本文探討了空中搬運(yùn)小車(chē)在客戶(hù)終端控制下，通過(guò)搭載GPS定位傳感器，與懸掛于房梁下方的軌道布局和獨(dú)特設(shè)計(jì)的菜品盛放容器配合，打造新型的基于空中搬運(yùn)小車(chē)的無(wú)人餐廳智能服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)顧客自助點(diǎn)餐、空中小車(chē)送餐、回收餐具、運(yùn)營(yíng)控制等功能，實(shí)現(xiàn)餐廳運(yùn)營(yíng)管理的自動(dòng)化、智能化。

  一、引言

  隨著技術(shù)水平的不斷提高，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正從制造業(yè)向服務(wù)業(yè)延伸，大大小小的機(jī)器人企業(yè)也如雨后春筍般涌現(xiàn)。隨著應(yīng)用場(chǎng)景的多元化，服務(wù)機(jī)器人向醫(yī)療、物流、餐飲、客服等多個(gè)行業(yè)持續(xù)滲透。我國(guó)服務(wù)機(jī)器人行業(yè)起步較晚，但受益于信息技術(shù)和人工智能的迅猛發(fā)展以及國(guó)家層面的政策利好，我國(guó)服務(wù)機(jī)器人行業(yè)將迎來(lái)巨大的機(jī)遇和發(fā)展空間。

  就目前來(lái)看，“無(wú)人化”業(yè)態(tài)模式已經(jīng)逐漸在各行各業(yè)擴(kuò)展開(kāi)來(lái)，餐飲行業(yè)也迎來(lái)了新一輪的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。“無(wú)人餐廳”的提出是將服務(wù)機(jī)器人運(yùn)用到餐飲行業(yè)中，希望通過(guò)點(diǎn)餐、收銀等各環(huán)節(jié)的數(shù)字化改造，最大程度地降低對(duì)人工的依賴(lài)，同時(shí)提供一套標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)，把服務(wù)水平的不確定性降到最低。從傳統(tǒng)餐廳到無(wú)人餐廳，是時(shí)代發(fā)展和科技進(jìn)步帶來(lái)的消費(fèi)模式的轉(zhuǎn)型升級(jí)，未來(lái)可能會(huì)逐步發(fā)展為餐飲行業(yè)的主流經(jīng)營(yíng)模式。2019年12月突然爆發(fā)的新型冠狀病毒肺炎疫情對(duì)餐飲業(yè)帶來(lái)了巨大的沖擊，全國(guó)范圍餐飲企業(yè)整體閉店，整個(gè)餐飲業(yè)損失巨大。此次疫情也給餐飲業(yè)的發(fā)展帶來(lái)思考，無(wú)人餐廳不再只是滿(mǎn)足人們獵奇心理的新時(shí)代智能產(chǎn)品，也應(yīng)該是人們對(duì)公共衛(wèi)生安全的訴求。全程無(wú)接觸式的智能化服務(wù)模式極大地降低了感染風(fēng)險(xiǎn)，在保證生活需求的同時(shí)可以保障公共衛(wèi)生安全。

