桌面式餐厅服务机器人项目规划.docx

桌面式餐厅服务机器人项目规划 摘要：随着生活水平的提高，餐厅服务不断升级开始采用餐厅服务机器人的服务方式来吸引顾客。传统的餐厅服务机器人仅仅是代替了服务员的一些技术能力；智能的餐厅服务机器人则在能够在代替大多服务员的基础上增强了互动性和娱乐性；人性化的智能型的餐厅服务机器人是指娱乐互动性强并且具有服务员特有的“人情味”的机器人。目前来看，人性化的智能型的餐厅服务机器人在市场上具有较小的比例。本文主要介绍了桌面式餐厅服务机器人的设计和开发的全过程。通过对桌面式餐厅服务机器人软件编程和机械部分（硬件）的设计、材料的选择，使实现餐厅服务机器人达到相应的功能。关键字：Arduino控制板，ARM开发板， JAVA编程语言，机器人，餐厅，桌面1.引言 服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有利于人类健康的服务工作并且很贴近人们的生活。如今的服务机器人在技术上的进步不容小觑，但是却没有十分贴近老百姓的生活；例如在中国，许多人从未见识过餐厅服务机器人。这些餐厅服务机器人无法普及老百姓的原因大概有以下三个方面：第一是政府不会让能够代替人工服务员的机器人普及，因为失业率会大幅度的受到影响；第二是此类机器人价位太高，普通餐馆无法承受；第三是大多餐厅竞争的主要是自身的服务（例如效率高、为消费者想得周全），但是大多数机器人缺少人性化服务。针对这一情况，在一些特殊仿人的服务机器人的技术需继续进步的同时，餐厅服务机器人的发展和应用，需要在某些功能方面得到更好的使用。2.市场情况与本产品简介2.1 餐厅服务机器人的发展与市场需求 1999年第一台餐厅服务机器人Alfred在加拿大诞生, 其产品能够通过语音识别技术和安装在其本体的笔记本电脑显示出脸部表情与客户交流，但是其语音识别技术识别正确率低，脸部表情也略不自然【1】。2006年香港从美国加拿大引进的餐厅服务机器人开发了迎客，点菜，跳舞的功能为餐厅减压，也为顾客展现科技感和些许的互动性。2010年于山东济南一个机器人餐厅，共11台机器人，具有沿轨道送菜，表演，舞蹈的功能为顾客助兴。2012年，香港第二家机器人餐厅中的餐厅服务机器人能够打招呼，炒菜，点菜，送菜，收账，打包剩菜和清洗消毒餐具，代替了许多服务员。2013年，哈尔滨机器人餐厅，其餐厅共有18台机器人，能够达到煮水饺，煮面，炒菜，送餐，传菜，迎宾，收费的功能【2】。 通过以上的餐厅服务机器人的历史实例，可分析得出，目前餐厅服务机器人可以在一定程度上代替人工服务员，但是与顾客的互动以及给顾客带来的娱乐性还不够，因体型和价位普及到大众餐馆也更是困难。对比来讲，目前的餐厅服务机器人与人们对其的期望存在较大的差别，下列表格（表格 1）列出了目前机器人和市场需求的对比。特点目前餐厅机器人市场需求备注表示具有此特点表示不具有此特点具备服务员的技术 外貌有型娱乐性强较强科技感强互动性强人性化服务体型大适合推广普及 表格 1 通过对比分析得出，若要满足市场需求，人们不能仅仅注重“仿服务员”的方面，更为重要的是增强娱乐互动性并且要能普及，让多数老百姓能够体验高科技带来的方便和乐趣。2.2 桌面式餐厅服务机器人与市场需求 体型小，可固定在餐厅包间的桌子的一边上，能在一定程度的辅助餐厅服务人员。消费者能在用餐全程和餐厅机器人互动，感受到餐厅服务机器人带来的乐趣和温馨提示。下列表格（表格 2）列出了桌面式餐厅服务机器人与市场需求的对比特点本产品期望值备注 表示具有此特点表示不具有此特点具备服务员的技术 仅仅只能辅助服务员外貌有型 娱乐性强 科技感强 互动性强 人性化服务 体型大 适合推广普及 表格 22.3 桌面式餐厅服务机器人与其他点菜系统对比 若设计成此类桌面式餐厅机器人，竞争对手便成为了现在的餐厅电子菜单和餐厅信息机。下列表格（表格3）列出了桌面式餐厅服务机器人与电子菜单、餐桌信息机的对比。