餐廳服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)

蒲睿

摘 要：設(shè)計(jì)與開發(fā)桌面式餐廳服務(wù)機(jī)器人，探討其軟件編程和硬件設(shè)計(jì)、材料選擇，該餐廳服務(wù)機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)迎客、點(diǎn)菜、娛樂等功能。

關(guān)鍵詞：Arduino控制板；ARM開發(fā)板；JAVA；機(jī)器人；餐廳服務(wù)

DOIDOI：10.11907/rjdk.151169

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2015）007-0085-02

0 引言

服務(wù)型機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，它能一定程度上代替人類完成服務(wù)工作，因此非常貼近人們的生活。人性化、智能化的餐廳服務(wù)機(jī)器人具有服務(wù)員特有的“人情味”，不僅能代替服務(wù)員的工作，還增強(qiáng)了互動(dòng)性和娛樂性。

服務(wù)機(jī)器人在技術(shù)上已取得了很大進(jìn)步，但在生活中未能得到普及，主要有以下兩方面原因：一是此類機(jī)器人價(jià)位太高，普通餐廳難以承受；二是餐廳之間的競(jìng)爭(zhēng)主要是服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)，例如上菜效率高、為消費(fèi)者考慮周全等，但是大多數(shù)機(jī)器人缺乏人性化服務(wù)。針對(duì)這一情況，餐廳服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用，還需要在某些功能上加以改進(jìn)與提升。

1 餐廳服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀及功能需求

1999年，第一臺(tái)餐廳服務(wù)機(jī)器人Alfred在加拿大誕生，該機(jī)器人顯示出表情并與客戶交流，但其語(yǔ)音識(shí)別正確率低，面部表情也不是很自然[1]；2006年，香港從美國(guó)、加拿大引進(jìn)了餐廳服務(wù)機(jī)器人，具有迎客、點(diǎn)菜、跳舞功能，有較好的科技感和互動(dòng)性；2010年，山東濟(jì)南開設(shè)了機(jī)器人餐廳，引進(jìn)11臺(tái)機(jī)器人，其可以沿軌道送菜，并可進(jìn)行舞蹈等表演；2012年，香港第二家機(jī)器人餐廳中的服務(wù)機(jī)器人具有打招呼、炒菜、點(diǎn)菜、送菜、收賬、打包剩菜和清洗消毒餐具等功能，很大程度上代替了服務(wù)員工作；2013年，哈爾濱機(jī)器人餐廳的18臺(tái)機(jī)器人功能更加全面，包括煮水餃、煮面、炒菜、送餐、傳菜、迎賓、收費(fèi)等[2]。

目前餐廳服務(wù)機(jī)器人可以在一定程度上代替服務(wù)員工作，但其與顧客的互動(dòng)還不夠，且體型較大、價(jià)位偏高。結(jié)合餐廳服務(wù)機(jī)器人的市場(chǎng)需求，本文設(shè)計(jì)餐廳服務(wù)機(jī)器人的目標(biāo)是：外觀靈巧、娛樂性強(qiáng)、科技感強(qiáng)、人性化服務(wù)、可實(shí)現(xiàn)與顧客互動(dòng)、適合推廣普及。

2 開發(fā)流程

開發(fā)流程如圖1所示。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

主要使用Arduino控制板或ARM開發(fā)板進(jìn)行硬件連接與軟件的控制和輸出。按鈕、音量調(diào)節(jié)鍵、表情屏、語(yǔ)音輸入輸出設(shè)備、控制嘴巴閉合的舵機(jī)、手臂與腰部旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)等均連接于ARM開發(fā)板或Arduino 控制板。當(dāng)機(jī)器人發(fā)出語(yǔ)音時(shí)，ARM開發(fā)板發(fā)動(dòng)舵機(jī)使嘴巴閉合；當(dāng)機(jī)器人打招呼時(shí)，手臂可抬起與顧客握手，當(dāng)其手臂感應(yīng)到顧客的手時(shí)，手臂可前后輕擺。機(jī)器人打招呼時(shí)腰部可旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也可以手動(dòng)旋轉(zhuǎn)其腰部，整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 機(jī)器人結(jié)構(gòu)

3.2 材料選擇

帽子和圍著頭部的部分采用食用性軟硅膠，此材料屬于環(huán)保硅膠的一種，無毒、無氣味，彈性好，適用于機(jī)器人的裝飾[3]。ABS塑膠具有良好的電鍍性和耐熱性，是頭部、身體以及腿部外觀材料的最佳選擇，可用于制作機(jī)器人的“皮膚”。

3.3 關(guān)鍵部位機(jī)械結(jié)構(gòu)

（1）下頜結(jié)構(gòu)。下頜運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)嘴唇閉合，因此將下頜繞水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)簡(jiǎn)化為嘴巴的4個(gè)自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，由雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。舵機(jī)半周轉(zhuǎn)可帶動(dòng)下頜上下轉(zhuǎn)動(dòng)30°；下頜水平向上10°表示閉合，向下20°表示敞開，張開幅度為20mm[4]，下頜機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示。當(dāng)機(jī)器人發(fā)出語(yǔ)音時(shí)，Arduino控制板或ARM開發(fā)板將帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“嘴動(dòng)說話”的功能。