  無(wú)人餐廳這一概念最早源于歐美國(guó)家。全球第一家無(wú)人餐廳Eatsa于2015年在舊金山開(kāi)業(yè)，其提倡前端“無(wú)人化”，即由顧客自行點(diǎn)單、結(jié)賬、取餐。荷蘭的連鎖餐廳BirdCall也是利用自助點(diǎn)餐機(jī)來(lái)提高前廳服務(wù)，這種前廳零服務(wù)員，后廚人員做菜備餐的模式是開(kāi)發(fā)最早的無(wú)人餐廳模式。另一種無(wú)人餐廳的模式，比如美國(guó)的Spyce餐廳，就是采用機(jī)器人做菜，將機(jī)器人放置在一個(gè)開(kāi)放式廚房?jī)?nèi)，顧客還可以獲得觀(guān)看機(jī)器人炒菜的體驗(yàn)。消費(fèi)模式的轉(zhuǎn)型升級(jí)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展也使得無(wú)人餐廳引起國(guó)內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注。但大多對(duì)無(wú)人餐廳的研究是基于在地面行走的自動(dòng)導(dǎo)引服務(wù)機(jī)器人，這對(duì)作業(yè)空間的大小、平整度、規(guī)范化要求都很高，在日益增長(zhǎng)的土地成本壓力下，這種無(wú)人餐廳的設(shè)計(jì)形式極具挑戰(zhàn)性，且單個(gè)服務(wù)機(jī)器人的投入成本較高，為提高效率所需設(shè)置服務(wù)機(jī)器人的數(shù)量也是一大難題。因此，本文提出基于空中搬運(yùn)小車(chē)的無(wú)人餐廳設(shè)計(jì)，將小車(chē)的運(yùn)行軌道鋪設(shè)于房梁下方，避免了現(xiàn)有的地面行駛智能送餐小車(chē)在用餐高峰出現(xiàn)的擁擠現(xiàn)象。設(shè)計(jì)單元盛放餐盤(pán)的容器，讓智能空中搬運(yùn)小車(chē)承擔(dān)服務(wù)員送餐和回收餐盤(pán)的功能，最終實(shí)現(xiàn)顧客自助點(diǎn)餐、空中小車(chē)送餐、回收餐具等系統(tǒng)化的無(wú)人餐廳。

  二、空中小車(chē)無(wú)人餐廳系統(tǒng)的構(gòu)成

  1.智能搬運(yùn)小車(chē)

  智能空中搬運(yùn)小車(chē)如圖1，主要包括了小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和起升機(jī)構(gòu)，接貨、卸貨、與指定餐桌對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)到點(diǎn)的精準(zhǔn)搬運(yùn)。通過(guò)超聲波傳感器進(jìn)行距離數(shù)據(jù)的采集，然后通過(guò)單片機(jī)的內(nèi)部資源進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由最終的數(shù)據(jù)輸出控制外圍電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)。硬件電路分為電源模塊(直流電源為整個(gè)系統(tǒng)供電)、超聲波傳感器模塊(實(shí)時(shí)測(cè)量與目標(biāo)之間的距離)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的前進(jìn)與避障)、智能語(yǔ)音模塊(與顧客完成一些必要的語(yǔ)言互動(dòng))等。

  智能空中搬運(yùn)小車(chē)在系統(tǒng)中主要承擔(dān)了搬運(yùn)菜品和回收餐盤(pán)的作用。小車(chē)搭載的各種傳感器設(shè)備幫助小車(chē)可以在搬運(yùn)過(guò)程中更高效流暢，實(shí)時(shí)測(cè)距，語(yǔ)音互動(dòng)。

  2.軌道系統(tǒng)

  軌道系統(tǒng)的布局吊掛在餐廳房梁為主(如圖2)，不與地面設(shè)施發(fā)生接觸，節(jié)省地面空間，同時(shí)軌道具有轉(zhuǎn)彎、轉(zhuǎn)軌的功能，布局靈活，可根據(jù)餐廳的具體土建進(jìn)行布局。軌道系統(tǒng)由彎道和直道組合布局，配合道岔系統(tǒng)可以將軌道延伸至不同位置的餐桌，可以滿(mǎn)足多臺(tái)小車(chē)同時(shí)運(yùn)行、聯(lián)合運(yùn)行。

  軌道系統(tǒng)在整個(gè)餐廳布局空間的上方，沒(méi)有占用地面空間，不會(huì)發(fā)生現(xiàn)有的地面行走的傳菜小車(chē)與餐廳走動(dòng)的人員發(fā)生互相讓路狀況而造成的時(shí)間損失。同時(shí)可以節(jié)省地面空間，相比下來(lái)可以擺放更多餐桌。軌道系統(tǒng)的布局也更加靈活，彎道直道的相互配合，如果可以配合升降系統(tǒng)的話(huà)還可以把小車(chē)的位置延伸到不同樓層的不同餐桌位置。

  3.道岔系統(tǒng)

