商场用智能购物车的定位和导航系统及定位和导航方法技术方案

本发明专利技术涉及商场用智能购物车的定位和导航系统及定位和导航方法，该系统包括智能购物车、定位模块、主控制器，所述智能购物车上安装转向电机、驱动电机、转向电机控制器、驱动电机控制器、超声波雷达和声音警示器；主控制器包括图像信息处理器、起止点输入模块、结构化地图、路径跟随模块、路径规划模块，定位模块采用全局摄像头，在主控制器、每个智能购物车、商场内的每个直梯和每个扶梯均安装有Zigbee通讯模块，用于信号的收发；该系统采用全局摄像头对每层的智能购物车实行全方位监控，并准确确认智能购物车所处位置，该定位和导航方式新颖，实现了智能购物车跨层工作的功能，可以在室内和部分室外环境中提供高效的定位功能。室内和部分室外环境中提供高效的定位功能。室内和部分室外环境中提供高效的定位功能。

【技术实现步骤摘要】
商场用智能购物车的定位和导航系统及定位和导航方法


[0001]本专利技术涉及智能购物车
，具体涉及商场用智能购物车的定位和导航系统及定位和导航方法。

技术介绍

[0002]随着人工智能技术的发展，市场上出现了越来越多的智能购物车。现有智能购物车可以自动跟随顾客移动，以方便购物；还可以引导顾客去他们所需商品的位置，避免顾客迷路；还可以将预设的购物清单与购买的商品进行核对，以提醒顾客，避免漏买商品，还可以自动结账等。
[0003]智能购物车能够顺利完成上述任务主要是基于定位和导航系统。然而，目前绝大多数移动智能购物车的定位和导航系统是基于GPS和北斗系统，这些定位和导航系统并不能有效适应室内的工作环境，因为室内的许多建筑物会遮挡信号，造成测量误差；还有一部分智能购物车的定位和导航系统是通过SLAM技术进行即时定位和地图的构建，但该系统计算量大，且地图精度不容易被保证，无法准确引导顾客到他们所需商品的位置。
[0004]中国专利ZL 201510629975.5公开了“一种基于单视觉的机器人室内定位和导航方法”，该方法自主导航位置准确，但是需要在每个机器人(智能购物车)上都安装至少一个摄像头，这种模式适合单个或少量的机器人群组，当机器人群组中的机器人数量上升时，摄像头的数量也随之上升，造成成本过高和计算资源的浪费。另外，上述三种定位和导航系统应用场景都仅仅局限于单一楼层内，没有考虑跨楼层工作的场景，而大型商场中大部分应用场景需要在不同楼层间进行工作，因此有必要研究开发一种新的定位和导航方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在针对上述问题，提供一种商场用智能购物车的定位和导航系统，以解决现有定位和导航系统精度差、成本高，无法在不同楼层间进行工作的技术难题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案实现：
[0007]一种商场用智能购物车的定位和导航系统，包括智能购物车、定位模块、主控制器，所做的改进是：所述智能购物车上搭载车载主要设备，在每辆智能购物车的四周不易被遮挡的位置布置识别标识牌，在各楼层每隔固定间距放置标定标识牌；所述车载主要设备包含车载行驶模块和车载感知模块，车载行驶模块主要负责为智能购物车提供行驶的能力，包括转向电机、驱动电机、转向电机控制器、驱动电机控制器，转向电机控制器和驱动电机控制器均与主控制器采用无线通讯的方式连接，转向电机控制器控制转向电机的转向，驱动电机控制器控制驱动电机动作；车载感知模块包括超声波雷达和声音警示器，所述超声波雷达布置在智能购物车的四周，用于预防智能购物车在行进过程中发生碰撞；
[0008]所述主控制器负责整个系统的信息处理与购物车导航工作，主控制器上安装有wifi通讯模块，顾客手机安装智能购物车APP，通过wifi与主控制器进行通信，设置希望进行选购商品的区域和发送任务完成的命令；主控制器包括图像信息处理器、起止点输入模
块、结构化地图、路径跟随模块、路径规划模块；
[0009]其中，所述图像信息处理器，用于将全局摄像头的图像信息进行拼接，得到工作场景全局的俯视图像，通过全局的俯视图像识别到标定标识牌和识别标识牌，之后通过计算机视觉算法得到智能购物车组群中各个智能购物车的当前全局位置坐标、当前朝向信息，再经过求导过程得到智能购物车状态信息，包括当前速度及加速度；其中全局位置坐标包括智能购物车在哪一层的垂向位置坐标及智能购物车在当前楼层内所处的平面位置坐标；
[0010]所述结构化地图是根据商场内部实际场景信息构建，存储商场中不同区域的范围和位置信息，用于路径规划模块工作时确定导航路径的参考；
[0011]所述路径跟随模块用于根据各个智能购物车当前状态和导航路径计算得到跟随导航路径所需的的转向信号及驱动信号，并传递给转向电机控制器和驱动电机控制器，分别控制转向电机和驱动电机转动，实现智能购物车对导航路径的跟随；
