CN108356789A - 超市购物智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超市购物智能机器人，包括机器人本体和控制***,机器人本体包括圆筒形的机身、设置于机身两端的行走轮、用于驱动行走轮转动的行走驱动***、设置于机身内用于承装商品的箱体以及用于封闭箱体的箱盖，控制***包括电源模块、无线通信模块、自平衡模块、自定位模块、身份识别模块、避障模块和控制器，机器人本体通过自平衡模块使机器人本体保持平衡，通过无线通信模块与超市中央服务器无线通讯，通过自定位模块与身份识别模块和手持式交互器配套使用，实现机器人与用户之间的动态追踪，用户将选购的商品放置在机器人本体的箱体中，机器人本体承装选购的商品自主跟随用户行走，从而使购物者解放双手，大大改善购物者的购物体验。

Description

超市购物智能机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体为一种超市购物智能机器人。

背景技术

如今超市购物已成为男女老少生活必备的活动，超市商品资源丰富，种类繁多，比起看不到实体的网络购物，人们还是热衷于一边享受琳琅满目的实体货架，一边选购自己喜欢的商品。那么在选购过程中，人们当然不愿意两手提着满满的东西沉甸甸地负重欣赏，而传统购物车虽然解决了不用手提商品这个问题，但拖着硕大的购物车也不是人们喜爱的事，当然人们也不喜欢排队结账。

因此在人们生活质量日益上升的时代，需要一种能够承装商品自主行走，从而使购物者解放双手的超市购物智能机器人。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种能够承装商品自主行走，从而使购物者解放双手的超市购物智能机器人。

本发明公开的一种超市购物智能机器人，包括机器人本体和用于控制机器人本体动作的控制***,所述机器人本体包括圆筒形的机身、设置于所述机身两端的行走轮、与所述控制***电连接用于驱动行走轮转动的行走驱动***、设置于所述机身内用于承装商品的箱体以及用于封闭箱体的箱盖。

进一步，所述控制***包括电源模块、无线通信模块、自平衡模块、自定位模块、身份识别模块、避障模块和控制器；

所述电源模块向无线通信模块、自平衡模块、自定位模块、身份识别模块、避障模块和控制器供电，所述控制器通过无线通信模块与超市中央服务器通信连接，所述自平衡模块将检测到的机器人本体倾角信号和角速度信号发送到控制器进行运算处理，所述控制器分别与自定位模块和身份识别模块通信连接，所述避障模块将检测到的障碍物与机器人之间的相对位置信息发送给超市中央服务器。

进一步，所述行走驱动***包括同轴固定于所述行走轮内圆的齿圈、与所述齿圈啮合的齿轮和用于驱动所述齿轮转动的步进电机，所述控制器控制步进电机与电源模块之间电气通断。

进一步，所述机器人自平衡模块包括加速度传感器、陀螺仪和设置于所述机身下部的平衡块，所述加速度传感器将检测到的机器人机身的线加速度信号发送给控制器，所述陀螺仪将检测到的机器人机身的角速度信号发送给控制器。

进一步，所述自定位模块包括设置于机器人箱体顶部的UWB定位标签和设置在超市各个货架上用于读取UWB定位标签信息的UWB传感器，所述UWB传感器分别与机器人本体的控制器和超市中央服务器之间通信连接，所述电源模块向UWB定位标签供电。

进一步，所述身份识别模块包括：RFID卡和用于读取RFID卡信息的第一RFID读卡器，所述第一RFID读卡器与控制器通信连接。

进一步，所述机身外圆顶部设有用于对机身和行走轮的上部进行遮蔽的外壳，所述外壳与箱体对应的位置设有开口，所述箱盖铰接于所述外壳；

所述机身外侧壁上设置有供RFID卡***的插口，所述插口内设置有用于控制机器人启动的开关。

进一步，超市购物智能机器人还包括与机器人本体配套使用的手持式交互器，所述手持式交互器包括用户定位模块、触屏交互界面、呼唤机器人按钮、手持控制器、通信模块以及商品扫码器，所述手持控制器分别与触屏交互界面、呼唤机器人按钮和商品扫码器连接，所述用户定位模块与手持控制器通信连接，所述手持控制器通过通信模块分别与机器人本体的控制器和超市中央服务器连接；

