[发明专利]一种基于可穿戴终端的超市智能购物车系统及方法

权利要求书

1.一种基于可穿戴终端的超市智能购物车系统，其特征在于，包含一套手环式可穿戴终端、智能购物车和超市后台处理平台；

所述手环式可穿戴终端可设置子母两个模式，两个模式的区别在于控制权限及功能的不同，母模式终端用于顾客与超市智能购物车系统之间的交互以及定位，子模式终端主要用于儿童定位、警报以及发出智能购物车接回申请；所述手环式可穿戴终端包括电源模块、无线通信模块、信息显示与交互模块、警报模块和定位模块；

所述无线通信模块，其根据手环式可穿戴终端处理器的指令向智能购物车以及超市后台处理平台发射手环式可穿戴终端实时位置信息，同时也可接收智能购物车以及超市后台处理平台发送的语音以及文字信息，用于提示顾客以及实现顾客与后台工作人员进行语音通话；所述无线通信模块还用于实现子母模式手环式可穿戴终端之间的配对；

所述信息显示与交互模块配备一块矩形可触摸显示屏，用于顾客浏览与选择商品，同时也可通过显示文字信息提示顾客，当顾客选定商品后，所述信息显示与交互模块可显示智能购物车的规划路线以及终端实时位置；

所述警报模块由语音模块、蜂鸣器以及振动模块组成，其中语音模块具有后台语音通话功能以及内置语音提示功能，后台语音通话功能即后台管理人员可直接通过超市后台处理平台与顾客进行通话，内置语音提示功能即在顾客进行相应操作时通过内置语音片段进行简单语音提示；

所述定位模块内置一块高精度定位芯片，用于获取手环式可穿戴终端在超市内的精确位置信息，可具体到超市的不同楼层；所述定位模块每隔1秒获取一次手环式可穿戴终端位置信息并将该信息通过无线通信模块发送给智能购物车与超市后台处理平台；

所述智能购物车包括分层式智能购物车箱体、四轮模块、无线通信模块、定位模块、语音模块和导航控制模块；

所述智能购物车箱体采用分层组装形式，支持箱体添加与更换；所述智能购物车箱体具体有：私人物品存放箱体、生鲜类商品存放箱体、其他商品存放箱体；其中私人物品存放箱体在顾客开始购物前打开，在购物过程中保持关闭，顾客无法自行打开，仅当顾客归还手环式可穿戴终端后私人物品存放箱体才会打开允许顾客拿走私人物品；生鲜类商品存放箱体具有冷藏、保温功能，便于顾客存放生鲜类商品；其他商品存放箱体不具有冷藏、保温功能，用于存放其他商品；所诉智能购物车默认情况下配备上述箱体各一个，其中私人物品存放箱体为强制选项，且位于整个智能购物车的最下层，用于安装四轮模块与定位模块，同时私人物品存放箱体上层可根据顾客的购物需求进行特定箱体的添加、更换操作；

所述箱体均采用同一规格可闭合活页式柜门，柜门横向安装且配备电磁锁以及力传感器，柜门在关闭状态下受到外力时，所述力传感器可对外力进行检测；所述力传感器安装在柜门三处外边缘的中间位置，并与电磁锁电性连接，即一个柜门上安装有三个力传感器，智能购物车导航控制模块接收三个力传感器检测的开门力信号，通过内置的开门风险度测算算法可计算得到相应的开门风险度，当开门风险度达到限定值时会进行相应警报，且警报等级随风险度的增加而增加；所述开门风险度测算算法如下：

其中：

γ₁、γ₂分别为力传感器权重因子与人流密度权重因子，且满足γ₁+γ₂＝1，初始设置γ₁＝0.9，γ₂＝0.1；

ω₁、ω₂、ω₃分别为柜门左边缘力传感器权重因子、柜门右边缘力传感器权重因子和柜门中边缘力传感器权重因子，且满足ω₁+ω₂+ω₃＝1；

F_L、F_R、F_M分别为柜门左边缘力传感器数值、柜门右边缘力传感器数值、柜门中边缘力传感器数值；

F_Lmax、F_Rmax、F_Mmax分别为柜门左边缘开门力限定值、柜门右边缘开门力限定值、柜门中边缘开门力限定值，可通过柜门开关重复试验得到可靠的值；

ρ为智能购物车所在区域人流密度，由超市后台处理平台信息处理模块对摄像头模块所采集的视频画面进行分析得到；

ρ_max为智能购物车所在区域允许最大人流密度；

所述智能购物车四轮模块中四个车轮分布在智能购物车箱体四个角并与底盘可拆卸联接，四个轮胎均可独立绕自身竖直轴线180°转动并通过内置轮毂电机进行驱动；四轮模块中4个车轮均安装压力传感器，可用于测量智能购物车箱体重量；所述轮毂电机转动时轮缘上顶点运动方向与购物车前进方向相同时可实现对智能购物车的驱动，所属轮毂电机转动时轮缘上顶点运动方向与购物车前进方向相反时可实现对智能购物车的制动；所述智能购物车在停车时所述四个车轮内置轮毂电机锁死，四个车轮同时向外偏转一定角度，角度范围为0°至90°，具体偏转角度采用考虑智能购物车行驶速度与智能购物车箱体重量的模糊控制方法：

