CN111098313B - 一种代购机器人及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种代购机器人及控制方法，属于智能机器人技术领域。技术要点：机械手臂安装在机器人主体两侧，可旋转扫码识别器安装在机械手臂上，可弯曲机械抓手与机械手臂连接，显示屏安装在机器人主体上方，伸缩器用于连接机器人主体和底盘，底盘上方设有自动称重系统，电机和轮子安装在底盘上，轮子与电机连接，底盘下方设有扫地系统。有益效果：本发明所述的代购机器人及控制方法，该机器人可以实现实体超市代购功能，能够进行循迹、避障、冷藏、自动称重、自动充电等功能，将线上和线下购物进行了结合，节省了购物时间，极大地方便了人们的购物生活。

Description

一种代购机器人及控制方法
技术领域
本发明智能机器人技术领域，尤其涉及一种代购机器人及控制方法。
背景技术
随着社会的发展进步，越来越多的人忙于工作，时间对于他们来说也愈发宝贵。虽然电商行业的发展极大的便利了人们的生活，但是人们的购物依然离不开实体超市，目前亟需一种可以在实体超市进行代购的，可自行寻找货物，抓取货物，称重计算，以及商品价格合计，并可通过远程端移动网络如微信公众号出示买家付款码，完成商品交易并自动回停放区等待买家并自主充电的机器人，买家可通过自行设置的密码或者支付账号二维码直接取走货物。
发明内容
为了满足上述需求，本发明提出一种代购机器人及控制方法，该机器人可以实现实体超市代购功能，将线上和线下购物进行了结合，节省了购物时间，极大地方便了人们的购物生活。
技术方案如下：
一种代购机器人，包括：机器人主体、机械手臂、可旋转扫码识别器、可弯曲机械抓手、显示屏、伸缩器、底盘、自动称重系统、电机、轮子、扫地系统，所述机械手臂安装在所述机器人主体两侧，所述可旋转扫码识别器安装在所述机械手臂上，所述可弯曲机械抓手与所述机械手臂连接，所述显示屏安装在所述机器人主体上方，所述伸缩器用于连接所述机器人主体和所述底盘，所述底盘上方设有所述自动称重系统，所述电机和轮子安装在所述底盘上，所述轮子与所述电机连接，所述底盘下方设有所述扫地系统。
进一步对，还包括仪表盘、启动按钮和急停按钮，所述仪表盘安装在所述机器人主体上，所述启动按钮和急停按钮安装在所述机器人主体上方。
进一步的，还包括自动充电感应器，所述自动充电感应器安装在所述底盘下方；还包括避障传感器，所述避障传感器设置在所述底盘下方。
进一步的，还包括排气管道，所述排气管道设置在所述机器人主体后侧。
进一步的，还包括温度传感器和温度显示计，所述温度传感器和温度显示计设置在所述机器人主体内部；所述轮子为麦克纳姆轮。
本发明还包括一种代购机器人控制方法，步骤如下：
S1、买家通过手机app或微信小程序查看超市货物的信息，挑选自己预购买的商品加入购物车中，选择机器人代购；
S2、机器人接收指令后，在超市的数据库中查找商品的位置信息，并标记商品所在位置进行路径规划，选择最优路径后，通过光电管和超声波避障系统进行路径循迹；
S3、机器人到达商品附近后，机械手臂按照商品信息进行抓取，机械手臂通过内置的图像识别系统进行商品确认，通过扫描商品条形确认好商品的生产日期及过期日期，若保质期将近，则停止抓取，询问买家是否选择该商品，抓取商品完成后放回机器人相应的存放箱；
S4、依次按以上步骤进行商品的识别和抓取；抓取的过程中，机器人处理器会自动计算抓取成功的商品的价格，并进行累加；
S5、购买完全部商品后，内置货仓关闭，自动回到机器人停放区，找到充电桩进行自主充电；
S6、给买家发送信息，报告位置信息，并在显示屏上显示二维码等待买家来取货和付款，交易完成。