  道岔在兩條軌道的銜接處，實(shí)現(xiàn)小車(chē)從一條軌道快速轉(zhuǎn)移到另一條軌道上的功能(如圖3)。

  道岔系統(tǒng)的使用會(huì)使整個(gè)小車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)更加靈活多變，一般會(huì)出現(xiàn)于鐵路系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)小車(chē)的快速轉(zhuǎn)軌、變軌通常需要很多的道岔裝置，為保證小車(chē)的安全行駛，道岔裝置的精度要求通常比較高，同時(shí)還需要精確定位裝置的配合，保證換軌過(guò)程中的安全性。

  道岔系統(tǒng)分為平行道岔和旋轉(zhuǎn)道岔。根據(jù)不同的工況采用相應(yīng)的道岔形式，讓小車(chē)運(yùn)行到不同的區(qū)域，同時(shí)道岔系統(tǒng)還帶有穿銷(xiāo)機(jī)構(gòu)和精確定位裝置，讓小車(chē)運(yùn)行更加安全可靠。穿銷(xiāo)保護(hù)機(jī)構(gòu)是通過(guò)旋轉(zhuǎn)推筒推送銷(xiāo)釘?shù)姆椒ǎ瓿晒ぜ黧w與上蓋的實(shí)體連接裝配。而精確定位系統(tǒng)則是在換軌和轉(zhuǎn)軌的過(guò)程中保證軌道對(duì)接的精準(zhǔn)度，保證運(yùn)輸過(guò)程中的安全性。

  4.計(jì)算機(jī)調(diào)度系統(tǒng)

  程控調(diào)度系統(tǒng)有排班調(diào)度功能，合理安排小車(chē)的傳菜順序避免發(fā)生用車(chē)沖突以及資源浪費(fèi)。隨時(shí)查看行駛軌跡、行駛速度、行駛公里數(shù)、行駛時(shí)長(zhǎng)等功能，方便對(duì)小車(chē)狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)觀(guān)測(cè)，同時(shí)也對(duì)小車(chē)的各個(gè)部件進(jìn)行監(jiān)控，保障小車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的安全性，使每一輛小車(chē)都高效率地運(yùn)行。

  另外，通過(guò)程控調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)可以查看小車(chē)運(yùn)行時(shí)間、次數(shù)和設(shè)備狀態(tài)。查看小車(chē)的運(yùn)行次數(shù)可以了解餐廳每天的營(yíng)業(yè)狀況，及時(shí)對(duì)餐廳的經(jīng)營(yíng)方式進(jìn)行調(diào)整。整個(gè)程控調(diào)度系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部的演算程序控制其他部分的運(yùn)行，包括顧客餐桌的定位、小車(chē)走形路線(xiàn)的規(guī)劃、道岔系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，都是需要程控調(diào)度系統(tǒng)的控制。

  三、方案設(shè)計(jì)

  1.功能區(qū)域劃分

  系統(tǒng)的整個(gè)布局區(qū)域分為六個(gè)區(qū)，包括吧臺(tái)、用餐區(qū)、后廚、清潔區(qū)、儲(chǔ)藏間和其他使用場(chǎng)所。智能小車(chē)系統(tǒng)主要在用餐區(qū)、后廚和清潔區(qū)運(yùn)行。

  用餐區(qū)主要分布了三種類(lèi)型的桌子，有適合2~3人坐的放一個(gè)容器單位的小桌，適合4~8人坐的放兩個(gè)容器單位的中號(hào)桌，還有適合大型聚會(huì)的放4個(gè)容器單位的大桌。后廚的區(qū)域主要包括明檔區(qū)、備餐間、主操作間。清潔區(qū)主要負(fù)責(zé)回收的容器和餐盤(pán)的清洗消毒，然后放置到與明檔相連的輸送機(jī)上。輸送機(jī)分為兩層，上層輸送容器內(nèi)放置餐盤(pán)的有凹槽的板子，下層輸送容器的四周有擋板，當(dāng)廚師在板子上放置好餐盤(pán)時(shí)啟動(dòng)升降裝置，容器四周升起并托起放有餐盤(pán)的板子，小車(chē)夾抱起整個(gè)容器送往指定地點(diǎn)。