手持式交互器还包括用于读取RFID卡信息的第二RFID读写器，所述第二RFID读写器与手持控制器通信连接；

手持式交互器表面设置有RFID卡插口，所述第二RFID读写器位于手持交互器的插口位置。

进一步，所述的机器人避障模块包括设置于机器人本体的人体红外线传感器和超声波传感器，所述人体红外线传感器和超声波传感器实时向控制器发送信号。

进一步，所述箱体底部设置有用于检测箱体承受物品重量的电阻应变式称重传感器，所述电阻应变式称重传感器将检测到的箱体重量信号传输给控制器。

本发明的有益效果是：本发明的超市购物智能机器人，机器人本体的圆筒形机身呈卧式设置，两行走轮分别设置于其两端部，行走轮在行走驱动***的驱动下独立转动，从而实现机器人本体在超市货架之间灵活行走。承载商品的箱体***机器人机身中，外壳安装在机器人主体上，可避免机身损坏以及接触地面的轮子偶然碰到用户弄脏衣服。机器人本体通过自平衡模块使机器人本体在行走时保持平衡，通过集成在主板上的无线通信模块与超市中央服务器进行无线通讯，机器人本体上的自定位模块设有定位芯片和设置在超市各个货架上能读取该芯片信息的传感器，传感器将机器人本体的位置信息发送给超市中央服务器以实现机器人的定位功功能，机器人本体上设置的身份识别模块可用作机器人身份验证，还可与手持式交互器进行配对，并配合机器人的自定位模块实现机器人与用户携带的手持式交互器之间的动态追踪，机器人行走时通过避障模块躲避周围的障碍物，用户可将选购的商品放置在机器人本体的箱体中，机器人本体承装选购的商品自主跟随用户行走，从而使购物者解放双手，大大改善购物者的购物体验。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的机器人本体的***图；

图2为本发明的手持式交互器的主视图；

图3为本发明的手持式交互器的俯视图；

图4为本发明的机器人本体的机身的主视图；

图5为图3中A-A剖视图；

图6为图3中C-C剖视图；

图7为本发明的机器人本体的行走轮的结构示意图；

图8为本发明的机器人的原理框图；

图9为本发明的箱体内部示意图；

图10为本发明的机器人RFID卡插口处开关的电路简图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，如图所示，本实施例的一种超市购物智能机器人，包括机器人本体和控制***，机器人本体包括圆筒形的机身10、设置于机身10两端的行走轮2、与控制***电连接用于驱动行走轮2转动的行走驱动***、设置于机身10内用于承装商品的箱体3以及用于封闭箱体3的箱盖6。本实施例的超市购物智能机器人，机器人本体的圆筒形机身10呈卧式设置，两行走轮2分别设置于其两端部，行走轮2在行走驱动***的驱动下独立转动，从而实现机器人本体在超市货架之间灵活行走。承载商品的箱体3***机器人机身10中，外壳5安装在机器人主体上，可避免机身损坏和接触地面的轮子偶然碰到用户弄脏衣服。用户将选购的商品放置在机器人本体的箱体3中，机器人本体承装选购的商品自主跟随用户行走，从而使购物者解放双手，大大改善购物者的购物体验。

本实施例中，控制***包括电源模块、无线通信模块、自平衡模块、自定位模块、身份识别模块、避障模块和控制器，电源模块向无线通信模块、自平衡模块、自定位模块、身份识别模块、避障模块和控制器供电，控制器通过无线通信模块与超市中央服务器通信连接，自平衡模块将检测到的机器人本体倾角信号和角速度信号发送到控制器进行运算处理，控制器分别与自定位模块和身份识别模块通信连接，避障模块将检测到的障碍物与机器人之间的相对位置信息发送给超市中央服务器。机器人本体通过自平衡模块使机器人本体在行走时保持平衡，通过集成在主板上的无线通信模块与超市中央服务器进行无线通讯，通过自定位模块将机器人本体的位置信息发送给超市中央服务器，通过身份识别模块将机器人的身份信息发送给机器人本体的控制器和超市中央服务器，可用作机器人身份验证，通过避障模块将检测到的障碍物与机器人本体之间的相对位置信息发送给超市中央服务器，超市中央服务器将障碍物的位置信息进行储存记录，并指挥机器人寻找无障碍物的路径行走，使机器人在行走过程中完全避开周围遮挡物，避免引起现场混乱。