特点电子菜单（图1）餐桌信息机（图2）桌面餐厅机器人互动性强娱乐性强功能性强数据挖掘性强性价比高 表格 3 图 1 图 2 相比之下，桌面式餐厅服务机器人不仅能够做到平板电脑和餐厅信息机的功能解决人资问题、加快落单时间、提升餐厅档次，还能提供与消费者们娱乐互动的功能和体验式的消费过程。 3.总体设计3.1桌面式餐厅机器人的要求。 尽可能的人性化服务，让机器人变得体贴。 机器人能够实现和食客全程互动。3.2本产品理念 让桌面式餐厅服务机器人提高与顾客的互动性，减少手机在餐桌上的使用，让餐桌再无低头党。当下，手机对人们的社交生活产生了很大的影响，许多人一上饭桌就开始拿出手机玩而不是和身旁的人交流。 为解决此问题，本产品所有的娱乐互动功能都是与整张桌子的人互动，以此促进人们在现实生活中的交流社交。 同餐厅达到双赢。 桌面式餐厅服务机器与人们之间的互动娱乐功能能够吸引更多顾客来到餐厅用餐。 2.机器人能够收集人们对此餐厅的建议，以此让餐厅在配菜方面更有目的性，从而获得更多利润。桌面式餐厅服务机器人价格实惠、能给大众带来体验式的消费过程并且能够给餐厅带来双赢，这些特点都能够让其得到推广普及。3.3总体设计总体设计机械，控制，界面软件机械总体设计软件整体设计原理图设计各方案确定材料制作零件加工机构组装原理图制作PCB制作控制软件编写各模块整合使用Java语言子程序编写程序整合总装整合，调试外型包装4.外观与硬件设计4.1结构简介（图3）本产品主要使用Arduino控制板或ARM开发板进行硬件软件的输入和输出；按钮、音量调节键、“服务员”按钮、表情屏、屏幕、音量输入输出设备，控制嘴巴闭合的舵机、手臂旋转的步进电机和其热敏电阻光敏电阻和腰部旋转的步进电机均连接于ARM开发板或者Arduino 控制板。由后台服务台、顾客对屏幕按钮的操作、音量调控器、JAVA程序、录音口、声音输入、热敏电阻、光敏电阻对ARM开发板进行输入；输出于屏幕、语音输出、舵机、步进电机、服务后台。 图 34.2硬件功能-眼部表情屏。-当机器人语音时，ARM开发板发动舵机使嘴巴闭合。-当机器人打招呼时，手臂可抬起与顾客握手，当手臂感应到顾客的手时，手臂可前后轻摆。-当机器人打招呼时，腰部可旋转。顾客想要旋转腰部时，可手动旋转。4.3外观材料选择 帽子和围着头部的部分采用食用性软硅胶，此材料属环保硅胶的一种，无毒，无气味，弹性好，适合使用于机器人的装饰部分【3】。ABS塑胶是头部身体以及腿部外观材料的最好选择，该塑胶具有良好的电镀性和耐热性，适用于机器人的“皮肤”。4.4机械结构4.4.1下颌机构（图4） 下颌的运动能够带动嘴唇的闭合，因此将下颌绕水平方向的转动简化嘴巴的4个自由度。 该自由度由双摇杆机构实现，舵机半周转带动下颌上下转动30度；下颌水平向上10度表示闭合，向下20度表示敞开，张开幅度为20mm【4】。 当机器人发出语音时，Arduino控制板或ARM开发板将带动电机转动，以此实现“说话嘴动”的功能。 图 4 图 5 图 64.4.2 手臂机构（图5图6） 本产品手臂内侧附有负温度系数热敏电阻器（图7右），此电阻器对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值，在温度越高时电阻值越低。人体的手指温度一般在28-37度【5】，本产品将会在Arduino控制板或者ARM开发板中输入一个固定的电阻值，一旦低于它便符合启动步进发动机的第一个条件。第二个条件是为了防止房间温度整体升高而被误判，将光敏电阻（图7左）安装在热敏电阻的旁边，当光照变亮电阻变小到一定的值后以满足第二个条件。两个条件都满足后，电机将启动带动手臂前后摇摆。 图 7 图 84.4.3 腰部旋转机构 身体内部安装一个轴承（图8右）固定在内部的两旁，腿上安装一个轴承，用轴将两个轴承连接在一起，底部安装有电机（图8左），步进电动机连接于Arduino控制板或者ARM开发板上。