CN108109288B - 一种基于物联网实现的无人化购物*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网实现的无人化购物***。该***具有无人化智能购物车，该无人化智能购物车可以自主驱动低速行进，具有路径导航自动行驶、障碍躲避、商品自动辨认与登记、物品保藏寄存的功能；并且该***还部署无人化收款台和等待区，以及通过无人商店设置无人售卖设备；无人化智能购物车通过物联网协议实现与无人化收款台、等待区标识设备、无人售卖设备的相互通信，并且基于与后台服务器的交互，可以实现无人工介入状态下的自动排队计价付款；以及与无人售卖商店配合，还可以按照购物清单自主完成商品找寻与收集，而无需用户人工介入。
Description
技术领域
本发明涉及物联网领域，具体为一种基于物联网实现的无人化购物***。
背景技术
城市中的大型商圈一般以超大型购物中心和超级市场为核心区域，在一定的地理空间范围内部设置大量类型多样的门店，涵盖了生活超市、逛街购物、电影院线、电玩娱乐、儿童早教、体育健身等丰富的服务。
大型商圈是广大城市居民生活的重要场所，特别是节假日，很多人往往会花费大半天甚至一整天时间在商圈中活动，除了购物以外，还会从事吃饭、娱乐、健身、美容等各种活动。人多排队是在大型商圈活动时最经常遇到的现象，特别是一些规模比较大的超市和店铺，由于同时容纳的顾客多，在结账时经常会出现需要排长队等候的状况；这种情况不但会浪费顾客的时间，也会降低顾客的乐趣，影响顾客享受商圈内其他的服务。另外，大型商圈当中设置的储物柜数量往往非常有限，无法满足绝大部分顾客的需求，因此顾客经常不得不一边携带着已经购买的物品一边继续下面的购物或其它活动，当购买的物品较多较重时会使顾客行动不便、身体疲劳，而且很容易发生丢失。另外，大型商圈内的商品种类和品牌都非常丰富，给顾客提供了多种多样的选择，但是也增加了顾客寻找商品的难度，即便顾客事先在网站上查找定好希望购买的清单，在实际购物过程中找寻商品也难免需要花费一定的时间与精力，特别是随着都市生活节奏的紧张，相当多的顾客都有以最快速度把购买清单上的物品收集齐备，以便节约时间从事更有兴趣的活动的需要。
随着移动互联网的全面覆盖和智能化终端的日益普及，以及物联网、大数据、人工智能等新兴技术对传统业务模式的改造，大型商圈通过软件、硬件多个方面的信息化与智能化升级，转化为新的智慧商圈。商品查询与购物导航、广告推送、网络预约、个性化商品与服务的定制、移动支付等新的业务形态就是智慧商圈的典型体现。智慧商圈的核心价值是给用户提供更为便捷、更为符合个性化的服务，改善用户体验。
但是，目前实际投入应用的智慧商圈主要还是采用面向顾客的智能手机提供信息、导航、支付、客服、优惠券等线上服务的形式来实现，这些线上服务虽然能够提供一定的便利，但是对上面提到的顾客真实购物过程当中实际体验上的缺陷无法根本改善。目前在线下的真实购物场景当中面向顾客提供智慧商圈型服务的硬件设施主要是各类的无人售卖施以及无人商店，这些设施只将注意力集中在了购买环节本身，虽然能在一定程度上节约购买过程本身的时间，但是无法为顾客在大型商圈当中的购物休闲全过程随时随地提供帮助，以实现节约时间、改善体验、增加效率之目的。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于物联网实现的无人化购物***。该***具有无人化智能购物车，该无人化智能购物车可以自主驱动低速行进，具有路径导航自动行驶、障碍躲避、商品自动辨认与登记、物品保藏寄存的功能；并且该***还部署无人化收款台和等待区，以及通过无人商店设置无人售卖设备；无人化智能购物车通过物联网协议实现与无人化收款台、等待区标识设备、无人售卖设备的相互通信，并且基于与后台服务器的交互，可以实现无人工介入状态下的自动排队计价付款；以及与无人售卖商店配合，还可以按照购物清单自主完成商品找寻与收集，而无需用户人工介入。
(二)技术方案
基于物联网实现的无人化购物***，其特征在于，包括：无人化智能购物车、后台服务器、无人化收款台设备、等待区标识设备、无人售卖设备以及用户智能终端；所述无人化智能购物车基于物联网通信协议与无人化收款台设备、等待区标识设备、无人售卖设备实现相互通信，并且接入所述后台服务器；所述无人化收款台设备和用户智能终端连接至后台服务器；
用户通过所述用户智能终端向所述后台服务器发送携带一台无人化智能购物车的序列号的租用请求；
后台服务器根据该租用请求，将该用户与无人化智能购物车绑定，然后向对应的无人化智能购物车下达激活命令；
所述无人化智能购物车根据后台服务器的命令而激活后，接收用户投入的商品，并且将该商品登记至未付款物品列表；根据用户输入的自动结账的指令，锁闭无人化智能购物车的盖体，行进至无人化收款台设备，进入自动结账模式；
所述无人化智能购物车获得购物车清单并且启动自动购物模式后，行驶至目标无人商店，通过与目标无人商店内的无人售卖设备进行物联网通信，从无人售卖设备获得购物车清单列入的物品，读取和登记该物品加入未付款物品列表；待购物车清单的所有物品均进入无人化智能购物车后，锁闭无人化智能购物车的盖体，然后行进至无人商店的无人化收款台设备，进入自动结账模式；
