基于服务设计理念的智能机器人道路救援模式研究

李洲荣，钱雅楠，谷雨

基于服务设计理念的智能机器人道路救援模式研究

李洲荣1,2，钱雅楠1，谷雨2

（1.重庆工程学院，重庆 400056；2.重庆迪科汽车科技集团有限公司，重庆 400051）

针对占道车辆进行快速救援的问题，提出了一种新的道路救援解决方案。研究从服务设计视角探索高效道路救援新方案，并利用成熟的科学技术手段实现道路救援功能，同时在道路救援过程中让汽车使用者共同参与，在有效缓解道路拥堵的同时提升用户受援体验感。研究过程主要以服务设计视角审视道路救援现状，提出问题并归纳服务蓝图，在痛点与触点交互中聚焦到救援机器人创新设计，通过需求、功能、应用场景等分析得到救援机器人概念设计方案。最终通过本研究提出的道路救援服务设想，以智能道路救援机器人为载体，为道路救援服务发展提供理论参考。

服务设计；道路救援；救援模式；智能机器人

截至2021年末，中国机动车保已超过3.95亿辆，其中汽车保有量达到3.02亿辆；随着汽车保有量的不断提高，机动车驾驶员数量也达到4.8亿人，其中普通汽车驾驶员约4.4亿人。由于汽车数量的激增、汽车质量参差不齐、驾驶员驾驶技术水平良莠不齐等原因，致使每年由于汽车自身故障或交通事故等原因需要道路救援次数约占汽车保有量10%左右[1]。车辆抛锚会占用道路导致交通阻塞，尤其在交通高峰时期甚至会导致部分道路交通瘫痪。那么，如何高效地提升道路救援服务、保持道路畅通就成为值得研究的一项课题。本研究从服务设计角度进行思考，分析道路堵塞及救援服务缓慢的原因，通过基于产品创新的服务设计研究，探索通过智能救援机器人来提供救援服务的模式，为相关研究和实践提供一些参考[2-3]。

1 道路救援服务现状及问题

1.1 道路拥堵的原因

对现有道路拥堵情况的分析，可见道路拥堵是人－汽车－道路三者之间相互作用、影响的结果，是三者间的矛盾体现[4-5]，如图1所示。

图1 “人－车－路”关系图

1.2 传统道路救援模式

汽车道路救援是指为行驶过程中的车辆因故障或事故抛锚提供的一种服务，其中拖车救援属于道路救援的一项重要服务[6]。车辆占道堵塞交通的原因：一是发生交通事故阻碍交通或救援的行为，当车辆发生交通事故时车停在原地待保险公司和交警部门现场勘查划分清事故责任后再离开，期间由于车辆占据正常道路，将造成道路拥堵使交通变得缓慢；二是车辆因故障抛锚无法行驶，需要使用救援拖车进行拖移，在救援拖车达到之前汽车只能停留在道路上。根据道路救援统计，从救援拖车到达现场直至拖移车辆完成救援理想耗时约10 min[7]，但实际情况往往是救援拖车因道路拥堵无法快速到达救援点，救援常需要几十分钟甚至数小时，传统道路救援模式流程如图2所示。

图2 传统道路救援模式流程图

综上，传统道路救援服务中存在五个待解决的问题如下：第一，车辆因事故需要救援时，用户需要自行与多方联系，操作繁琐且容易产生误差，救援准确度低；第二，当救援拖车距离施救点较远时，需花费较长的时间才能到达救援点，救援效率低；第三，一旦通往救援点的交通堵塞，救援拖车到达救援点的时间可能无限期延后，使救援及时性不能保证；第四，当某一区域内救援资源不足，不能及时满足救援需求时，救援任务可能会暂时性搁置，这使得救援服务具有不稳定性；第五，现场取证与救援没有统一协调，救援任务可能因现场保护的需要无法及时开展，延误救援时机。因此，新的救援服务要从操作便利性、救援高效性、救援及时性、救援服务的稳定性和救援服务资源充分利性用这五个方面进行思考，逐一解决以上问题。

2 智能机器人道路救援服务模式

2.1 智能机器人道路救援服务定位

在新的救援服务中，要求用户能通过简便操作即可完成救援请求，并能准确发送定位等重要信息，再依托具有现场记录取证功能的新型救援设备实施救援。新救援设备应不受交通拥堵影响，能及时实施救援，且救援行为与现场取证能同时进行，大幅提高道路救援效率[8]。具体要求如下：

第一、在道路救援服务过程中，人是被服务的对象，是最直接的参与者，是被服务与救援服务体验的主体[9]。新的救援服务中，用户可以通过第三方手机APP或微信小程序等进行救援请求，发送现场图片或视频，软件程序直接获取手机定位确定救援目的地，同时系统根据用户预设的车辆信息主动联系保险公司和交通执法部门[10]，实现一端多点无感道路救援。智能机器人救援与传统救援模式下求救方式对比如表1所示。