因此，当机器人打招呼需要腰部旋转时，并启动步进电动机使腰部旋转。另外，腰部也可手动旋转，以便与让一些处在看不见机器人屏幕位置的人手动旋转腰部浏览屏幕内容。5.软件功能设计5.1 简介使用Java语言进行软件编程，程序大致分为5个模块：点菜前，点菜，等菜，上菜和饭后。5.2 点菜 界面首先会进入菜品的大类别（图9左），当顾客选择大类别后，界面进入详细菜品（图9中间），界面右上角有“菜品清单”的按钮，点击进入已经点的菜品清单（图9右）；右下角为“点菜完成”，点击进入“菜品清单”并弹出确认窗口，这时机器人则会语音提示菜品数量和价格。界面上对于每个菜品的介绍一般只是菜名，小图和价格，在每格菜品的左下角是一个确定符号，点击后此菜品则加入“菜品清单”；在每格菜品的右下角是一个问号，点击后机器人将语音介绍此菜品特点。 图 95.3 等菜 界面会进入娱乐互动功能，所有功能均是和餐桌上所有人的食客们互动。右下角有“菜来了”的按钮，由服务员点击，点击后进入“菜品清单”，相应菜品被点击后，机器人将语音介绍菜品注意事项。5.4 上菜 待菜品上完，界面（图10）将进入辅助服务员和少许娱乐功能，类似“没有纸巾了”“需要添菜”“伴奏音乐”“新闻播报”等。右下角有“吃完了”按钮，点击后输出信号给服务后台，服务员便来结账收盘，并且界面进入下一个部分。 图 11 图 105.5 吃完饭界面（图11）将显示“再玩一会”“周边逛逛”“直接走了”三个按钮，若点击“再玩一会”，程序将回到“等菜”的步骤，10分钟后界面自动弹回到图11，“再玩一下”标签会变暗，不能再次点击。 在用餐结束后，顾客可扫描其二维码下载外卖点餐应用，以便提高餐馆外卖数量。若点击“周边逛逛”，程序会进入聊天界面开始语音帮助，顾客可说出想要逛的地方的关键词，机器人将显示该地方的地图（引用虫洞技术）。结束后，机器人将通过问几个问题来自动询问顾客对餐厅的建议，机器人将把顾客的语音录入储存。若点击“直接走了”，机器人将询问是否需要打出租车，若需要，程序则进入滴滴打车，结束后机器人将通过问几个问题来自动询问顾客对餐厅的建议，机器人将把顾客的语音录入储存；若否，机器人将直接进入询问程序。5.6 还需进一步研究的方案5.6.1屏幕采用触摸屏 触摸屏可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其中矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台；红外线技术触摸屏价格低廉，但其外框易碎，容易产生光干扰，曲面情况下失真；电容技术触摸屏设计构思合理，但其图像失真问题很难得到根本解决，价格颇高；电阻技术触摸屏的定位准确，但其价格颇高，且怕刮易损；表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，清晰不容易被损坏，适于各种场合，缺点是屏幕表面如果有水滴和尘土会使触摸屏变的迟钝，甚至不工作【6】。 对于餐厅服务机器人，水滴尘土会影响触摸屏效率的和容易损坏不适宜采用，因此可选触摸屏只能是电容技术触摸屏。 5.6.2 非触摸屏和按键手机按键包括硅胶按键、p+r按键和塑胶按键三种分类，起初传统的手机都是采用塑胶按键，但是其寿命比硅胶按键、p+r按键要短的多，塑胶按键大概寿命约在3万次点击次数，而硅胶按键和p+r按键则是达到20万点击次数以上，并且塑胶按键是没有弹性的，所以硅胶按键和p+r按键是较好的选择。再者，p+r按键是硅胶按键和塑胶按键相结合的产物，因此可选按键是硅胶按键。【7】 5.6.3 比较 通过对比以上两个方案的阐述，各有各自的优缺点。屏幕采用触摸屏这一方案好处为-使用更为方便快捷；缺点为-易给屏幕留下印记；非触摸屏和按键这一方案的好处为-不易给屏幕造成伤害；缺点为-使用上不如触摸屏方便快捷。对于具体使用哪一个方案，还需进一步的学习和研究。6.延伸功能 对于一些大型连