进一步的，采用光电管进行导购机器人的循迹，超市的地面为白色地板砖，在离货架的一定距离范围内，在地面上粘上黑色胶带，光电管通过对黑色和白色不同反射光的强弱输出0和1数字信号,传回到机器人的MCU，然后MCU根据传回来的信息，判断是否偏离路线，并判断后续的形式路径；在导购机器人的底盘上放置了3排光电管，位于底盘的前中后三个位置，三部分的光电管相互配合，负责机器人的巡线，方向偏正。
进一步的，机器手臂抓取商品时，首先将商品的条形码或者二维码放到摄像头附近，摄像头会扫描二维码信息，首先判断该商品是否为所需要的商品，如果是的话，会把商品抓取到机器人身上的储物空间，如果不是的话会把抓取到的商品重新放回到原来位置，然后发送一条未找到预购商品的指令给前台，然后前往下一个目的地或者返回起点。
进一步的，避开障碍物及行人过程中，采用超声波+光电开关，光电开关用于对循迹的二次纠正，把光电开关的距离设置为黑线到两边货架的距离，当机器人循迹不准，向某一边发生移动时，光电开关就会触发，向MCU发出机器人偏离轨道的信息，MCU会反馈给电机，向正确的轨迹上移动，然后重新移动；同时在机器人的前边和上超声波后边设置光电开关进行避障，当超声波和光电开关触发时，就会发送信息给MCU；给超声波模块接入电源和地，给脉冲触发引脚输入一个长为20us的高电平方波；输入方波后，模块会自动发射8个40KHz的声波，与此同时回波引脚端的电平会由0变为1；当超声波返回被模块接收到时，回波引脚端的电平会由1变为0；定时器记下的这个时间即为超声波由发射到返回的总时长，根据声音在空气中的速度为344米/秒，即可计算出所测的距离。
进一步的，所述导购机器人底部设置受电线圈，在导购机器人的初始停靠区域底面埋入供电线圈，当机器人返回初始区域时，将会触发无线充电功能。
本发明所述的代购机器人及控制方法，该机器人可以实现实体超市代购功能，能够进行循迹、避障、冷藏、自动称重、自动充电等功能，将线上和线下购物进行了结合，节省了购物时间，极大地方便了人们的购物生活。
附图说明
图1是本发明正面结构示意图；
图2是本发明背面结构示意图；
图3是本发明底部结构示意图；
图4是本发明内部结构示意图1；
图5是本发明内部结构示意图2；
图6是本发明模块结构示意图；
图7是本发明功能流程图；
图8是本发明红外循迹流程图；
图中附图标记如下：1-机器人主体、2-机械手臂、3-可旋转扫码识别器、4-可弯曲机械抓手、5-显示屏、6-伸缩器、7-底盘、8-自动称重系统、9-电机、10-轮子、11-扫地系统、12-仪表盘、13-启动按钮、14-急停按钮、15-自动充电感应器、16-排气管道、17-避障传感器、18-温度传感器、19-温度显示计。
具体实施方式
下面结合附图1-对代购机器人及控制方法做进一步说明。
实施例1
一种代购机器人，包括：机器人主体1、机械手臂2、可旋转扫码识别器3、可弯曲机械抓手4、显示屏5、伸缩器6、底盘7、自动称重系统8、电机9、轮子10、扫地系统11，所述机械手臂2安装在所述机器人主体1两侧，所述可旋转扫码识别器3安装在所述机械手臂2上，所述可弯曲机械抓手4与所述机械手臂2连接，所述显示屏5安装在所述机器人主体1上方，所述伸缩器6用于连接所述机器人主体1和所述底盘7，所述底盘7上方设有所述自动称重系统8，所述电机9和轮子10安装在所述底盘7上，所述轮子10与所述电机9连接，所述底盘7下方设有所述扫地系统11。
进一步对，还包括仪表盘12、启动按钮13和急停按钮14，所述仪表盘12安装在所述机器人主体1上，所述启动按钮13和急停按钮14安装在所述机器人主体1上方。
进一步的，还包括自动充电感应器15，所述自动充电感应器15安装在所述底盘7下方；还包括避障传感器17，所述避障传感器17设置在所述底盘7下方。
进一步的，还包括排气管道16，所述排气管道16设置在所述机器人主体1后侧。
进一步的，还包括温度传感器18和温度显示计19，所述温度传感器18和温度显示计设置在所述机器人主体1内部；所述轮子10为麦克纳姆轮。
本发明还包括一种代购机器人控制方法，步骤如下：