自动结账模式下，无人化智能购物车行驶至无人化收款台设备，通过物联双向通信器向无人化收款台设备上传本无人化智能购物车承载的未付款物品列表；无人化收款台对未付款物品计价后生成支付二维码，无人化智能购物车通过物联双向通信器接收该支付二维码，然后将该支付二维码发送给后台服务器，再由后台服务器转发给所绑定的用户智能终端；
所述用户智能终端利用所述支付二维码完成支付后，所述后台服务器向无人化收款台以及无人化智能购物车发送结账成功的反馈；无人化收款台收到结账成功的反馈后可以打开闸机，允许无人化智能购物车通过；所述无人化智能购物车切换为定点等待模式，行驶至等待区标识设备标定的等待区，进入定点等待模式。
优选的是，所述无人化智能购物车包括：主机身、行进驱动***、机身控制接口、外部感知***、物联传输***、中央智能***、远程通信***、定位***、显示触控***；其中，所述外部感知***包括：双摄像头、防碰撞雷达；所述物联传输***包括：电子标签读取器、物联双向通信器；
所述主机身用于提供一个容纳承载物品的空间，并且可以控制锁闭和解锁位于该空间顶面的盖体，以及用于安装所述行进驱动***；
所述行进驱动***用于带动本设备自主行进，以及调节行进速度和方向；
所述机身控制接口用于向所述主机身发送解锁所述盖体的解锁指令，以及控制盖体打开和扣合的指令，以及向所述行进驱动***发送控制其行进、停止和速度的指令；
所述远程通信***用于连接到后台服务器，与后台服务器进行双向通信；
所述定位***用于实现对本设备的实时定位；
所述物联传输***的物联双向通信器用于实现与其它物联网设备的相互识别、连接以及双向直接数据传输；所述物联传输***的电子标签读取器，用于读取放入该箱体的商品附带的电子标签包含的信息；
所述外部感知***的双摄像头用于拍摄本设备前方的左视角视频画面和右视角视频画面；所述外部感知***的防碰撞雷达用于感知本设备周围方向上一定距离内是否存在障碍物；
所述显示触控***为液晶显示器和电容式触控面板；
所述中央智能***用于通过与用户的人机交互，切换本设备的工作模式，根据当前工作模式，基于物联双向通信器的路径指引信号，设定自主行驶路径，并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进，根据双摄像头拍摄的行进实时画面以及防碰撞雷达的障碍检测，调节行进的过程；所述中央智能***还通过与用户的人机交互，通过机身控制接口控制电子锁合器解锁盖体；中央智能***通过与用户的人机交互，获取用户的购物车清单；根据购物车清单，通过物联双向通信器与无人售卖设备进行通信，请求无人售卖设备释放购物车清单列入的物品；中央智能***还通过物联双向通信器向无人化收款台设备上传本设备承载的未付款物品列表。
优选的是，所述中央智能***具体包括：设备模式切换子***、目标立体感知子***、自主行驶控制子***、人机交互子***、商品管理子***；所述人机交互子***用于从显示触控***获得用户的触摸输入命令，或者通过远程通信***从后台服务器获得用户的远程输入命令；设备模式切换子***通过与用户的人机交互，根据用户触摸输入或者远程输入的模式选择命令，负责控制本设备进入自动结账、定点等待、自动购买三种工作模式中的一种；目标立体感知子***从双摄像头获得所述左视角视频画面和右视角视频画面，利用基于边缘检测和矢量信息的目标识别算法提取视频画面中的各个目标，并且确定各个目标的三维位置信息；自主行驶控制子***在不同的工作模式下，根据物联双向通信器接收的路径指引信号，采用不同的方式设定本设备拟自主行驶的路径，并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进；商品管理子***用于在自动结账或者自动购买模式下对商品进行管理。
优选的是，所述自主行驶控制子***在自动结账或者定点等待模式下，通过物联双向通信器识别本设备所在区域的无人化收款台设备或者等待区标识设备，获得无人化收款台设备或者等待区标识设备发出的路径指引信号，根据路径指引信号确定无人化收款台设备或者等待区标识设备的位置信息，进而设定从本设备当前位置指向以上设备位置的自主行驶路径；并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进。
优选的是，所述自主行驶控制子***在自动购买模式下，通过远程通信***从后台服务器获得目标无人商店的位置信息，并且根据定位***为本设备定位的当前位置，设定从本设备当前位置指向该目标无人商店的位置的自主行驶路径；并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进，进入该目标无人商店；进而，该自主行驶控制子***通过物联双向通信器识别该目标无人商店内部的目标无人售卖设备，获得目标无人售卖设备发出的路径指引信号，根据路径指引信号确定目标无人售卖设备的位置信息，进而设定从本设备当前位置指向目标无人售卖设备位置的自主行驶路径；并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进。