（2）手臂結(jié)構(gòu)。本產(chǎn)品手臂內(nèi)側(cè)附有負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，此電阻器對(duì)溫度敏感，不同溫度下表現(xiàn)出不同電阻值，溫度越高時(shí)電阻值越低。人體手指溫度一般為28～37℃[5]，在Arduino控制板或ARM開發(fā)板中輸入一個(gè)固定的電阻值，一旦低于此值便啟動(dòng)步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)。為預(yù)防房間溫度整體升高而被誤判的情況，將光敏電阻安裝在熱敏電阻旁邊，當(dāng)光照變亮、電阻變小到一定值后電機(jī)將啟動(dòng)，帶動(dòng)手臂前后搖擺（見圖4）。

（3）腰部旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。安裝一個(gè)軸承固定在腰部?jī)膳?，腿上安裝一個(gè)軸承，用軸將兩個(gè)軸承連接在一起。底部安裝電機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連接于Arduino控制板或ARM開發(fā)板上。因此，當(dāng)機(jī)器人打招呼時(shí)啟動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)使腰部旋轉(zhuǎn)。另外，腰部也可手動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以便于顧客瀏覽屏幕內(nèi)容。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

使用Java語(yǔ)言進(jìn)行軟件編程，根據(jù)顧客使用流程設(shè)計(jì)了4個(gè)模塊：點(diǎn)菜、娛樂互動(dòng)、上菜和其它輔助功能。

4.1 點(diǎn)菜

界面首先呈現(xiàn)菜品大類別，當(dāng)顧客選擇大類別后，進(jìn)入詳細(xì)菜品，界面右上角有“菜品清單”按鈕，點(diǎn)擊可查看已點(diǎn)菜品清單；右下角設(shè)置“點(diǎn)菜完成”按鈕，點(diǎn)擊進(jìn)入“菜品清單”并彈出確認(rèn)窗口，這時(shí)機(jī)器人會(huì)語(yǔ)音提示菜品數(shù)量和價(jià)格。對(duì)每個(gè)菜品呈現(xiàn)其菜名、價(jià)格和圖片，在每個(gè)菜品左下角設(shè)置確定按鈕，點(diǎn)擊后該菜品即加入“菜品清單”；在每格菜品的右下角設(shè)置問號(hào)，點(diǎn)擊后機(jī)器人將通過語(yǔ)音對(duì)此菜品進(jìn)行介紹。

4.2 娛樂互動(dòng)

等菜時(shí)呈現(xiàn)娛樂互動(dòng)界面設(shè)置“伴奏音樂”、“新聞播報(bào)”等功能，可與顧客進(jìn)行互動(dòng)。

4.3 上菜

右下角有“菜來了”按鈕，由服務(wù)員點(diǎn)擊，點(diǎn)擊后進(jìn)入“菜品清單”，相應(yīng)菜品被點(diǎn)擊后，機(jī)器人將語(yǔ)音介紹菜品注意事項(xiàng)。待菜品上完，進(jìn)入輔助服務(wù)，點(diǎn)擊“沒有紙巾了”、“需要添菜”即可提供相應(yīng)輔助服務(wù)。右下角有“吃完了”按鈕，點(diǎn)擊后信號(hào)輸出給服務(wù)后臺(tái)，服務(wù)員便來結(jié)賬收盤。

4.4 其它輔助功能

用餐完畢后，界面將顯示“再玩一會(huì)”、“周邊逛逛”、“直接走了”3個(gè)按鈕，若點(diǎn)擊“再玩一會(huì)”，程序?qū)⒒氐健暗炔恕钡牟襟E，10分鐘后界面自動(dòng)彈回到主界面，“再玩一會(huì)”標(biāo)簽會(huì)變暗，不能再次點(diǎn)擊；若點(diǎn)擊“周邊逛逛”，程序進(jìn)入聊天界面開始語(yǔ)音幫助，顧客可說出目的地，將顯示該地地圖；若點(diǎn)擊“直接走了”，機(jī)器人將詢問是否需要乘坐出租車，若需要，程序則進(jìn)入滴滴打車。此外，還可通過語(yǔ)音詢問顧客對(duì)餐廳的建議，機(jī)器人將把顧客的語(yǔ)音錄入儲(chǔ)存。

顧客還可掃描其二維碼進(jìn)行外賣點(diǎn)餐。

5 結(jié)語(yǔ)

桌面式餐廳服務(wù)機(jī)器人可以更加人性化地為客戶服務(wù)，增強(qiáng)科技感，提升用戶體驗(yàn)。對(duì)于一些大型連鎖餐飲店，桌面式餐廳服務(wù)機(jī)器人后期還可添加數(shù)據(jù)挖掘功能。通過機(jī)器學(xué)習(xí)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分類、估計(jì)、預(yù)測(cè)、分組和聚類，餐廳可掌握不同客戶的用餐喜好，提高服務(wù)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 機(jī)器人的表情介紹[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/eb1a70f7f61fb7360b4c65da.html.

[5] 鄭桐，崔世鋼，儲(chǔ)健.基于遠(yuǎn)程腦服務(wù)機(jī)器人本體設(shè)計(jì)[C].制造業(yè)自動(dòng)化與網(wǎng)絡(luò)化制造學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2004.

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（責(zé)任編輯：黃 ?。?