第二、在传统救援方式下，用户需要等待交警部门到现场提取信息取证。工作人员受交通状况和距离的影响不能及时到达，用户等待时间过长，有焦虑、烦躁等不适感。人为现场勘测记录也存在一定的信息遗漏，现场一旦撤除后也不能进行还原，无法追溯。

新救援设备将搭载音频、视频采集及激光雷达扫描设备，具有现场视频拍摄及现场三维全景实时扫描记录的功能，可实现现场每一个细节的完整记录。救援设备到达现场，核对待救援车辆信息无误后，对现场进行全方位记录并将数据上传至云端保存。当现场记录完成后可立即搬运车辆至安全区域，迅速恢复道路畅通。交警部门和保险公司无需到达现场，只需远程通过得到的数据具即可以进行现场仿真还原，通过仿真模拟进行责任判定，将研判结果推送给用户。智能机器人救援与传统救援模式下现场处理方式对比如表2所示。

表1 智能机器人救援与传统救援模式下求救方式对比

表2 智能机器人救援与传统救援模式下现场处理方式对比

2.2 智能救援机器人设计要求

影响传统救援设备快速开展救援主要有两个原因：一是因交通事故需要保护现场，现场取证前车辆不能移动而导致救援受阻；二是因救援设备无法快速赶到救援现场，导致锚泊车辆不能被及时被清理而阻塞道路。为解决这两个问题，救援设备可采用小型化设计，并将救援与取证功能集成于救援机器人上，救援同时即可进行全方位记录，且不会受交通拥堵的影响，能够快速到达救援点。传统救援拖车与救援机器人的功能对比如表3所示。

2.3 智能救援机器人服务流程

新救援服务流程架构中，用户在微信小程序等软件预先注册登记车辆，使用时只需一键发送求救信息，救援机器人即可自动分配前往。救援全过程中无需用户额外操作，机器人自动进行保险报案、现场取证、事故研判等工作，实现一键多功能联动的道路救援服务，大幅度简化用户操作，提升用户使用体验。新救援服务流程架构图如图3所示。

表3 传统救援拖车与智能机器人的功能对比

图3 智能机器人救援模式流程图

2.4 智能机器人救援服务功能拓展

新的救援服务系统架构中，若救援机器人只在车辆需要救援时工作，非救援时间都处于待命待机状态，则会造成公共资源浪费，不满足资源最大化利用原则。因此，可以充分利用救援机器人搬运车辆这一功能特点，将机器人分布于城市各类停车场，用于停车场的自动泊车系统，实现停车场自动化泊车功能低成本升级。一旦需要道路救援时，系统只需调用距离救援点最近的机器人参与救援，可大幅缩短救援响应时间，提高救援效率，充分利用资源。通过大规模的城市救援机器人布点，完全可以解决了救援力量不足的问题。救援机器人布点分布如图4所示。

图4 救援机器人布点示意图

综上，新救援服务系统运行的关键在于使用新救援设备替代传统救援拖车，因此设计一款满足新救援服务系统要求的救援机器人，是必不可少的“硬件”支持。

3 智能救援机器人概念设计

3.1 智能救援机器人搬运功能分析

在新救援服务理念下，救援机器人应具有快速抵达救援现场和现场数据全方位记录两大核心功能，发明专利《一种蚁足智能清障机器人》[11]提出了一种道路救援机器人创新设计概念，本研究即是在该发明创新概念的引导下进行道路救援机器人的设计创新。

汽车在行驶或被搬运都是依靠车轮支撑，因此搬运汽车只需将车轮抬离地面即可。目前救援拖车在托运车辆时，被救车辆与拖车之间也只有车轮支撑接触。救援拖车体型之所以十分庞大，是因救援拖车尺寸必须大于被救车辆尺寸时才能将其完全托起。将救援拖车的工作过程进行功能分解，去除不与被救援车辆接触的车身部分，仅保留车轮举升功能区域，如图5所示。化整为零地进行思考，将救援机器人进行小型化、扁平化结构设计，救援搬运过程中机器人只需分散支撑汽车各个车轮，机器人通过协同全向移动即可实现车辆搬运功能[12]。

3.2 智能救援机器人尺寸设计

如何快速到达首先要解决一个最重要的问题。当道路堵塞时，传统救援拖车必定会被堵在道路上，救援机器人如何不受道路拥堵的影响是须要解决的首要问题。

不受道路拥堵影响就必须为救援机器人选择一条畅通无阻的通道。从汽车结构进行分析，汽车底盘空间在任何时候都是固定不变的，救援机器人只要能够顺利通过汽车底盘，那么就不会受道路拥堵的影响。其次，救援机器人要从汽车底盘通过，其外形尺寸就必定不能大于汽车底盘空间尺寸，这样才能满足通过的基本条件。通过对现有汽车底盘数据的收集整理，得到主流汽车底盘数据最小值，如图6所示。救援机器人的外形尺寸只要小于该值，就可以顺利地从汽车底盘通过，不会受交通拥堵影响。