优选的是，所述自主行驶控制子***按照自主行驶路径行进的过程中，根据目标立体感知子***确定的目标无人售卖设备或目标无人化收款台的三维位置信息，通过机身控制接口控制行进驱动***行进至所述目标无人售卖设备或目标无人化收款台。
优选的是，在自动购买模式下，商品管理子***通过所述人机交互子***获得用户触摸输入的购物车清单，或者由所述人机交互子***从后台服务器获得用户远程输入的购物车清单；当本设备行驶至目标无人商店后，商品管理子***通过物联双向通信器与无人售卖设备进行通信，获取售卖清单，确定售卖购物车清单所列入的商品的一个或者多个目标无人售卖设备；当本设备行驶至目标无人售卖设备之后，商品管理子***通过物联双向通信器与目标无人售卖设备进行通信，请求无人售卖设备释放购物车清单列入的物品，被释放的物品从无人售卖设备落入本设备的物品承载箱体，并且被箱体内的电子标签读取器读取和登记，商品管理子***该商品加入未付款物品列表。
优选的是，自动结账模式下，当本设备行驶至无人化收款台设备，所述商品管理子***通过物联双向通信器向无人化收款台设备上传本设备承载的未付款物品列表；所述商品管理子***还通过物联双向通信器接收无人化收款台发送的支付二维码，然后通过人机交互子***将该支付二维码发送给用户。
优选的是，所述无人化智能购物车的主机身包括：物品承载箱体、底盘、箱盖、电子锁合器；物品承载箱体的箱体侧面外壁安装所述防碰撞雷达；箱体侧面外壁在前方安装双摄像头，箱体侧面外壁上还安装显示触控***；物品承载箱体的箱体侧面内壁安装有电子标签读取器，用于读取放入该箱体的商品附带的电子标签包含的信息；所述盖体通过铰接枢轴可转动地安装在物品承载箱体上；所述铰接枢轴连接盖体驱动电机，通过盖体驱动电机的驱动带动所述盖体打开或者扣合；所述盖体在与铰接枢轴相对的一端具有锁扣，电子锁合器安装在物品承载箱体的箱体侧面内壁上；当盖体扣合后，所述电子锁合器通过锁扣锁闭所述盖体；并且电子锁合器根据所述机身控制接口发来的解锁指令而解锁盖体；底盘位于物品承载箱体的底部，底盘上安装了行进驱动***。
优选的是，所述行进驱动***包括X形支架、第一后轮、第二后轮、驱动电机、驱动杆、第一前轮、第二前轮、转向驱动电机、转向控制轴杆；两个前轮和两个后轮分别安装在X形支架的各个分支上，其中两个后轮连接驱动杆，由驱动电机带动驱动杆旋转，从而带动两个后轮转动，为本设备的自主行进提供动力；驱动电机固定安装在X形支架上；转向驱动电机的电机轴连接转向控制轴杆，转向控制轴杆连接两个前轮，且两个前轮与X形支架的两个分支是通过万向节连接的，随着转向驱动电机的电机轴输出转矩，转向控制轴杆带动两个前轮调整一定的角度，从而调节本设备的行进方向。
(三)有益效果
通过本发明的基于物联网实现的无人化购物***，可在商店、超市实现无人化自动结账，帮助用户进行排队计价付款，为用户在结账环节节约了时间精力；并且结账后可以提供物品寄存的功能，等待用户前来取走已经结账的物品，从而不影响用户在结账期间继续活动和购物；无人化智能购物车与无人售卖商店配合，还可以按照购物清单自主完成商品找寻与收集而无需用户人工介入。该无人化智能购物车充分结合了物联网、人工智能、移动支付等技术手段，能够改善用户购物体验、提升大型商店、超市的经营效率，降低人力成本。
附图说明
图1为本发明所述人工智能购物***架构示意图；
图2为本发明所述无人化智能购物车的整体结构示意图；
图3为本发明所述无人化智能购物车的主机身结构示意图；
图4为本发明所述无人化智能购物车的行进驱动***的结构仰视图；
图5为本发明所述无人化智能购物车的行进驱动***轴杆连接示意图；
图6为本发明所述无人化智能购物车的中央智能***组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种基于物联网实现的无人化购物***。该***具有无人化智能购物车，该无人化智能购物车可以自主驱动低速行进，具有路径导航自动行驶、障碍躲避、商品自动辨认与登记、物品保藏寄存的功能；并且该***还部署无人化收款台和等待区，以及通过无人商店设置无人售卖设备。
如图1所示，经营方可以在大型商店、超市等购物场地空间范围投放一定数量的本发明的无人化智能购物车，例如投放在入口的智能购物车领取处，并且部署后台服务器，无人化智能购物车通过接入互联网连接该后台服务器，或者是基于本***专用的无线网络连接至后台服务器。用户可以在手机等智能终端上安装本***的APP，通过启用该APP连接至本***的后台服务器。并且，可以在商场、超市的结账出口设置本***的无人化收款台设备，无人化收款台设备设置有配套的闸机，可以通过闸机控制结账出口的打开和关闭。并且在商场、超市的公共区域划出一定范围作为等待区，安装等待区标识设备，该等待区标识设备可以是无线信号发射器，例如四个无线信号发射器可以划定一个矩形的等待区。当前无人商店正在迅速普及，无人商店内将部署无人售卖设备以及无人化收款台设备。所述无人化智能购物车可以基于统一的物联网通信协议与无人化收款台设备、等待区标识设备、无人售卖设备实现相互通信。并且无人化收款台设备可以通过接入互联网或者基于本***专用的无线网络连接至后台服务器。
