中,液压装置会抬起吸附在装置上的外卖盒后面一端,前面一端通过固定轴进行连接,外卖盒就可以稳定地存在于小车上了。

接着是小车到达用户处,用户取货,用户扫描外卖盒体上方二维码取货,取出外卖。因此人们拿取外卖的高度要符合人体站立拿东西时的最佳尺寸,根据人机工程学的相关理论知识,小车整体高度设置在70cm左右。此外,外卖盒打开的方向正对着用户所处小车前方,用户直接就可以看到自己的外卖,这样的打开方式更符合人们平时开盒的习惯,具有视觉冲击力,体验感较舒适;完成订单送货后,如果没有接收其他送货订单,无人配送货车需要前往集中的充电仓进行充电,如果在路途中遇到了突发问题如遇到错误指令识别、停止不动或者复杂的场景等特殊情况时,会采用人机协同的方式进行配送。这时,配送车会及时将出错信息和订单数量反馈给外卖员以及配送系统服务平台,外卖员会按照配送车的定位,找到车所在位置,检查出错原因,确保无故障后,可继续进行配送;如果车已坏,就要转运外卖订单给其他配送车,无人配送系统会分派在附近区域运行的配送车继续完成配送任务,由前往检查的外卖员将外卖盒里的货物取出,扫描配送车前往识别器,将订单信息核实好后,就可以将外卖一单单地转移放置到另一辆车内的外卖盒内,然后配送车继续前往送货点。最终由拖车拉走出问题的配送车,到集中分配的充电仓服务点进行维修。

四、功能实现的结构

为了更好地实现外卖无人配送系统流程服务,需要对其配送机器进行结构功能再设计,设计时要将内部的结构与外部形态结合起来,对配送车内的布局方式和结构装置的摆放进行合理规划和逻辑分析,充分利用好空间,使各个结构部件有序地进行配合。根据车内布局方式和运输条件,无人配送车内部主要涉及以下几个装置:整体布局和配送模式采用的是大车+小车双组合的形式,横向三段,左右为放置标准盒体,中段为小车位于大车内中间位置,上层放置盒体,下层中间终端配送小车运行,两边放置动力结构和电池;车顶一共分为六块,对应着六个外卖盒,每一块的打开方式都是先向上顶出平移到左右两侧,车顶打开后,外卖盒随之打开;自降式开门方式,形成搭载坡道,从而实现配送小车的出入。外卖盒考虑到配送单子的数量和规模,外卖盒数量设置在六个,尺寸的标准是30cm×40cm×30cm,在车两侧各有三个。其次,考虑到人机工程学的知识与原理,外卖盒布局方式位于无人配送车的两侧,呈对称分布,一侧各有三个,为了提高标准化,外卖盒采用统一尺寸。

在大车装载好订单外卖盒子后,依靠大车底部铺设的轨道完成前进和倒车的,小车负责将外卖盒转运到其上方,然后小车与外卖盒就成为一个整体,从大车内行驶出来。无人配送车底面中间的部分铺设小车行驶轨道的设计,轨道延伸至车门处。小车到车门后,配送车的门缓缓降落,形成搭载的斜坡,车门内部轨道要与车底面的小车行驶轨道准确对接起来,车门高度在78cm左右,配送车距离地面是30cm,由三角函数得sinα约等于0.384,计算出坡道与地面的角度在22°左右,因此小车沿着轨道就可以顺利地到达道路上。接着是运输外卖盒的履带:履带数量是六条,并联在一起,共用同一电源,通过支架固定在车的底面和侧面上,主要负责运输传递外卖盒,动力装置放置在履带下方,不占据更多空间的同时也提高了整体的美观性、完整性;同时,每条履带上方会放置一块隔板,为了减少履带分布的长度和外卖盒位置的方便转移,在隔板上另外增加了一个小凸块,内含磁吸装置,将盒体准确地推到无人配送车中心,主要负责准确地使外卖盒前进和顶出到小车底盘上等任务,通过无人机顶部平台与配送车盒体放置的平台等高,来方便盒体的转移。