  2.送餐功能模塊的設(shè)計(jì)

  (1)物料單元

  根據(jù)餐廳的整體需求設(shè)計(jì)了用于盛放餐盤(pán)的傳菜容器(如圖4)，容器可拆分為底板和圍板兩部分。

  盛放餐盤(pán)的容器長(zhǎng)80厘米，寬60厘米，高45厘米，由底板和圍板兩個(gè)部分組成。底板上有三個(gè)大的凹槽，三個(gè)小的凹槽分別用于放置不同大小餐盤(pán)。圍板下方有折回的邊角用于兜住底板，而底板上有大小不同的凹槽用于放置不同大小的餐盤(pán)并且在小車(chē)運(yùn)送的過(guò)程中起到固定作用。圍板采用保溫環(huán)保材料，保證菜品在運(yùn)輸?shù)讲妥罆r(shí)保持食用的最佳溫度。

  (2)貨位

  整個(gè)基于空中智能小車(chē)的無(wú)人餐廳系統(tǒng)共有三種類(lèi)型的餐桌組合，分別是1~3人的小號(hào)餐桌，4~6人的中號(hào)餐桌，6人以上的大號(hào)餐桌。其中小號(hào)餐桌可放1個(gè)物料單元，中號(hào)餐桌可放2個(gè)物料單元，大號(hào)餐桌可放4個(gè)物料單元。

  (3)餐桌設(shè)計(jì)

  餐桌設(shè)計(jì)主要包含壓力傳感器、超聲波發(fā)送器、升降系統(tǒng)(如圖5)。

  餐桌是一個(gè)100厘米×100厘米的方桌，高85厘米。壓力傳感器主要是當(dāng)盛菜容器放到餐桌之后觸發(fā)升降系統(tǒng)，升降系統(tǒng)用于容器圍板的升降。超聲波傳感器發(fā)送器發(fā)送的特定頻段的超聲波與小車(chē)的超聲波接收器綁定，確定小車(chē)和餐桌之間的距離。

  3.系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)總的工藝流程圖如圖6，可概括為3個(gè)分流程。

  (1)顧客點(diǎn)餐

  當(dāng)顧客進(jìn)入餐廳時(shí)根據(jù)用餐人數(shù)選定相應(yīng)大小的餐桌，然后打開(kāi)手機(jī)的藍(lán)牙和GPS功能，掃描餐桌上的二維碼進(jìn)行點(diǎn)菜，點(diǎn)菜結(jié)束之后，廚師會(huì)接收到顧客的訂單信息，確認(rèn)訂單信息之后會(huì)直接反饋給顧客。在確認(rèn)訂單信息之后，顧客所在餐桌的位置會(huì)通過(guò)GPS和藍(lán)牙的信息交互傳送給調(diào)度系統(tǒng)。調(diào)度系統(tǒng)將該位置信息與訂單編號(hào)相匹配，當(dāng)廚師完成該訂單的菜品調(diào)度小車(chē)來(lái)傳菜的時(shí)候，找出與該訂單相匹配的餐桌位置，并為其規(guī)劃最佳的走行路線(xiàn)。

  (2)小車(chē)送餐

  當(dāng)廚師把做好的菜放入盛菜底板后，升降系統(tǒng)升起四周?chē)澹瑫r(shí)調(diào)度系統(tǒng)調(diào)取距離廚房最近的空閑小車(chē)來(lái)完成傳菜。小車(chē)接到指令后安裝在小車(chē)上的超聲波接收器與該餐桌的超聲波發(fā)送器通過(guò)相同的頻率綁定在一起，方便顧客查看傳菜小車(chē)的實(shí)時(shí)距離。單片機(jī)系統(tǒng)為小車(chē)運(yùn)行規(guī)劃合理的路線(xiàn)并向小車(chē)發(fā)送行走指令，小車(chē)在行駛的過(guò)程中紅外感應(yīng)避障系統(tǒng)對(duì)行駛過(guò)程中的障礙物進(jìn)行檢測(cè)，主動(dòng)避讓。