本实施例中机器人本体的无线通信模块可采用无线wifi通信模块和无线4G模块。

本实施例中，行走驱动***包括同轴固定于行走轮2内圆的齿圈13、与齿圈13啮合的齿轮1和用于驱动齿轮1转动的步进电机。圆筒形的机身10两端形成有圆形凸台，行走轮2可转动外套在该圆形凸台上，机身10内靠近底部位置设有驱动器盒体8，驱动器盒体8的两输出电机轴分别由两个步进电机驱动，两电机轴分别驱动两个齿轮1转动，机身10底部开设有通槽，齿轮1可穿过该通槽与固定在行走轮2上的齿圈13啮合，进而分别驱动两个行走轮2转动。当机器人直线前行时，两步进电机同步运转，当机器人转弯时差速运转，因此可实现零半径转弯，在复杂的货架之间也能灵活自如。为了更加精准的控制步进电机的启停，可增加PLC控制器并搭载相应的步进电机编码器来控制电机的转动，即PLC控制器根据步进电机编码器检测电机的转速来调节步进电机转子的精度。

本实施例中，机器人自平衡模块包括加速度传感器、陀螺仪和设置于所述机身下部的平衡块，加速度传感器将检测到的机器人机身的线加速度信号发送给控制器，陀螺仪将检测到的机器人机身的角速度信号发送给控制器。其中，在机器人箱体底部重心处设有加速度传感器和陀螺仪为最优结构，检测结果更为准确，更利于机身的控制。控制器将线加速度信号和角速度信号结合现有的算法进行处理，向驱动电机发送控制指令控制电机驱动齿轮1动作，从而控制行走轮2加速或者减速以实现机器人保持平衡，同时在机身10下部设置有平衡块，让机器人重心始终保持在车轮以下，更好的使控制器控制机器人保持自身平衡。

本实施例中，所述自定位模块包括设置于机器人箱体顶部的UWB定位标签和设置在超市各个货架上用于读取UWB定位标签信息的UWB传感器，所述UWB传感器分别与机器人本体的控制器和超市中央服务器之间通信连接，所述电源模块向UWB定位标签供电。UWB传感器内存储有传感器已知的坐标位置信息，将UWB传感器设置为定位基站，UWB传感器根据接收到UWB定位标签的信息的时间来进行到达时间角度AOA和到达时间差TDOA的混合定位运算，并将运算后的数据发送到超市中央服务器进行数据处理，一般一只UWB定位标签会同时发送信息给周围的四只UWB传感器，超市中央服务器根据四只UWB传感器传回的数据进行分析运算得出UWB定位标签的准确位置信息，并将UWB定位标签的位置信息进行储存。为了避免UWB传感器与超市中央服务器可能出现通讯故障而无法数据传输，UWB传感器与机器人本体的控制器之间也可进行通信连接，控制器在得到UWB传感器传送的数据后，可将数据传输到超市中央服务器进行运算处理后得到UWB定位标签的准确位置信息。为了使UWB定位速度更快速，可在超市内组建无线Mesh网络，有源定位标签可采用Ubisense7000配合Ubisense传感器并搭载现有技术就能实现UWB无线定位技术。

本实施例中，身份识别模块包括RFID卡和用于读取RFID卡信息的第一RFID读卡器，所述第一RFID读卡器与控制器通信连接。RFID卡可采用无源RFID电子标签，且可与机器人分开放置使用。第一RFID读写器发出射频信号给RFID卡，RFID卡获得能量被激活，第一RFID读写器读出RFID卡上的机器人身份编码等信息并发送给机器人控制器，机器人控制器将收到的RFID卡上的信息与控制器自身存储的信息比对，若信息相同则RFID卡与机器人是配套的，若信息不相同则RFID卡与机器人不配套，机器人会发出警报，提醒相关人员及时更换正确的卡，避免因多台机器人同时使用时，因都配有外形相同的RFID卡而出现相互混淆，影响机器人的正常使用。