用户希望租用一台无人化智能购物车时，可以利用智能终端上的APP扫描一台本发明的无人化智能购物车上印制的或者通过车载的显示触控***显示出来的本机二维码，获得该无人化智能购物车的序列号，从而将携带该序列号的租用请求上传给后台服务器；后台服务器根据该租用请求，在后台的管理***中将该用户与无人化智能购物车绑定，然后向对应的无人化智能购物车下达激活命令；该无人化智能购物车从空闲状态根据后台服务器的命令而激活后，打开购物车的盖体，用户可以推着该无人化智能购物车执行购物过程，当用户选中某件商品，就可以将该商品投入无人化智能购物车的物品承载箱体，并且由无人化智能购物车的商品管理子***将该商品登记至未付款物品列表；无人化智能购物车的显示触控***可以显示出来所有加入到本设备内的未付款物品列表的明细、单价及总价。当用户选购完成之后，可以关上并锁闭盖体，通过显示触控***向无人化智能购物车输入自动结账的指令，则本设备进入自动结账模式。在自动结账模式下，本设备行驶至无人化收款台设备进行结账，如果结账的设备比较多，则本无人化智能购物车会排队依次结账；通过物联双向通信器向无人化收款台设备上传本设备承载的未付款物品列表；无人化收款台对未付款物品计价后生成支付二维码，本设备通过物联双向通信器接收该支付二维码，然后通过人机交互子***将该支付二维码发送给后台服务器，再由后台服务器转发给本设备登记的用户，用户可以利用该支付二维码完成支付；完成支付后后台服务器会向无人化收款台以及本设备发送结账成功的反馈；无人化收款台收到结账成功的反馈后可以打开闸机，允许本设备通过；本设备自动结账后切换为定点等待模式，行驶至等待区标识设备标定的等待区，等待用户前来取走购买的物品。而用户则可以利用这个时间去继续购物或者从事看电影、健身、吃饭、喝咖啡等娱乐活动，活动结束后来到等待区，解锁盖体取走支付过的商品。当然，用户购物过程中，也可以随时指令本设备行至附近的等待区进入定点等待模式，然后去从事自己的活动，而将购买的物品或者是用户自带的物品寄放在该设备中。当用户希望取出该无人化智能购物车内寄存的物品时，则就可以向本***的后台服务器请求一个解锁密码；后台服务器同时将该解锁密码发送给该用户绑定的无人化智能购物车；则用户可以通过验证密码来实现解锁，取出寄存的物品。在与无人商店配合的时候，用户可以通过操作本设备的显示触控***进入无人商店售卖页面，选中物品加入购物车清单；用户也可以利用手机的APP从后台服务器获得并打开无人商店售卖页面，选中物品加入购物车清单，然后后台服务器会把购物车清单传输给该用户绑定的无人化智能购物车。根据用户命令启动自动购物模式，本设备行驶至目标无人商店，通过与无人售卖设备的物联网通信从无人售卖设备获得购物车清单列入的物品，被释放的物品从无人售卖设备落入本设备的物品承载箱体，并且被箱体内的电子标签读取器读取和登记该商品加入未付款物品列表；待购物车清单的所有物品均进入本设备后，锁闭盖体，然后本设备行进至无人商店的无人化收款台设备结账。
图2为本发明所述无人化智能购物车的整体结构示意图。该无人化智能购物车包括：主机身、行进驱动***、机身控制接口、外部感知***、物联传输***、中央智能***、远程通信***、定位***、显示触控***。其中，所述外部感知***包括双摄像头、防碰撞雷达；所述物联传输***包括电子标签读取器、物联双向通信器。
所述主机身的结构如图3所示，包括物品承载箱体201、底盘202、盖体203、电子锁合器204。所述物品承载箱体201的箱体侧面外壁可以至少在前、后、左、右四个方向各安装一个所述防碰撞雷达205，当然也可以在更多的方向上安装防碰撞雷达205，并且箱体侧面外壁在前方安装双摄像头206；在箱体侧面外壁上还安装显示触控***207，该显示触控***207为液晶显示器和电容式触控面板。物品承载箱体201的内部形成一个封闭的空间，仅在箱体的顶面敞开，用于容纳用户放置在箱体内的物品；物品承载箱体201在其高度接近顶面的箱体侧面内壁安装有电子标签读取器208，可以读取放入该箱体的选购商品附带的电子标签包含的信息。所述盖体203通过铰接枢轴209可转动地安装在物品承载箱体201之上，通过转动，用户可以以该盖体203扣合该箱体的敞开顶面，或者掀开该盖体203。所述铰接枢轴209还连接一个盖体驱动电机，根据所述机身控制接口发来的盖体打开和扣合的指令，通过盖体驱动电机的驱动，可以带动所述盖体自动打开或者扣合；盖体203在与铰接枢轴209相对的一端具有锁扣210，电子锁合器204安装在物品承载箱体201高度邻接顶面的箱体侧面内壁上，电子锁合器204具备锁孔211，锁孔内部具有感应电路和锁栓，当盖体203扣合后，锁扣210***电子锁合器204的锁孔211，锁孔内部的感应电路感测到锁扣210***则使锁栓弹出并***锁扣210，实现对盖体203的锁闭；而锁闭之后电子锁合器204要收到所述机身控制接口发来的解锁指令才能够收回锁栓从而解锁盖体203。底盘202位于物品承载箱体201的底部，底盘202上安装了行进驱动***以及本设备的电子主板，所述机身控制接口、物联双向通信器、中央智能***、远程通信***、定位***都集成在该电子主板之上。
