[發(fā)明專利]一種基于可穿戴終端的超市智能購物車系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110390948.2
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN112960022B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李杰;楊蕊綻;鄭宏宇;郭中陽;宗長富;宋娟娟;王劍波;吳竟啟;束琦
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué);江蘇超力電器有限公司
• 主分類號: B62B3/00
• 分類號: B62B3/00;G06Q30/02;G01D21/02;H04B1/3827;H04W4/024;G08B19/00;G07C9/00
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務(wù)所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

1.一種基于可穿戴終端的超市智能購物車系統(tǒng)，其特征在于，包含一套手環(huán)式可穿戴終端、智能購物車和超市后臺處理平臺；

所述手環(huán)式可穿戴終端可設(shè)置子母兩個模式，兩個模式的區(qū)別在于控制權(quán)限及功能的不同，母模式終端用于顧客與超市智能購物車系統(tǒng)之間的交互以及定位，子模式終端主要用于兒童定位、警報以及發(fā)出智能購物車接回申請；所述手環(huán)式可穿戴終端包括電源模塊、無線通信模塊、信息顯示與交互模塊、警報模塊和定位模塊；

所述無線通信模塊，其根據(jù)手環(huán)式可穿戴終端處理器的指令向智能購物車以及超市后臺處理平臺發(fā)射手環(huán)式可穿戴終端實時位置信息，同時也可接收智能購物車以及超市后臺處理平臺發(fā)送的語音以及文字信息，用于提示顧客以及實現(xiàn)顧客與后臺工作人員進行語音通話；所述無線通信模塊還用于實現(xiàn)子母模式手環(huán)式可穿戴終端之間的配對；

所述信息顯示與交互模塊配備一塊矩形可觸摸顯示屏，用于顧客瀏覽與選擇商品，同時也可通過顯示文字信息提示顧客，當(dāng)顧客選定商品后，所述信息顯示與交互模塊可顯示智能購物車的規(guī)劃路線以及終端實時位置；

所述警報模塊由語音模塊、蜂鳴器以及振動模塊組成，其中語音模塊具有后臺語音通話功能以及內(nèi)置語音提示功能，后臺語音通話功能即后臺管理人員可直接通過超市后臺處理平臺與顧客進行通話，內(nèi)置語音提示功能即在顧客進行相應(yīng)操作時通過內(nèi)置語音片段進行簡單語音提示；

所述定位模塊內(nèi)置一塊高精度定位芯片，用于獲取手環(huán)式可穿戴終端在超市內(nèi)的精確位置信息，可具體到超市的不同樓層；所述定位模塊每隔1秒獲取一次手環(huán)式可穿戴終端位置信息并將該信息通過無線通信模塊發(fā)送給智能購物車與超市后臺處理平臺；

所述智能購物車包括分層式智能購物車箱體、四輪模塊、無線通信模塊、定位模塊、語音模塊和導(dǎo)航控制模塊；

所述智能購物車箱體采用分層組裝形式，支持箱體添加與更換；所述智能購物車箱體具體有：私人物品存放箱體、生鮮類商品存放箱體、其他商品存放箱體；其中私人物品存放箱體在顧客開始購物前打開，在購物過程中保持關(guān)閉，顧客無法自行打開，僅當(dāng)顧客歸還手環(huán)式可穿戴終端后私人物品存放箱體才會打開允許顧客拿走私人物品；生鮮類商品存放箱體具有冷藏、保溫功能，便于顧客存放生鮮類商品；其他商品存放箱體不具有冷藏、保溫功能，用于存放其他商品；所訴智能購物車默認情況下配備上述箱體各一個，其中私人物品存放箱體為強制選項，且位于整個智能購物車的最下層，用于安裝四輪模塊與定位模塊，同時私人物品存放箱體上層可根據(jù)顧客的購物需求進行特定箱體的添加、更換操作；

所述箱體均采用同一規(guī)格可閉合活頁式柜門，柜門橫向安裝且配備電磁鎖以及力傳感器，柜門在關(guān)閉狀態(tài)下受到外力時，所述力傳感器可對外力進行檢測；所述力傳感器安裝在柜門三處外邊緣的中間位置，并與電磁鎖電性連接，即一個柜門上安裝有三個力傳感器，智能購物車導(dǎo)航控制模塊接收三個力傳感器檢測的開門力信號，通過內(nèi)置的開門風(fēng)險度測算算法可計算得到相應(yīng)的開門風(fēng)險度，當(dāng)開門風(fēng)險度達到限定值時會進行相應(yīng)警報，且警報等級隨風(fēng)險度的增加而增加；所述開門風(fēng)險度測算算法如下：