该模糊控制方法输入为智能购物车行驶速度和智能购物车箱体重量，其模糊子集定义为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}，输出为智能购物车四轮向外偏转角度，其模糊集合定义为D＝{ZE,PO,PS,PM,PB}，即{零、正、正小、正中、正大}；其中V为所述智能购物车的行驶速度，单位为km/h，G为所述智能购物车箱体重量，单位为N，D为所述智能购物车四轮向外偏转角度，单位为°，且范围在0°至90°；

所述智能购物车无线通信模块用于接收手环式可穿戴终端的指令、超市后台处理平台的商品位置信息以及超市内部地图信息，并将信息传递给导航控制模块；所述智能购物车无线通信模块向超市后台处理平台发送智能购物车位置信息以及用户使用记录，超市后台处理平台根据智能购物车记录进行智能购物车使用评估并反馈给开发者，评估内容主要有：(1)智能购物车导航路线跟踪精度：参考智能购物车规划路线与实际行驶路线之间的横向偏差均方根值；(2)智能购物车导航路线时间损耗：参考智能购物车行驶单位距离所用时间；(3)智能购物车避障效果：参考智能购物车行驶过程中与障碍物的最小距离以及是否有避障失败事故发生；

所述智能购物车定位模块包括四块高精度定位芯片，每块芯片均能独立工作获取智能购物车位置信息，所述智能购物车定位模块根据四块定位芯片测得的智能购物车位置信息利用模块内置坐标计算公式获取智能购物车精确位置坐标信息；

所述智能购物车语音模块分别对称嵌入安装在智能购物车箱体左右两侧上边缘处中间位置，所述智能购物车语音模块到智能购物车前后箱体边缘处的距离相等，用于提示顾客以及在突发情况下对外发出语音警告；

所述智能购物车导航控制模块包括两块高性能处理器以及雷达模块，用于实时计算智能购物车与手环式可穿戴终端间的距离、规划路线以及对路线进行跟踪；所述雷达模块用于探测周围障碍物信息，将障碍物信息及时反馈给处理器以便及时修正轨迹进行避障操作；所述两块处理器同时独立参与系统运作并输出指令，导航控制模块将所述两块处理器的指令信息进行融合后再进行最终输出，保证当其中一块处理器出现故障无法工作时，系统仍能正常工作；

所述智能购物车可根据顾客购物需求进行智能购物车编队行驶，支持一个母终端与多辆智能购物车进行通信，智能购物车编队采用分布式控制策略，具体控制方法可采用合作跟随领航者法：将与母终端初始配对的智能购物车设置为智能购物车编队的领航车，智能购物车编队中的后续智能购物车不仅受领航车的引导，而且还与编队中其他智能购物车进行信息交互并协同运动；所述智能购物车编队在系统中的运行以智能购物车编队的领航车为描述对象；

所述超市后台处理平台包括显示器、摄像头模块、无线通信模块、信息处理模块和警报模块；

所述超市后台处理平台显示器用于实时显示超市内部手环式可穿戴终端以及智能购物车的位置信息和超市内部货架三维地图信息，在显示器上分别用不同颜色及形状的图标示意子母模式手环式可穿戴终端以及智能购物车的位置，且通过图标颜色的深浅来表示紧急程度：若手环式可穿戴终端或智能购物车在超市经营范围内且离边界越近，则对应图标的颜色越深；当手环式可穿戴终端或智能购物车开始超出超市经营范围之外时，所对应图标会以5Hz的初始频率持续闪烁，此后随着智能购物车超出经营范围距离的递增闪烁频率也会递增，具体递增方式为距离每增加0.5米图标闪烁频率就增加1Hz；

所述超市后台处理平台信息处理模块用于根据超市后台处理平台摄像头模块传输的视频画面计算超市内部人流密度信息、控制超市后台处理平台显示器的输出画面以及设置与储存超市内部地图信息和商品信息，支持添加信息与修改信息的操作，并通过超市后台处理平台无线通信模块将所述信息及时发送给手环式可穿戴终端以及智能购物车；所述超市后台处理平台信息处理模块还会对所述整体系统使用记录进行评估并记录评估结果，每两个星期将评估记录进行整合后生成使用报告反馈给超市管理者；

所述超市后台处理平台警报模块用于实时监测手环式可穿戴终端以及智能购物车的位置，当发现上述手环式可穿戴终端或者智能购物车位置在超市经营范围之外时，会及时通过内置语音模块向工作人员发出语音警告，同时警报模块内部预设了手环式可穿戴终端及智能购物车在各种场景下的语音提示，语音提示支持后台添加、修改的编辑操作，编辑完成之后语音提示会通过无线通信模块同步到所有手环式可穿戴终端以及智能购物车，同时警报模块内置语音模块也可用于工作人员与终端之间的语音通话；

所述超市后台处理平台摄像头模块布置在超市内部各购物通道前后端上方，能够实时获取超市内部各购物通道动态画面，并将画面实时传送给超市后台处理平台信息处理模块用于计算人流密度；

顾客在购物时，可通过手环式可穿戴终端选择购物导航模式、购物跟随模式、哨兵模式以及儿童监护模式，随后系统各部分根据所选模式进入相应工作状态。