所述行进驱动***用于带动本设备自主行进以及调节行进速度和方向。图4示出了该行进驱动***的结构仰视图，包括X形支架301、第一后轮302、第二后轮303、驱动电机304、驱动杆305、第一前轮306、第二前轮307、转向驱动电机308、转向控制轴杆309；两个前轮和两个后轮分别安装在X形支架301的各个分支上，其中两个后轮连接驱动杆305，由驱动电机304带动驱动杆305旋转，从而带动两个后轮转动，为本设备的自主行进提供动力；驱动电机304固定安装在X形支架301上；转向驱动电机308的机身固定安装在所述底盘202内，且该转向驱动电机308的电机轴连接转向控制轴杆309，如图5，转向驱动电机308的电机轴与转向控制轴杆309二者连接为一个T字形，转向控制轴杆309连接两个前轮306和307，且前轮306、307与X形支架301的两个分支是通过万向节310连接的，因此，随着转向驱动电机308的电机轴输出转矩，转向控制轴杆309可以带动前轮306、307调整一定的角度，从而调节本设备的行进方向。X形支架301除了安装上述结构之外，还具有承托本设备的主机身的功能，以及与底盘固定在一起。其中，驱动电机304根据机身控制接口的速度控制信号而控制自身转动、静止以及转动时候的转速，从而驱动本设备的行进与否以及行进速度；转向驱动电机308输出的转动角度大小也收到机身控制接口的方向控制信号的控制。
所述远程通信***可以基于WIFI、3G、4G协议接入互联网并且连接到本***的后台服务器，远程通信***也可以接入部署商店、超市的本***专用基站覆盖的无线网络，并且通过该专用的无线网络连接到后台服务器；通过远程通信***可以使本设备与后台服务器进行双向通信交互。
所述定位***利用GPS以及可适用于室内的定位技术实现对本设备的实时定位。
所述物联传输***的物联双向通信器可以基于ZigBee、Bluetooth、CoAP、MQTT等物联网通用协议实现与其它物联网设备的相互识别、连接与双向直接数据传输。
所述中央智能***用于通过与用户的人机交互，切换本设备的工作模式，根据当前工作模式，基于物联双向通信器的路径指引信号，设定自主行驶路径，并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进，根据双摄像头拍摄的行进实时画面以及防碰撞雷达的障碍检测，调节行进的过程。所述中央智能***还通过与用户的人机交互，验证用户身份后通过机身控制接口控制电子锁合器解锁盖体。中央智能***通过与用户的人机交互，获取用户的购物车清单；根据购物车清单，通过物联双向通信器与无人售卖设备进行通信，请求无人售卖设备释放购物车清单列入的物品；中央智能***还通过物联双向通信器向无人化收款台设备上传本设备承载的未付款物品列表。中央智能***通过远程通信***与后台服务器或用户移动设备通信、以及通过定位***获取本设备的自身实时位置。
如图6所示，所述中央智能***具体包括如下子***：设备模式切换子***、目标立体感知子***、自主行驶控制子***、人机交互子***、商品管理子***。
所述人机交互子***用于从显示触控***获得用户的触摸输入命令，或者通过远程通信***从后台服务器获得用户的远程输入命令，该远程输入命令是本设备登记用户利用智能终端上的APP输入并上传给该后台服务器的，后台服务器再将该远程输入命令中转至本设备。
本设备可以分为自动结账、定点等待、自动购买三种工作模式。设备模式切换子***通过与用户的人机交互，根据用户触摸输入或者远程输入的模式选择命令，负责控制本设备进入以上工作模式当中的一种。
外部感知***的双摄像头包括左视角摄像头和右视角摄像头，分别用于拍摄本设备前方的左视角视频画面和右视角视频画面。目标立体感知子***从双摄像头获得所述左视角视频画面和右视角视频画面，利用基于边缘检测和矢量信息的目标识别算法提取视频画面中的各个目标。首先，利用基于梯度的边缘检测算法，从背景中提取各个目标区域的边缘，取得目标区域边缘的外接矩形，针对该外接矩形获取其中心点；建立以该中心点为起点、以该目标区域的每个边缘像素为终点的特征矢量，将全部特征矢量集合为特征矢量组，作为目标特征。获得各个目标区域的中心点在视频画面当中的平面坐标(x,y)，并且可以根据左、右视角视频画面的视差推算视频画面中某一目标距离本设备的深度坐标z。深度坐标z的计算方法为：
其中，z为像素点的深度坐标，b为左视角摄像头和右视角摄像头的成像面中心之间的距离，f为左视角摄像头和右视角摄像头的的焦距，二者焦距相等，dis为对应于目标的同一位置的像素点在水平方向的偏移量。从而，目标立体感知子***将坐标(x,y,z)作为目标的三维位置信息。目标立体感知子***还可以将提取的各个目标与预先存储的无人售卖设备或无人化收款台形状特征进行比对，即将每个目标区域的特征矢量组与预存储的无人售卖设备或无人化收款台形状特征矢量组进行比对，判断特征矢量一致性，从而从所提取的全部目标中识别出无人售卖设备或无人化收款台，确定该目标的三维位置信息。