本实施例中，机身10外圆顶部设有用于对机身10和行走轮2的上部进行遮蔽的外壳5，外壳5与箱体3对应的位置设有开口，箱盖6铰接于所述外壳5。机身外侧壁上设置有供RFID卡***的插口16，所述插口16内设置有用于控制机器人启动的开关。开关包括：金属弹片21和金属触片22，金属弹片21的一端作为固定端，固定在RFID卡插口16的一侧，金属弹片的另一端为自由端，且金属弹片的固定端与机器人的电源的供电输出端电连接，金属触片22固定在RFID卡插口16的另一侧，金属触片与机器人的用电设备的电源输入端电连接，金属弹片21的自由端与金属触片22在RFID卡没有***RFID插口16时接触连接，但在RFID卡***后，金属弹片21的自由端和金属触片22被隔开，从而使得机器人的整个用电设备的电源被断开。本超市购物智能机器人巧妙的采用插取卡的方式来控制机器人电源通断，操作简单方便，极大的满足了购物者的快速购物体验。

本实施例中，超市购物智能机器人还包括与机器人本体配套使用的手持式交互器，手持式交互器包括用户定位模块、触屏交互界面15、呼唤机器人按钮12、手持控制器、通信模块以及商品扫码器14，手持控制器分别与触屏交互界面15、呼唤机器人按钮12和商品扫码器14连接，用户定位模块与手持控制器通信连接，手持控制器通过通信模块分别与机器人本体的控制器和超市中央服务器连接，手持式交互器还包括用于读取RFID卡信息的第二RFID读写器，第二RFID读写器与手持控制器通信连接，手持式交互器表面设置有RFID卡插口，第二RFID读写器位于手持交互器的插口位置。用户需要机器人执行停止等待或是继续行走命令时，可直接按动呼唤机器人按钮12进行功能选择，呼唤机器人按钮12将触发信号发送给手持控制器，手持控制器将命令发送给机器人本体的控制器，机器人本体执行相关命令。通信模块包含无线wifi模块和4G模块。当超市内无线路由器正常工作时，手持式交互器优先启用无线wifi模块与机器人本体的控制器和超市中央服务器进行无线通信，当手持式交互器与机器人本体之间建立wifi通信连接后，按动手持式交互器的呼唤机器人按钮12可对机器人本体实现遥控呼唤。手持式交互器与机器人本体预先设置有4G上网卡，当超市内无线路由器出现异常时，手持式交互器自动启用4G模块与机器人本体的控制器和超市中央服务器进行4G通讯，当手持式交互器与机器人本体之间建立4G通信连接后，可实现手持式交互器的呼唤机器人按钮12对机器人本体的遥控呼唤。给手持式交互器配备多种通信模块，可完全避免手持式交互器因通信故障而不能正常使用。手持式交互器的用户定位模块与机器人的自定位模块工作原理相同，即采用UWB定位标签和设置在超市各个货架上用于读取UWB定位标签信息的UWB传感器，UWB传感器与手持控制器和超市中央服务器通信连接。超市中央服务器通过手持式交互器的UWB传感器获取用户的位置信息，超市中央服务器将用户的运动轨迹进行存储备用。将机器人本体的RFID卡取出***到手持式交互器的RFID卡插口17中，手持式交互器上的第二RFID读写器识别出当前RFID卡中的信息，该RFID卡信息至少包含机器人身份编码信息，手持式交互器的手持控制器将自身的身份编码信息及接收到的机器人本体得身份编码信息组队发送给超市中央服务器，超市中央服务器通过已得到的机器人本体和手持式交互器的定位信息进行运算后，找出最佳路径发送给机器人，机器人按照最佳路径跟随。由于机器人本体和手持式交互器的身份编码信息始终唯一，超市中央服务器会一直为机器人本体发送与此配对的手持式交互器移动的最佳跟随路线。利用将机器人本体的RFID卡取出***手持式交互器的RFID卡插口17内，并由手持式交互器内设置第二RFID读写器读取机器人本体RFID卡存储的身份信息的方法给超市中央服务器给机器人和手持式交互器配对，最大的简化了配对过程，增加了配对可靠性，可实现让机器人本体和任意一台手持式交互器配套使用，避免了超市购物智能机器人使用过程的繁杂程序，节约了用户等待购物的时间。触屏交互界面15用于显示商品信息列表，例如商品分类、商品区域分布、打折商品信息，以及功能***，如：呼叫人工服务、机器人跟随，待命，导购、扫码计价、结算账单等。用户将需要购买的商品在手持式交互器的商品扫码器14上扫描后放入机器人箱体内，通过手持式交互器与用户的手机终端建立连接后可直接通过手机终端结账，免去了人工服务需占用的时间，使超市购物更加人性化更快捷方便。手持式交互器内部设置有可充电的蓄电池向用户定位模块、触屏交互界面15、呼唤机器人按钮12、手持控制器、通信模块以及商品扫码器14供电。