其中：

γ₁、γ₂分別為力傳感器權(quán)重因子與人流密度權(quán)重因子，且滿足γ₁+γ₂＝1，初始設(shè)置γ₁＝0.9，γ₂＝0.1；

ω₁、ω₂、ω₃分別為柜門左邊緣力傳感器權(quán)重因子、柜門右邊緣力傳感器權(quán)重因子和柜門中邊緣力傳感器權(quán)重因子，且滿足ω₁+ω₂+ω₃＝1；

F_L、F_R、F_M分別為柜門左邊緣力傳感器數(shù)值、柜門右邊緣力傳感器數(shù)值、柜門中邊緣力傳感器數(shù)值；

F_Lmax、F_Rmax、F_Mmax分別為柜門左邊緣開門力限定值、柜門右邊緣開門力限定值、柜門中邊緣開門力限定值，可通過柜門開關(guān)重復(fù)試驗得到可靠的值；

ρ為智能購物車所在區(qū)域人流密度，由超市后臺處理平臺信息處理模塊對攝像頭模塊所采集的視頻畫面進行分析得到；

ρ_max為智能購物車所在區(qū)域允許最大人流密度；

所述智能購物車四輪模塊中四個車輪分布在智能購物車箱體四個角并與底盤可拆卸聯(lián)接，四個輪胎均可獨立繞自身豎直軸線180°轉(zhuǎn)動并通過內(nèi)置輪轂電機進行驅(qū)動；四輪模塊中4個車輪均安裝壓力傳感器，可用于測量智能購物車箱體重量；所述輪轂電機轉(zhuǎn)動時輪緣上頂點運動方向與購物車前進方向相同時可實現(xiàn)對智能購物車的驅(qū)動，所屬輪轂電機轉(zhuǎn)動時輪緣上頂點運動方向與購物車前進方向相反時可實現(xiàn)對智能購物車的制動；所述智能購物車在停車時所述四個車輪內(nèi)置輪轂電機鎖死，四個車輪同時向外偏轉(zhuǎn)一定角度，角度范圍為0°至90°，具體偏轉(zhuǎn)角度采用考慮智能購物車行駛速度與智能購物車箱體重量的模糊控制方法：

該模糊控制方法輸入為智能購物車行駛速度和智能購物車箱體重量，其模糊子集定義為V＝{ZE,PO,PS,PM,PB}，即{零、正、正小、正中、正大}，G＝{ZE,PO,PS,PM,PB}，即{零、正、正小、正中、正大}，輸出為智能購物車四輪向外偏轉(zhuǎn)角度，其模糊集合定義為D＝{ZE,PO,PS,PM,PB}，即{零、正、正小、正中、正大}；其中V為所述智能購物車的行駛速度，單位為km/h，G為所述智能購物車箱體重量，單位為N，D為所述智能購物車四輪向外偏轉(zhuǎn)角度，單位為°，且范圍在0°至90°；

所述智能購物車無線通信模塊用于接收手環(huán)式可穿戴終端的指令、超市后臺處理平臺的商品位置信息以及超市內(nèi)部地圖信息，并將信息傳遞給導(dǎo)航控制模塊；所述智能購物車無線通信模塊向超市后臺處理平臺發(fā)送智能購物車位置信息以及用戶使用記錄，超市后臺處理平臺根據(jù)智能購物車記錄進行智能購物車使用評估并反饋給開發(fā)者，評估內(nèi)容主要有：(1)智能購物車導(dǎo)航路線跟蹤精度：參考智能購物車規(guī)劃路線與實際行駛路線之間的橫向偏差均方根值；(2)智能購物車導(dǎo)航路線時間損耗：參考智能購物車行駛單位距離所用時間；(3)智能購物車避障效果：參考智能購物車行駛過程中與障礙物的最小距離以及是否有避障失敗事故發(fā)生；

所述智能購物車定位模塊包括四塊高精度定位芯片，每塊芯片均能獨立工作獲取智能購物車位置信息，所述智能購物車定位模塊根據(jù)四塊定位芯片測得的智能購物車位置信息利用模塊內(nèi)置坐標計算公式獲取智能購物車精確位置坐標信息；

所述智能購物車語音模塊分別對稱嵌入安裝在智能購物車箱體左右兩側(cè)上邊緣處中間位置，所述智能購物車語音模塊到智能購物車前后箱體邊緣處的距離相等，用于提示顧客以及在突發(fā)情況下對外發(fā)出語音警告；