用户希望租用本设备时，可以利用智能终端上的APP扫描本设备上印制的或者通过显示触控***显示出来的二维码，获得本设备的序列号，从而将携带该序列号的租用请求上传给后台服务器；后台服务器根据该租用请求，向本设备下达激活命令；当本设备从空闲状态根据后台服务器的命令而激活后，用户可以推动本购物车进行购物。
自主行驶控制子***首先在不同的工作模式下，采用不同的方式设定本设备拟自主行驶的路径。在自动结账或者定点等待模式下，自主行驶控制子***通过物联双向通信器识别本设备所在区域的无人化收款台设备或者等待区标识设备，获得无人化收款台设备或者等待区标识设备发出的路径指引信号，根据路径指引信号确定无人化收款台设备或者等待区标识设备的位置信息，进而设定从本设备当前位置指向以上设备位置的自主行驶路径；并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进。在自动购买模式下，自主行驶控制子***通过远程通信***从后台服务器获得目标无人商店的位置信息，并且根据定位***为本设备定位的当前位置，设定从本设备当前位置指向该目标无人商店的位置的自主行驶路径；并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进，进入该目标无人商店；进而，该自主行驶控制子***通过物联双向通信器识别该目标无人商店内部的目标无人售卖设备，获得目标无人售卖设备发出的路径指引信号，根据路径指引信号确定目标无人售卖设备的位置信息，进而设定从本设备当前位置指向目标无人售卖设备位置的自主行驶路径；并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进。在行进过程中，本设备可以利用现有技术中已经成熟的自动驾驶导航技术，实现速度调节、障碍躲避和路径修正。例如，如果根据双摄像头拍摄的行进实时画面以及防碰撞雷达的障碍检测，检测到行进路径上存在障碍物，则控制本设备停止行进，等待障碍物消失后继续行进或者由自主行驶控制子***修正路径。在按照自主行驶路径行进的过程中，自主行驶控制子***根据目标立体感知子***确定本购物车前方拍摄的视频画面中是否出现目标无人售卖设备或目标无人化收款台；当出现了目标无人售卖设备或目标无人化收款台，目标立体感知子***提取出目标无人售卖设备或目标无人化收款台的三维位置信息，自主行驶控制子***根据本购物车的实时位置以及目标无人售卖设备或目标无人化收款台的三维位置信息，将自主行驶路径设定为指向目标无人售卖设备或目标无人化收款台的三维位置，再通过机身控制接口控制行进驱动***行进至所述目标无人售卖设备或目标无人化收款台。自主行驶控制子***还具有本设备行驶区域限制的功能，即在超市、商店设定本设备允许行驶的最大区域范围，根据定位***为本设备定位的当前位置，判定本设备已经到达允许行驶的最大区域范围的边界，则控制本***停止行进并发出报警提示。
商品管理子***用于在自动结账或者自动购买模式下对商品进行管理。具体来说，在自动购买模式下，商品管理子***通过所述人机交互子***获得用户触摸输入的购物车清单，或者由所述人机交互子***从后台服务器获得用户远程输入的购物车清单；然后本设备如上文所述行驶至目标无人商店，通过物联双向通信器与无人售卖设备进行通信，获取售卖清单，确定售卖购物车清单所列入的商品的一个或者多个目标无人售卖设备，行驶至这些目标无人售卖设备之后，通过物联双向通信器与目标无人售卖设备进行通信，请求无人售卖设备释放购物车清单列入的物品，控制自动打开盖体，被释放的物品从无人售卖设备落入本设备的物品承载箱体，并且被箱体内的电子标签读取器读取和登记该商品加入未付款物品列表；待购物车清单的所有物品均进入本设备后，自动扣合并锁闭盖体，然后本设备行进至无人商店的无人化收款台设备，进入自动结账模式。而在用户推动本购物车购物的过程中，用户本人也可以将选中的商品放入本设备的物品承载箱体，并且被箱体内的电子标签读取器读取和登记该商品加入未付款物品列表；然后，用户关闭盖体，并且控制盖体锁闭后，通过显示触控***向本设备输入自动结账的指令，则本设备进入自动结账模式。自动结账模式下，本设备行驶至无人化收款台设备，通过物联双向通信器向无人化收款台设备上传本设备承载的未付款物品列表；无人化收款台对未付款物品计价后生成支付二维码，本设备通过物联双向通信器接收该支付二维码，然后通过人机交互子***将该支付二维码发送给后台服务器，再由后台服务器转发给本设备登记的用户，用户可以利用该支付二维码完成支付；完成支付后后台服务器会向无人化收款台以及本设备发送结账成功的反馈；无人化收款台收到结账成功的反馈后可以打开闸机，允许本设备通过；本设备自动结账后切换为定点等待模式，行驶至等待区标识设备标定的等待区，等待用户前来取走购买的物品。
