การดำเนินงานที่มีประสิทธิภาพและความสามารถในการให้บริการที่หลากหลายของหุ่นยนต์บริการเชิงพาณิชย์มีรากฐานมาจากการออกแบบโครงสร้างที่บูรณาการอย่างแม่นยำ เนื่องจากเป็นระบบที่ซับซ้อนที่บูรณาการวิศวกรรมเครื่องกล เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ และอัลกอริธึมอัจฉริยะ โครงสร้างจึงสามารถแบ่งออกเป็นโมดูลหลักสี่โมดูล ได้แก่ ชั้นการดำเนินการ ชั้นการรับรู้ ชั้นควบคุม และชั้นปฏิสัมพันธ์ เลเยอร์เหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อให้บรรลุฟังก์ชันที่ครอบคลุม รวมถึงการปรับสภาพแวดล้อม การดำเนินงาน และการโต้ตอบที่ชาญฉลาด
เลเยอร์การดำเนินการคือ "กล้ามเนื้อ" ของการเคลื่อนไหวทางกายภาพของหุ่นยนต์ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยโครงแบบเคลื่อนที่ได้และแอคทูเอเตอร์ที่ใช้งานได้ แชสซีแบบเคลื่อนที่มักใช้การออกแบบแบบล้อหรือแบบตีนตะขาบ ซึ่งติดตั้งเซอร์โวมอเตอร์ ตัวลดและระบบกันสะเทือนเพื่อให้มั่นใจถึงการเคลื่อนไหวที่มั่นคงบนพื้นราบหรือภูมิประเทศที่ซับซ้อนเล็กน้อย โมเดลระดับไฮเอนด์-บางรุ่นยังใช้ล้อแบบรอบทิศทางเพื่อปรับปรุงความยืดหยุ่นในการบังคับเลี้ยว แอคชูเอเตอร์ที่ใช้งานได้จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสถานการณ์การใช้งาน: หุ่นยนต์ขนส่งสินค้ามาพร้อมกับช่องเก็บสินค้าแบบยกได้และพาเลทกันสั่น-เพื่อความปลอดภัยในการขนส่งสินค้า หุ่นยนต์ทำความสะอาดมีแปรงหมุนและโมดูลสูญญากาศแรงดันลบเพื่อให้การทำความสะอาดพื้นมีประสิทธิภาพ หุ่นยนต์รับสัญญาณอาจรวมแขนหุ่นยนต์เพื่อส่งสินค้าที่มีน้ำหนักเบา และระดับความอิสระของข้อต่อและความแม่นยำในการควบคุมแรงบิดส่งผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน
ชั้นการรับรู้ทำหน้าที่เป็น "เซ็นเซอร์" ของหุ่นยนต์เพื่อทำความเข้าใจสภาพแวดล้อม ซึ่งประกอบด้วยอาร์เรย์ของเซ็นเซอร์ต่างๆ LiDAR (การตรวจจับและการกำหนดระยะแสง) สร้างแผนที่เมฆจุดที่มีความแม่นยำสูง-โดยการปล่อยพัลส์เลเซอร์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นแกนกลางสำหรับการวางตำแหน่งระดับเซนติเมตร-และการหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวาง เซ็นเซอร์รับภาพ (เช่น กล้อง RGB-D และกล้องพาโนรามา) มีหน้าที่ในการจดจำโครงร่างสิ่งกีดขวางและอ่านข้อมูลป้าย (เช่น รหัส QR และคำแนะนำข้อความ) หน่วยวัดแรงเฉื่อย (IMU) และเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกช่วยในการชดเชยการเบี่ยงเบนของตำแหน่งในสภาพแวดล้อมแบบไดนามิก โดยมีบทบาทเสริม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่มีแสงน้อย-หรือพื้นผิว- อัลกอริธึมการรวมข้อมูลเซ็นเซอร์หลาย-ช่วยให้หุ่นยนต์สร้างแบบจำลองสภาพแวดล้อม 3 มิติแบบเรียลไทม์และคาดการณ์ความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้น
ชั้นควบคุมคือ "ศูนย์กลางประสาท" ของหุ่นยนต์ซึ่งมีศูนย์กลางอยู่ที่ตัวควบคุมแบบฝังหรือแพลตฟอร์ม-การประมวลผลระดับอุตสาหกรรม และติดตั้งระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) และอัลกอริธึมควบคุมการเคลื่อนไหว หลังจากได้รับข้อมูลสิ่งแวดล้อมจากชั้นการรับรู้ ระบบจะสร้างวิถีการเคลื่อนที่ที่เหมาะสมที่สุดโดยใช้อัลกอริธึมการวางแผนเส้นทาง (เช่น A* และ DWA) และส่งคำสั่งไปยังชั้นการดำเนินการเพื่อปรับความเร็วมอเตอร์และมุมเซอร์โว ในขณะเดียวกัน ชั้นควบคุมจะประสานการใช้พลังงานของโมดูลต่างๆ เพื่อปรับสมดุลประสิทธิภาพและอายุการใช้งานแบตเตอรี่ บางรุ่นยังรองรับการอัปเกรด OTA ระยะไกล (บน-The-Air) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพตรรกะการควบคุม
ชั้นปฏิสัมพันธ์ทำหน้าที่เป็น "สะพาน" สำหรับหุ่นยนต์ในการสื่อสารกับโลกภายนอก ครอบคลุมโมดูลการรับและเล่นเสียง หน้าจอสัมผัส และไฟแสดงสถานะ อาร์เรย์ไมโครโฟนที่รวมกับอัลกอริธึมการลดเสียงรบกวน ช่วยให้สามารถ-ปลุกด้วยเสียงจากระยะไกล- และระบุแหล่งที่มาของเสียงได้ ในขณะที่ลำโพงจะส่งเสียงตอบรับที่เป็นธรรมชาติ หน้าจอสัมผัสรองรับอินเทอร์เฟซแบบกราฟิกที่ตอบสนองพฤติกรรมการโต้ตอบของผู้ใช้ทุกวัย ไฟแสดงสถานะจะถ่ายทอดข้อมูลสถานะ (เช่น ระดับแบตเตอรี่และการเตือนข้อผิดพลาด) ผ่านสีและความถี่ของการกะพริบ ทำให้เกิดการสื่อสารหลาย-มิติและใช้งานง่าย
การออกแบบโครงสร้างของหุ่นยนต์บริการเชิงพาณิชย์มักเกี่ยวข้องกับ "ความสามารถในการปรับตัวตามสถานการณ์" และ "ความน่าเชื่อถือ" เสมอ ตั้งแต่ความสามารถในการรับน้ำหนักของแชสซีไปจนถึงการกำหนดค่าเซ็นเซอร์ที่ซ้ำซ้อน จากประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์ของอัลกอริธึมการควบคุม- ไปจนถึงความง่ายในการใช้งานของโมดูลโต้ตอบ ทุกรายละเอียดจะต้องพิจารณาทั้งความเป็นไปได้ทางเทคนิคและความต้องการในการปฏิบัติงานในทางปฏิบัติ ด้วยความก้าวหน้าในด้านวัสดุน้ำหนักเบา การออกแบบโมดูลาร์ และเทคโนโลยีการประมวลผลแบบ Edge โครงสร้างกำลังพัฒนาไปสู่ความกะทัดรัดและความชาญฉลาดที่มากขึ้น โดยให้การสนับสนุนฮาร์ดแวร์ที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นสำหรับบริการที่มีเสถียรภาพในสถานการณ์ที่ซับซ้อน