[0012]所述路径规划模块用于根据各个智能购物车的当前位置和各自的路由规划终点得到一条导航路径；
[0013]所述定位模块负责为主控制器中的图像信息处理器提供原始的可提取购物车位置信息的图像数据，包括全局摄像头，所述全局摄像头布置在商场各楼层的棚顶上，全局摄像头与主控制器通过以太网连接；
[0014]所述主控制器、每个智能购物车、商场内的每个直梯和每个扶梯均安装有Zigbee通讯模块，用于信号的收发；在每个直梯门前均设置有接近区，在每个直梯内的地面上均设有智能购物车停靠位置组，直梯内部的摄像头实时检测直梯内停靠位置是否有空余的信息、直梯是否空闲信息、直梯自身楼层、电梯门开闭信息，并通过安装在直梯上的Zigbee通讯模块实时向主控制器发送，主控制器根据直梯运行情况控制智能购物车的运行状态；
[0015]在扶梯进入端由远至近依次设置有接近区、进入区、等待区，在扶梯离开端由近至远依次设置有离开区、重新规划区，进入区包括首端的部分扶梯，等待区为扶梯不断上升或下降的区域，离开区包括末端的部分扶梯，扶梯末端的摄像头实时采集智能购物车处于扶梯的位置信息，安装在扶梯上的Zigbee通讯模块实时向主控制器发送智能购物车的位置信息，主控制器根据智能购物车定位信息及结构化地图中预存的扶梯及相关区域信息，得到智能购物车处于扶梯具体区域信息，判断智能购物车所处的区域，从而规划智能购物车的导航路径并控制智能购物车的运行状态。
[0016]作为本专利技术的优选，所述识别标识牌采用容易区分的颜色进行识别，包括绿色、粉色、黄色；所述标定标识牌采用二维码标定标记，二维码内包含标定标识牌所处位置的全局坐标信息，标定标识牌建议间距为1～2m。
[0017]作为本专利技术的优选，所述智能购物车停靠位置组是由多个停靠位置组成的数据序列，每个停靠位置对应一个序号，依次为1、2、3...i。
[0018]作为本专利技术的优选，所述结构化地图包括各楼层中智能购物车的通行区和非通行区，所述通行区为商场内智能购物车可行走的区域，包括一块等待新任务区，即供暂时无任务的智能购物车等待的区域；所述非通行区为商场内智能购物车无法通行的区域；所述非通行区内设置有智能购物车可工作地点的名称和序号、电梯位置及相应区域信息，所述可工作地点的名称是根据商场内商品陈列区域进行命名，导航时通过输入关键词即可控制智能购物车到达指定地点。
[0019]本专利技术的第二个目的在于提供一种商场用智能购物车的定位和导航方法，包括以下步骤：
[0020]步骤S1、在商场各楼层的棚顶上布置全局摄像头；在每辆智能购物车的四周不易被遮挡的位置布置识别标识牌；在各楼层每隔固定间距放置标定标识牌；其中，所述全局摄像头与主控制器连接，主控制器通过图像信息处理器拼接得到工作场景全局的俯视图像，通过全局的俯视图像识别到标定标识牌和识别标识牌；主控制器中的图像信息处理器通过计算机视觉算法得到智能购物车组群中各个智能购物车的当前全局位置坐标、当前朝向信息，经过求导过程得智能购物车状态信息，包括当前速度及加速度；其中，全局位置坐标包括智能购物车在哪一层的垂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种商场用智能购物车的定位和导航系统，包括智能购物车、定位模块、主控制器，其特征在于：所述智能购物车上搭载车载主要设备，在每辆智能购物车的四周不易被遮挡的位置布置识别标识牌，在各楼层每隔固定间距放置标定标识牌；所述车载主要设备包含车载行驶模块和车载感知模块，车载行驶模块主要负责为智能购物车提供行驶的能力，包括转向电机、驱动电机、转向电机控制器、驱动电机控制器，转向电机控制器和驱动电机控制器均与主控制器采用无线通讯的方式连接，转向电机控制器控制转向电机的转向，驱动电机控制器控制驱动电机动作；车载感知模块包括超声波雷达和声音警示器，所述超声波雷达布置在智能购物车的四周，用于预防智能购物车在行进过程中发生碰撞；所述主控制器负责整个系统的信息处理与购物车导航工作，主控制器上安装有wifi通讯模块，顾客手机安装智能购物车APP，通过wifi与主控制器进行通信，设置希望进行选购商品的区域和发送任务完成的命令；主控制器包括图像信息处理器、起止点输入模块、结构化地图、路径跟随模块、路径规划模块；其中，所述图像信息处理器，用于将全局摄像头的图像信息进行拼接，得到工作场景全局的俯视图像，通过全局的俯视图像识别到标定标识牌和识别标识牌，之后通过计算机视觉算法得到智能购物车组群中各个智能购物车的当前全局位置坐标、当前朝向信息，再经过求导过程得到智能购物车状态信息，包括当前速度及加速度；其中全局位置坐标包括智能购物车在哪一层的垂向位置坐标及智能购物车在当前楼层内所处的平面位置坐标；所述结构化地图是根据商场内部实际场景信息构建，存储商场中不同区域的范围和位置信息，用于路径规划模