可见，通过本发明的基于物联网实现的无人化购物***，可在商店、超市实现无人化自动结账，帮助用户进行排队计价付款，为用户在结账环节节约了时间精力；并且结账后可以提供物品寄存的功能，等待用户前来取走已经结账的物品，从而不影响用户在结账期间继续活动和购物；无人化智能购物车与无人售卖商店配合，还可以按照购物清单自主完成商品找寻与收集而无需用户人工介入。该无人化智能购物车充分结合了物联网、人工智能、移动支付等技术手段，能够改善用户购物体验、提升大型商店、超市的经营效率，降低人力成本。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于物联网实现的无人化购物***，其特征在于，包括：无人化智能购物车、后台服务器、无人化收款台设备、等待区标识设备、无人售卖设备以及用户智能终端；所述无人化智能购物车基于物联网通信协议与无人化收款台设备、等待区标识设备、无人售卖设备实现相互通信，并且接入所述后台服务器；所述无人化收款台设备和用户智能终端连接至后台服务器；
用户通过所述用户智能终端向所述后台服务器发送携带一台无人化智能购物车的序列号的租用请求；
后台服务器根据该租用请求，将该用户与无人化智能购物车绑定，然后向对应的无人化智能购物车下达激活命令；
所述无人化智能购物车根据后台服务器的命令而激活后，接收用户投入的商品，并且将该商品登记至未付款物品列表；根据用户输入的自动结账的指令，锁闭无人化智能购物车的盖体，行进至无人化收款台设备，进入自动结账模式；
所述无人化智能购物车获得购物车清单并且启动自动购物模式后，行驶至目标无人商店，通过与目标无人商店内的无人售卖设备进行物联网通信，从无人售卖设备获得购物车清单列入的物品，读取和登记该物品加入未付款物品列表；待购物车清单的所有物品均进入无人化智能购物车后，锁闭无人化智能购物车的盖体，然后行进至无人商店的无人化收款台设备，进入自动结账模式；
自动结账模式下，无人化智能购物车行驶至无人化收款台设备，通过物联双向通信器向无人化收款台设备上传本无人化智能购物车承载的未付款物品列表；无人化收款台对未付款物品计价后生成支付二维码，无人化智能购物车通过物联双向通信器接收该支付二维码，然后将该支付二维码发送给后台服务器，再由后台服务器转发给所绑定的用户智能终端；
所述用户智能终端利用所述支付二维码完成支付后，所述后台服务器向无人化收款台以及无人化智能购物车发送结账成功的反馈；无人化收款台收到结账成功的反馈后打开闸机，允许无人化智能购物车通过；所述无人化智能购物车切换为定点等待模式，行驶至等待区标识设备标定的等待区，进入定点等待模式；
其中，所述无人化智能购物车包括：主机身、行进驱动***、机身控制接口、外部感知***、物联传输***、中央智能***、远程通信***、定位***、显示触控***；其中，所述外部感知***包括：双摄像头、防碰撞雷达；所述物联传输***包括：电子标签读取器、物联双向通信器；所述主机身用于提供一个容纳承载物品的空间，并且控制锁闭和解锁位于该空间顶面的盖体，以及用于安装所述行进驱动***；所述无人化智能购物车的主机身包括：物品承载箱体、底盘、箱盖、电子锁合器；物品承载箱体的箱体侧面外壁安装所述防碰撞雷达；箱体侧面外壁在前方安装双摄像头，箱体侧面外壁上还安装显示触控***；物品承载箱体的箱体侧面内壁安装有电子标签读取器，用于读取放入该箱体的商品附带的电子标签包含的信息；所述盖体通过铰接枢轴可转动地安装在物品承载箱体上；所述铰接枢轴连接盖体驱动电机，通过盖体驱动电机的驱动带动所述盖体打开或者扣合；所述盖体在与铰接枢轴相对的一端具有锁扣，电子锁合器安装在物品承载箱体的箱体侧面内壁上；当盖体扣合后，所述电子锁合器通过锁扣锁闭所述盖体；并且电子锁合器根据所述机身控制接口发来的解锁指令而解锁盖体；底盘位于物品承载箱体的底部，底盘上安装了行进驱动***；所述行进驱动***用于带动本购物车自主行进，以及调节行进速度和方向；所述行进驱动***包括X形支架、第一后轮、第二后轮、驱动电机、驱动杆、第一前轮、第二前轮、转向驱动电机、转向控制轴杆；两个前轮和两个后轮分别安装在X形支架的各个分支上，其中两个后轮连接驱动杆，由驱动电机带动驱动杆旋转，从而带动两个后轮转动，为本购物车的自主行进提供动力；驱动电机固定安装在X形支架上；转向驱动电机的电机轴连接转向控制轴杆，转向控制轴杆连接两个前轮，且两个前轮与X形支架的两个分支是通过万向节连接的，随着转向驱动电机的电机轴输出转矩，转向控制轴杆带动两个前轮调整一定的角度，从而调节本购物车的行进方向；
所述机身控制接口用于向所述主机身发送解锁所述盖体的解锁指令，以及控制盖体打开和扣合的指令，以及向所述行进驱动***发送控制其行进、停止和速度的指令；
所述远程通信***用于接入专用基站覆盖的无线网络，并且通过该专用的无线网络连接到后台服务器，与后台服务器进行双向通信；
所述定位***用于实现对本购物车的实时定位；
所述物联传输***的物联双向通信器用于实现与其它物联网设备的相互识别、连接以及双向直接数据传输；所述物联传输***的电子标签读取器，用于读取放入该箱体的商品附带的电子标签包含的信息；