图5 轮胎作为车辆搬运支点

图6 主要汽车底盘数据最小值

通过上述分析，最终确定机器人在非举升状态下的外形尺寸（长×宽×高）为750 mm×600 mm×78mm，如图7所示。该尺寸远小于现有绝大部分汽车底盘空间尺寸，可以保证机器人能顺利从汽车底盘通过。

图7 救援机器人尺寸（非举升状态）

3.3 智能救援机器人结构设计

机器人根据目标车辆的车轮数量进行编组，分别对各个车轮进行抱夹，然后通过机器人自身高度的上升抬高车轮，从而达到车辆举升的目的，如图8所示。

为尽量简化机械结构，并尽可能减轻自重，采用X型的机器人机身结构设计。当机器人车身绕旋转轴折叠时，自身高度变高、同时上部结构收窄，首先将车轮托举，随着折叠角度的不断增加，车轮被机械结构夹紧。此后车辆在被举升的同时会被机构紧紧夹住避免松脱。当机器人车身两部分旋转角度达到25°时车辆的举升动作完成，此时汽车可被举升约101 mm，如图9所示。机器人的举升驱动装置采用高速电机驱动，通过高减速比行心齿轮的结构设计，实现减速增扭，将电机扭力放大7000～10000倍，使单个机器人最大理论举升重量和水平运载能力达到5 t以上，满足设计要求。

图8 机器人搬运车辆示意图

图9 机器人“X”折叠抬升汽车示意图

考虑到救援机器人需要穿梭于汽车底盘之间，需要机器人能够灵活地进行转向。因此，为机器人配置麦克拉姆全向驱动轮，使机器人可沿任意方向或原地旋转，实现全方位移动，其工作原理如图10所示。

3.4 智能救援机器人结构有限元分析

为验证机器人机身结构的强度是否能满足设计要求，通过有限元仿真分析对车架在不同举升重量下进行受力分析，仿真结果如图11所示：当施加600 kg压力时（相当于举升2.4 t车重）车架的变形量约1.9%，当加载1200 kg压力时（相当于举升4.8 t车重）车架的变形量约3.7%。在两种不同受力情况下，救援机器人车架主体变基本没有发生形变，只有与车轮接触的爪略有变形，但不影响机器人举升和行驶，完全可以承受普通家用轿车的重量，能够满足日常救援对举升及承载力的需求。

图10 麦克纳姆轮运动原理

图11 车架有限元力学分析

3.5 智能救援机器人功能集成设计

救援机器人可使用北斗卫星精确定位，快速规划路线并导航抵达救援点。救援过程中使用激光雷达对环境进行全方位三维扫描[13-14]，同时对现场进行拍摄取证，还可以结合人工智能技术进行AI现场问询。综合现场采集的数据，相关调查部门在事后进行现场分析时可实现1:1现场模拟还原，能通过算法还原事发生故过程，为事故调查提供全方位参考。

救援机器人通过RFID射频识别模块[15]及机器人视觉系统对车辆信息进行核对，确保救援对象无误。使用SLAM技术对环境进行识别，使用高效避障功能提高车辆搬运安全性，避免二次事故发生[16-18]。

4 结语

从服务设计的角度出发，分析了造成交通拥堵以及道路救援不及时的原因，并提出了一种全新的道路救援服务概念。与传统救援服务相比，具有设备轻量化、智能化、通过性高、救援效率高、功能多样性、用户使用简便的一系列特点。最后通过一种轻量化救援机器人的设计实践，从产品创新来支撑这一创新救援服务，满足未来城市道路救援服务提出的新要求，使其具有理论可行性，为道路救援服务发展及智慧城市建设提供理论研究参考和实践样本。

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Intelligent Robot Road Rescue Based on Service Design Concept

LI Zhourong1,2，QIAN Yanan1，GU Yu2

(1.Chongqing Institute of Engineering,Chongqing 400056,China;2.Chongqing Dike Auto Technology Group Co.,Ltd.,Chongqing 400051,China )

A new road rescue solution is proposed with the aim of quick rescue for road occupying vehicles. This research explores efficient road rescue schemes from the perspective of service design, which achieves the road rescue functions with mature scientific and technological means. At the same time, car users can participate in the road rescue process, which effectively alleviates road congestion and improves users' experience of receiving assistance. First, it mainly reviews the current situation of road rescue from the perspective of service design, raising research questions and summarizing the service blueprint. Then it focuses on the innovative design of rescue robot and obtains the conceptual design scheme of rescue robot through the analysis of requirements, functions and application scenarios. Finally, the idea of road rescue service with intelligent road rescue robot is proposed. The research provides a theoretical reference for the development of road rescue services.

service design；roadside assistance；rescue mode；intelligent robot

TB472

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2023.07.008

1006-0316 (2023) 07-0051-07

2022-7-27

2021重庆市教委科研基金（KJQN202105205）

李洲荣（1984－），男，重庆人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为工业设计、绿色设计，E-mail：35168072@qq.com。