本实施例中，机器人避障模块包括设置于机器人本体的人体红外线传感器11和超声波传感器4，人体红外线传感器11实时发送出红外线，超声波传感器4实时发送出超声波，当超声波传感器4传回障碍信息时，首先确定人体红外线传感器11是否也传回障碍信息，如果人体红外线传感器11未传回人体障碍信息，则超声波传感器4直接向机器人本体的控制器传回障碍信息，控制器向超市中央服务器输出障碍物位置信息，超市中央服务器对障碍物位置标记并为机器人本体选择另一条接近路径行走，如果人体红外线传感器11传回人体障碍信息，则控制器向超市中央服务器输出人体障碍物位置信息，由超市中央服务器分析另一条接近路径是否遥远，如果不远则超市中央服务器命令机器人本体改道前进，如果较远则超市中央服务器命令机器人本等待人体离开，并给机器人本体设置等待时间，如果超时则命令机器人本体改道前进。

本实施例中，超市中央服务器已建成有超市的三维场景地图，当超市中央服务器接收到机器人本体和手持式交互器的定位信息时，超市中央服务器根据定位信息经过混合定位算法运算后将机器人和携带有手持式交互器的用户的运动轨迹在三维场景地图上显示出来，并根据收集到的机器人避障模块传回的障碍物位置信息不断更新三维场景地图数据，超市中央服务器可根据机器人本体和用户的位置信息以及参考障碍物的位置信息计算出机器人本体的最优的跟随路线。超市中央服务器还为手持式交互器提供商品信息、支付信息以及人工服务。

本实施例中，机器人本体的箱体底部设置有用于检测箱体承受物品重量的电阻应变式称重传感器，电阻应变式称重传感器将检测到的箱体重量信号传输给控制器。考虑到机器人电量有限，为了不影响用户的购物感受，有必要给机器人设定承重极限，即在机器人购物箱底部均匀分布有电阻应变式称重传感器，电阻应变式称重传感器将检测到的购物箱的重量值传输回控制器，控制器设有极限值，当重量超出限值时，机器人将报警提示发送到手持式交互器的触屏交互界面上提示用户查看，当重量超过限值的1.2倍时，机器人停止移动，在手持式交互器的触屏交互界面上将显示出机器人停止移动的原因。

本实施例中，如图9所示，箱体内部设置有挡板18，挡板18受机器人控制器控制转动方向。箱体底部还设置有多支压力传感器19，压力传感器19将检测到的箱体压力信号发送给机器人本体的控制器。挡板18初始状态与行走轮轴线垂直，挡板18内部中心处贯穿有转动轴，转动轴与电机连接，机器人本体的控制器可控制电机正反转。机器人本体的控制器根据控制器根据箱体的重心位置及接收的箱体的压力信号进行分析，判断购物箱内哪边压力过大，机器人本体的控制器控制挡板朝购物箱内压力小的一边倾斜，指引用户将物品朝箱体压力小的一端放置，避免机器人因用户随意放置物品而引起机器人重心不平衡。