所述智能購物車導(dǎo)航控制模塊包括兩塊高性能處理器以及雷達模塊，用于實時計算智能購物車與手環(huán)式可穿戴終端間的距離、規(guī)劃路線以及對路線進行跟蹤；所述雷達模塊用于探測周圍障礙物信息，將障礙物信息及時反饋給處理器以便及時修正軌跡進行避障操作；所述兩塊處理器同時獨立參與系統(tǒng)運作并輸出指令，導(dǎo)航控制模塊將所述兩塊處理器的指令信息進行融合后再進行最終輸出，保證當(dāng)其中一塊處理器出現(xiàn)故障無法工作時，系統(tǒng)仍能正常工作；

所述智能購物車可根據(jù)顧客購物需求進行智能購物車編隊行駛，支持一個母終端與多輛智能購物車進行通信，智能購物車編隊采用分布式控制策略，具體控制方法可采用合作跟隨領(lǐng)航者法：將與母終端初始配對的智能購物車設(shè)置為智能購物車編隊的領(lǐng)航車，智能購物車編隊中的后續(xù)智能購物車不僅受領(lǐng)航車的引導(dǎo)，而且還與編隊中其他智能購物車進行信息交互并協(xié)同運動；所述智能購物車編隊在系統(tǒng)中的運行以智能購物車編隊的領(lǐng)航車為描述對象；

所述超市后臺處理平臺包括顯示器、攝像頭模塊、無線通信模塊、信息處理模塊和警報模塊；

所述超市后臺處理平臺顯示器用于實時顯示超市內(nèi)部手環(huán)式可穿戴終端以及智能購物車的位置信息和超市內(nèi)部貨架三維地圖信息，在顯示器上分別用不同顏色及形狀的圖標示意子母模式手環(huán)式可穿戴終端以及智能購物車的位置，且通過圖標顏色的深淺來表示緊急程度：若手環(huán)式可穿戴終端或智能購物車在超市經(jīng)營范圍內(nèi)且離邊界越近，則對應(yīng)圖標的顏色越深；當(dāng)手環(huán)式可穿戴終端或智能購物車開始超出超市經(jīng)營范圍之外時，所對應(yīng)圖標會以5Hz的初始頻率持續(xù)閃爍，此后隨著智能購物車超出經(jīng)營范圍距離的遞增閃爍頻率也會遞增，具體遞增方式為距離每增加0.5米圖標閃爍頻率就增加1Hz；

所述超市后臺處理平臺信息處理模塊用于根據(jù)超市后臺處理平臺攝像頭模塊傳輸?shù)囊曨l畫面計算超市內(nèi)部人流密度信息、控制超市后臺處理平臺顯示器的輸出畫面以及設(shè)置與儲存超市內(nèi)部地圖信息和商品信息，支持添加信息與修改信息的操作，并通過超市后臺處理平臺無線通信模塊將所述信息及時發(fā)送給手環(huán)式可穿戴終端以及智能購物車；所述超市后臺處理平臺信息處理模塊還會對所述整體系統(tǒng)使用記錄進行評估并記錄評估結(jié)果，每兩個星期將評估記錄進行整合后生成使用報告反饋給超市管理者；

所述超市后臺處理平臺警報模塊用于實時監(jiān)測手環(huán)式可穿戴終端以及智能購物車的位置，當(dāng)發(fā)現(xiàn)上述手環(huán)式可穿戴終端或者智能購物車位置在超市經(jīng)營范圍之外時，會及時通過內(nèi)置語音模塊向工作人員發(fā)出語音警告，同時警報模塊內(nèi)部預(yù)設(shè)了手環(huán)式可穿戴終端及智能購物車在各種場景下的語音提示，語音提示支持后臺添加、修改的編輯操作，編輯完成之后語音提示會通過無線通信模塊同步到所有手環(huán)式可穿戴終端以及智能購物車，同時警報模塊內(nèi)置語音模塊也可用于工作人員與終端之間的語音通話；

所述超市后臺處理平臺攝像頭模塊布置在超市內(nèi)部各購物通道前后端上方，能夠?qū)崟r獲取超市內(nèi)部各購物通道動態(tài)畫面，并將畫面實時傳送給超市后臺處理平臺信息處理模塊用于計算人流密度；

顧客在購物時，可通過手環(huán)式可穿戴終端選擇購物導(dǎo)航模式、購物跟隨模式、哨兵模式以及兒童監(jiān)護模式，隨后系統(tǒng)各部分根據(jù)所選模式進入相應(yīng)工作狀態(tài)。