  當(dāng)小車(chē)到達(dá)餐桌上方的時(shí)候，智能語(yǔ)音系統(tǒng)提醒顧客菜品到達(dá)并與顧客互動(dòng)確定是否將正確的菜品送達(dá)，確認(rèn)無(wú)誤后智能語(yǔ)音系統(tǒng)提醒顧客注意盛菜容器即將下落當(dāng)心碰撞。小車(chē)將盛菜容器放下之后，壓力傳感器發(fā)送信號(hào)餐桌的升降系統(tǒng)帶著盛菜容器四周的圍板落下，底板在四根支撐柱的作用下留在桌面，顧客開(kāi)始用餐。

  (3)餐具回收

  顧客用餐結(jié)束之后在待付款界面進(jìn)行付款，付款確認(rèn)完成之后系統(tǒng)接收到指令調(diào)取距離最近的小車(chē)，同時(shí)升降系統(tǒng)接收到指令，上升盛菜容器四周的圍板兜住底板，小車(chē)來(lái)到之后夾抱起整個(gè)容器，按照系統(tǒng)指令送達(dá)清潔區(qū)。

  送達(dá)清潔區(qū)的餐具以及盛菜容器分別清洗干凈之后，餐具被分類(lèi)放入消毒柜消毒，處理完成放入專(zhuān)門(mén)放置餐具的容器從輸送機(jī)上層輸送到廚師備用。容器經(jīng)過(guò)消毒之后，底板和圍板分開(kāi)，容器圍板從下層輸送機(jī)輸送到廚房備用，底板從上層輸送機(jī)送到廚房備用。到下一次使用時(shí)，圍板所在位置的升降系統(tǒng)收到系統(tǒng)指令，升起圍板，兜住底板進(jìn)行下一輪的傳菜。

  四、結(jié)束語(yǔ)

  整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)引入物流搬運(yùn)系統(tǒng)中的空中搬運(yùn)小車(chē)完成餐廳的傳菜、餐具的回收，很大程度減少了餐廳的人工成本。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)小車(chē)搬運(yùn)的物料單元的設(shè)計(jì)達(dá)到了在小車(chē)送餐到達(dá)餐桌的時(shí)候無(wú)需服務(wù)員幫忙把菜從小車(chē)移到餐桌的目的，同時(shí)在用餐結(jié)束之后也無(wú)需服務(wù)員清理桌面的餐盤(pán)，這樣就節(jié)約了餐廳很大一部分的人工勞動(dòng)成本。系統(tǒng)的核心就是用于搬運(yùn)菜品的運(yùn)輸系統(tǒng)。它搭載有不同類(lèi)型的傳感器，實(shí)現(xiàn)無(wú)人搬運(yùn)、無(wú)障礙搬運(yùn)、定點(diǎn)運(yùn)輸、實(shí)施測(cè)距和語(yǔ)音互動(dòng)等多種功能。系統(tǒng)的可行性也是非常的高，小車(chē)上搭載的各種傳感器包括空中搬運(yùn)小車(chē)都是市場(chǎng)上比較成熟的設(shè)備，需要的是我們對(duì)他它進(jìn)行個(gè)性化定制，使其更符合餐廳的工作環(huán)境，對(duì)它的控制、調(diào)度以及風(fēng)險(xiǎn)控制有更加精確的掌握。

  本文研究的基于空中搬運(yùn)小車(chē)的無(wú)人餐廳，運(yùn)行時(shí)不占用地面空間，在解決用餐高峰時(shí)路面擁堵問(wèn)題的同時(shí)充分利用了空間資源，空中智能小車(chē)的運(yùn)用還可以解決餐盤(pán)回收問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了顧客自助點(diǎn)餐、機(jī)器人送餐、回收餐具的智能化無(wú)人餐廳，對(duì)引導(dǎo)未來(lái)無(wú)人餐廳的發(fā)展方向有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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