块工作时确定导航路径的参考；所述路径跟随模块用于根据各个智能购物车当前状态和导航路径计算得到跟随导航路径所需的的转向信号及驱动信号，并传递给转向电机控制器和驱动电机控制器，分别控制转向电机和驱动电机转动，实现智能购物车对导航路径的跟随；所述路径规划模块用于根据各个智能购物车的当前位置和各自的路由规划终点得到一条导航路径；所述定位模块负责为主控制器中的图像信息处理器提供原始的可提取购物车位置信息的图像数据，包括全局摄像头，所述全局摄像头布置在商场各楼层的棚顶上，全局摄像头与主控制器通过以太网连接；所述主控制器、每个智能购物车、商场内的每个直梯和每个扶梯均安装有Zigbee通讯模块，用于信号的收发；在每个直梯门前均设置有接近区，在每个直梯内的地面上均设有智能购物车停靠位置组，直梯内部的摄像头实时检测直梯内停靠位置是否有空余的信息、直梯是否空闲信息、直梯自身楼层、电梯门开闭信息，并通过安装在直梯上的Zigbee通讯模块实时向主控制器发送，主控制器根据直梯运行情况控制智能购物车的运行状态；在扶梯进入端由远至近依次设置有接近区、进入区、等待区，在扶梯离开端由近至远依次设置有离开区、重新规划区，进入区包括首端的部分扶梯，等待区为扶梯不断上升或下降的区域，离开区包括末端的部分扶梯，扶梯末端的摄像头实时采集智能购物车处于扶梯的位置信息，安装在扶梯上的Zigbee通讯模块实时向主控制器发送智能购物车的位置信息，主控制器根据智能购物车定位信息及结构化地图中预存的扶梯及相关区域信息，得到智能购物车处于扶梯具体区域信息，判断智能购物车所处的区域，从而规划智能购物车的导航路径并控制智能购物车的运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种商场用智能购物车的定位和导航系统，其特征在于，所述识别标识牌采用容易区分的颜色进行识别，包括绿色、粉色、黄色；所述标定标识牌采用二维码标定标记，二维码内包含标定标识牌所处位置的全局坐标信息，标定标识牌建议间距为1～2m。3.根据权利要求1所述的一种商场用智能购物车的定位和导航系统，其特征在于，所述智能购物车停靠位置组是由多个停靠位置组成的数据序列，每个停靠位置对应一个序号，依次为1、2、3...i。4.根据权利要求1所述的一种商场用智能购物车的定位和导航系统，其特征在于，所述结构化地图包括各楼层中智能购物车的通行区和非通行区，所述通行区为商场内智能购物车可行走的区域，包括一块等待新任务区，即供暂时无任务的智能购物车等待的区域；所述非通行区为商场内智能购物车无法通行的区域；所述非通行区内设置有智能购物车可工作地点的名称和序号、电梯位置及相应区域信息，所述可工作地点的名称是根据商场内商品陈列区域进行命名，导航时通过输入关键词即可控制智能购物车到达指定地点。5.一种商场用智能购物车的定位和导航方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、在商场各楼层的棚顶上布置全局摄像头；在每辆智能购物车的四周不易被遮挡的位置布置识别标识牌；在各楼层每隔固定间距放置标定标识牌；其中，所述全局摄像头与主控制器连接，主控制器通过图像信息处理器拼接得到工作场景全局的俯视图像，通过全局的俯视图像识别到标定标识牌和识别标识牌；主控制器中的图像信息处理器通过计算机视觉算法得到智能购物车组群中各个智能购物车的当前全局位置坐标、当前朝向信息，经过求导过程得智能购物车状态信息，包括当前速度及加速度；其中，全局位置坐标包括智能购物车在哪一层的垂向位置坐标及智能购物车在当前楼层内所处的平面位置坐标；步骤S2、根据商场内部实际场景信息构建结构化地图，所述结构化地图存储在主控制器内，包括各楼层中智能购物车的通行区和非通行区，所述通行区为商场内智能购物车可行走的区域，包括一块等待新任务区，即供暂时无任务的智能购物车等待的区域；所述非通行区为商场内智能购物车无法通行的区域；所述非通行区内设置有智能购物车可工作地点的名称和序号、电梯位置及相应区域信息，所述可工作地点的名称是根据商场内商品陈列区域进行命名，导航时通过输入关键词即可控制智能购物车到达指定地点；步骤S3、商场顾客通过手机APP设置希望进行选购商品的区域并通过wifi网络传输给主控制器的起止点输入模块，主控制器据此确定在结构化地图中任务所需智能购物车应到达的位置，智能购物车任务发布后，得到智能购物车当前位置为路由规划起点，任务所需智能购物车应到达的位置为路由规划终点；导航时，主控制器先判断路由规划终点与路由规划起点是否在同一层，如路由规划终点与路由规划起点在同一楼层时，通过路径规划模块得到导航路径即...

【专利技术属性】
技术研发人员：马芳武，单子桐，李希宇，卢佳兴，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：