五、外卖无人配送交互体验和设计内容

交互体现在各个方面,包括外卖无人配送车的外观视觉设计,结构、功能实现与外观互相配合、互相体现的方式,人与机在不同环境下的交互体验和使用方法。交互体验设计从以下来展开,首先是外观视觉设计:无人配送车外部形态与风格确立,圆润流畅的曲线附之以可爱拟人化的设计元素,可以拉近它与用户之间的情感距离,增强使用时的愉悦感。此次设计配送车造型的风格特点是偏向于智能科技、易亲近的,交互方式简单易懂,通过细节设计如照明灯光、反光镜、显示屏,突出传达功能信息。配送服务具体交互内容与设计:(1)点餐,用户通过注册使用该系统外卖点餐相关应用APP,APP也可根据不同用户的需求、饮食习惯自动生成具备个性化的定制方案,用户在完成点餐后,由点餐系统向商家发送外卖接单通知,系统大概计算出商家制作过程的时间,然后由系统分配无人配送车前往商家取货点。(2)到达商家取货点,商家确认信息(核实外卖单号和运输地址),无误后,由商家将外卖放入外卖存储盒,盒子关闭的时候,需要商家手动关闭外卖盒,在商家没有关闭外卖盒情况下,配送车检测到商家离开2min以后,会将盒子自动关闭。(3)完成装载后,小车将沿着车底面中间的部分铺设小车行驶轨道出发,轨道延伸至车门处,小车到车门后,配送车的门缓缓降落,形成搭载的斜坡,车门内部轨道要与车底面的小车行驶轨道准确对接起来,小车沿着轨道就可以顺利地到达道路上。(4)无人配送车等待商家放置好外卖后,由系统发出前进的信号,根据计算机算法和程序对道路实时情况以及配送目的地进行规划,自动排除路障、交通堵塞、施工路段等复杂场景,为系统提供最优的行驶路线,通过APP设计体现行驶地图、周边环境、距离、时间等,取得商家-配送车-用户之间的动态联系。如果不同配送点所在地距离较近,顺路就可以完成多点配送的任务,简化难度的同时,也提高了整个订单的配送效率。(5)接着是小车到达订单上用户填写的所在地或者单元楼下,通过传感器来感知方向和周边情况,对于前方的障碍物,小车会发出正在前进中请注意避让的语音信号,实现自动减速避让行人,保证运输途中的通畅无阻。小车会按照用户的配送需求,确定是用户楼下自己取餐还是由小车配送外卖至具体楼层上。第一种,用户到楼下取餐,将自己取件码对准无人配送车前方的识别器,配送车会打开与它对应的外卖盒,确认后,就可拿出自己的外卖;第二种,小车送货上楼。爬楼方式又分为两种,第一种是电梯,第二种是爬楼梯。当小车到达楼层后,小车车头会朝着用户走过来的方向,停在用户面前,打开手机订单页面,将二维码扫描外卖盒上方的识别器,外卖盒接收到信号,自动打开盒子,用户在上方拿出即可。(6)小车返回配送车车厢,到达配送车后面,车门自动降落到地面,小车沿着铺设的轨道,进入大车内,系统识别小车的电量余存,小车缺电会显示红灯,这时就需要小车对接充电板,进行充电,充电模式是即接触即充的,充电区域是位于小车底盘前方的空间。但是由于小车轮子采用的是大轮子设计,轮子会超过小车车头所在的平面位置,所以充电板在造型上需要设计成凸状,两边是对齐平整地贴在轮子边缘,中间是朝着大车内部仓所在方向凸起,小车底盘面板接触充电板,就可以很好地解决因为轮子较大、小车充电接触不到底盘的问题。

此次研究主要是通过便利化的外卖无人配送系统,建起信息交流平台。通过智能调配合理再分配现有运力,以达成运输效率最大化目标[3]。合理地对功能和结构进行剖析和再设计,解决了现有外卖配送服务的缺陷与不足。概括来说,通过以上的研究和设计想法,来提高外卖商品存放标准化、配送车内部布局规律化、交互过程顺畅化。主要解决了无人配送车内各结构的布局问题、外卖盒体从商家手中到配送车转移问题、盒体从无人配送车到终端配送小车的转移问题、终端配送小车行驶路线的问题以及小车稳定爬楼的问题。

结语

基于无人配送外卖发展的现状,本文对操作使用流程内容进行研究,分析了无人配送系统功能与信息之间的逻辑,并基于商家与用户需求、对结构如何实现功能进行了探讨,对关键功能结构原理与技术进行了列举,提出了进一步提升体验感的思路,提出了符合交互设计标准的设计方案。目前,外卖无人配送交互设计和服务流程仍存在不足之处,有很大的发展空间。因此,如何更好地构建、使用设计大数据,激发外卖无人配送系统交互流程和配送机器设计活力,从而改善人们生活,需要更加深入地探索研究和发现[4]。