本实施例中机器人本体的控制器可采用DSP控制芯片，如：dsPIC30F4011，并搭载现有电路即可实现对超市购物智能机器人所有功能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种超市购物智能机器人，其特征在于：包括机器人本体和用于控制机器人本体动作的控制***,所述机器人本体包括圆筒形的机身、设置于所述机身两端的行走轮、与所述控制***电连接用于驱动行走轮转动的行走驱动***、设置于所述机身内用于承装商品的箱体以及用于封闭箱体的箱盖。

2.根据权利要求1所述的超市购物智能机器人，其特征在于：所述控制***包括电源模块、无线通信模块、自平衡模块、自定位模块、身份识别模块、避障模块和控制器；

所述电源模块向无线通信模块、自平衡模块、自定位模块、身份识别模块、避障模块和控制器供电，所述控制器通过无线通信模块与超市中央服务器通信连接，所述自平衡模块将检测到的机器人本体倾角信号和角速度信号发送到控制器进行运算处理，所述控制器分别与自定位模块和身份识别模块通信连接，所述避障模块将检测到的障碍物与机器人之间的相对位置信息发送给超市中央服务器。

3.根据权利要求2所述的超市购物智能机器人，其特征在于：所述行走驱动***包括同轴固定于所述行走轮内圆的齿圈、与所述齿圈啮合的齿轮和用于驱动所述齿轮转动的步进电机，所述控制器控制步进电机与电源模块之间电气通断。

4.根据权利要求2所述的超市购物智能机器人，其特征在于：所述机器人自平衡模块包括加速度传感器、陀螺仪和设置于所述机身下部的平衡块，所述加速度传感器将检测到的机器人机身的线加速度信号发送给控制器，所述陀螺仪将检测到的机器人机身的角速度信号发送给控制器。

5.根据权利要求2所述的超市购物智能机器人，其特征在于：所述自定位模块包括设置于机器人箱体顶部的UWB定位标签和设置在超市各个货架上用于读取UWB定位标签信息的UWB传感器，所述UWB传感器分别与机器人本体的控制器和超市中央服务器之间通信连接，所述电源模块向UWB定位标签供电。

6.根据权利要求2所述的超市购物智能机器人，其特征在于：所述身份识别模块包括：RFID卡和用于读取RFID卡信息的第一RFID读卡器，所述第一RFID读卡器与控制器通信连接。

7.根据权利要求6所述的超市购物智能机器人，其特征在于：所述机身外圆顶部设有用于对机身和行走轮的上部进行遮蔽的外壳，所述外壳与箱体对应的位置设有开口，所述箱盖铰接于所述外壳；

所述机身外侧壁上设置有供RFID卡***的插口，所述插口内设置有用于控制机器人启动的开关。

8.根据权利要求6所述的超市购物智能机器人，其特征在于：超市购物智能机器人还包括与机器人本体配套使用的手持式交互器，所述手持式交互器包括用户定位模块、触屏交互界面、呼唤机器人按钮、手持控制器、通信模块以及商品扫码器，所述手持控制器分别与触屏交互界面、呼唤机器人按钮和商品扫码器连接，所述用户定位模块与手持控制器通信连接，所述手持控制器通过通信模块分别与机器人本体的控制器和超市中央服务器连接；

手持式交互器还包括用于读取RFID卡信息的第二RFID读写器，所述第二RFID读写器与手持控制器通信连接；

手持式交互器表面设置有RFID卡插口，所述第二RFID读写器位于手持交互器的插口位置。

9.根据权利要求2所述的超市购物智能机器人，其特征在于：所述的机器人避障模块包括设置于机器人本体的人体红外线传感器和超声波传感器，所述人体红外线传感器和超声波传感器实时向控制器发送信号。

10.根据权利要求2所述的超市购物智能机器人，其特征在于：所述箱体底部设置有用于检测箱体承受物品重量的电阻应变式称重传感器，所述电阻应变式称重传感器将检测到的箱体重量信号传输给控制器。