所述外部感知***的双摄像头用于拍摄本购物车前方的左视角视频画面和右视角视频画面；所述外部感知***的防碰撞雷达用于感知本购物车周围方向上一定距离内是否存在障碍物；
所述显示触控***为液晶显示器和电容式触控面板；
所述中央智能***用于通过与用户的人机交互，切换本购物车的工作模式，根据当前工作模式，基于物联双向通信器的路径指引信号，设定自主行驶路径，并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进，根据双摄像头拍摄的行进实时画面以及防碰撞雷达的障碍检测，调节行进的过程；所述中央智能***还通过与用户的人机交互，通过机身控制接口控制电子锁合器解锁盖体；中央智能***通过与用户的人机交互，获取用户的购物车清单；根据购物车清单，通过物联双向通信器与无人售卖设备进行通信，请求无人售卖设备释放购物车清单列入的物品；中央智能***还通过物联双向通信器向无人化收款台设备上传本购物车承载的未付款物品列表。
2.根据权利要求1所述的无人化购物***，其特征在于，所述中央智能***具体包括：设备模式切换子***、目标立体感知子***、自主行驶控制子***、人机交互子***、商品管理子***；所述人机交互子***用于从显示触控***获得用户的触摸输入命令，或者通过远程通信***从后台服务器获得用户的远程输入命令；设备模式切换子***通过与用户的人机交互，根据用户触摸输入或者远程输入的模式选择命令，负责控制本购物车进入自动结账、定点等待、自动购买三种工作模式中的一种；目标立体感知子***从双摄像头获得所述左视角视频画面和右视角视频画面，利用基于边缘检测和矢量信息的目标识别算法提取视频画面中的各个目标，并且确定各个目标的三维位置信息；自主行驶控制子***在不同的工作模式下，根据物联双向通信器接收的路径指引信号，采用不同的方式设定本购物车拟自主行驶的路径，并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进；商品管理子***用于在自动结账或者自动购买模式下对商品进行管理。
3.根据权利要求2所述的无人化购物***，其特征在于，所述自主行驶控制子***在自动结账或者定点等待模式下，通过物联双向通信器识别本购物车所在区域的无人化收款台设备或者等待区标识设备，获得无人化收款台设备或者等待区标识设备发出的路径指引信号，根据路径指引信号确定无人化收款台设备或者等待区标识设备的位置信息，进而设定从本购物车当前位置指向以上设备位置的自主行驶路径；并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进。
4.根据权利要求2所述的无人化购物***，其特征在于，所述自主行驶控制子***在自动购买模式下，通过远程通信***从后台服务器获得目标无人商店的位置信息，并且根据定位***为本购物车定位的当前位置，设定从本购物车当前位置指向该目标无人商店的位置的自主行驶路径；并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进，进入该目标无人商店；进而，该自主行驶控制子***通过物联双向通信器识别该目标无人商店内部的目标无人售卖设备，获得目标无人售卖设备发出的路径指引信号，根据路径指引信号确定目标无人售卖设备的位置信息，进而设定从本购物车当前位置指向目标无人售卖设备位置的自主行驶路径；并通过机身控制接口控制行进驱动***按照自主行驶路径行进。
5.根据权利要求3或者4所述的无人化购物***，其特征在于，所述自主行驶控制子***按照自主行驶路径行进的过程中，根据目标立体感知子***确定的目标无人售卖设备或目标无人化收款台的三维位置信息，通过机身控制接口控制行进驱动***行进至所述目标无人售卖设备或目标无人化收款台。
6.根据权利要求2所述的无人化购物***，其特征在于，在自动购买模式下，商品管理子***通过所述人机交互子***获得用户触摸输入的购物车清单，或者由所述人机交互子***从后台服务器获得用户远程输入的购物车清单；当本购物车行驶至目标无人商店后，商品管理子***通过物联双向通信器与无人售卖设备进行通信，获取售卖清单，确定售卖购物车清单所列入的商品的一个或者多个目标无人售卖设备；当本购物车行驶至目标无人售卖设备之后，商品管理子***通过物联双向通信器与目标无人售卖设备进行通信，请求无人售卖设备释放购物车清单列入的物品，被释放的物品从无人售卖设备落入本购物车的物品承载箱体，并且被箱体内的电子标签读取器读取和登记，商品管理子***将落入本购物车的物品加入未付款物品列表。
7.根据权利要求2所述的无人化购物***，其特征在于，自动结账模式下，当本购物车行驶至无人化收款台设备，所述商品管理子***通过物联双向通信器向无人化收款台设备上传本购物车承载的未付款物品列表；所述商品管理子***还通过物联双向通信器接收无人化收款台发送的支付二维码，然后通过人机交互子***将该支付二维码发送给用户。
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