S1、买家通过手机app或微信小程序查看超市货物的信息，挑选自己预购买的商品加入购物车中，选择机器人代购；
S2、机器人接收指令后，在超市的数据库中查找商品的位置信息，并标记商品所在位置进行路径规划，选择最优路径后，通过光电管和超声波避障系统进行路径循迹；
S3、机器人到达商品附近后，机械手臂按照商品信息进行抓取，机械手臂通过内置的图像识别系统进行商品确认，通过扫描商品条形确认好商品的生产日期及过期日期，若保质期将近，则停止抓取，询问买家是否选择该商品，抓取商品完成后放回机器人相应的存放箱；
S4、依次按以上步骤进行商品的识别和抓取；抓取的过程中，机器人处理器会自动计算抓取成功的商品的价格，并进行累加；
S5、购买完全部商品后，内置货仓关闭，自动回到机器人停放区，找到充电桩进行自主充电；
S6、给买家发送信息，报告位置信息，并在显示屏上显示二维码等待买家来取货和付款，交易完成。
进一步的，采用光电管进行导购机器人的循迹，超市的地面为白色地板砖，在离货架的一定距离范围内，在地面上粘上黑色胶带，光电管通过对黑色和白色不同反射光的强弱输出0和1数字信号,传回到机器人的MCU，然后MCU根据传回来的信息，判断是否偏离路线，并判断后续的形式路径；在导购机器人的底盘上放置了3排光电管，位于底盘的前中后三个位置，三部分的光电管相互配合，负责机器人的巡线，方向偏正。
进一步的，机器手臂抓取商品时，首先将商品的条形码或者二维码放到摄像头附近，摄像头会扫描二维码信息，首先判断该商品是否为所需要的商品，如果是的话，会把商品抓取到机器人身上的储物空间，如果不是的话会把抓取到的商品重新放回到原来位置，然后发送一条未找到预购商品的指令给前台，然后前往下一个目的地或者返回起点。
进一步的，避开障碍物及行人过程中，采用超声波+光电开关，光电开关用于对循迹的二次纠正，把光电开关的距离设置为黑线到两边货架的距离，当机器人循迹不准，向某一边发生移动时，光电开关就会触发，向MCU发出机器人偏离轨道的信息，MCU会反馈给电机，向正确的轨迹上移动，然后重新移动；同时在机器人的前边和上超声波后边设置光电开关进行避障，当超声波和光电开关触发时，就会发送信息给MCU；给超声波模块接入电源和地，给脉冲触发引脚输入一个长为20us的高电平方波；输入方波后，模块会自动发射8个40KHz的声波，与此同时回波引脚端的电平会由0变为1；当超声波返回被模块接收到时，回波引脚端的电平会由1变为0；定时器记下的这个时间即为超声波由发射到返回的总时长，根据声音在空气中的速度为344米/秒，即可计算出所测的距离。
进一步的，所述导购机器人底部设置受电线圈，在导购机器人的初始停靠区域底面埋入供电线圈，当机器人返回初始区域时，将会触发无线充电功能。
实施例2
买家可通过手机app(或微信小程序)提前查看超市货物的信息，挑选自己喜欢的商品加入购物车中，选择机器人代购，机器人接收任务后，会在超市的数据库中查找商品的位置信息(包括所在货架，以及商品尺寸，是否易碎，是否需要被冷藏)，并标记所有位置进行路径规划，选择最优路径后，通过光电管和超声波避障系统进行路径循迹(超市地面等高可设有机器人线路标线)，到达商品附近后，机械臂按照商品信息进行抓取，机械手臂通过内置的图像识别系统进行商品确认，通过扫描商品条形确认好商品的生产日期及过期日期，若保质期将近，则停止抓取，询问买家是否选择该商品，也可抓取多种不同尺寸的货物，抓取完成后放回机器人相应的存放箱(冷藏/非冷藏)，并依次按以上步骤进行商品的识别和抓取。抓取的过程中，机器人处理器会自动计算抓取成功的商品的价格，并进行累加。购买完全部商品后，内置货仓关闭，自动回到机器人停放区，找到充电桩进行自主充电。此时给买家发条信息，报告位置信息，并在显示屏上显示二维码等待买家来取货和付款。交易完成。
主要功能：
1.循迹；
我们使用灰度传感器(光电管)进行导购机器人的循迹，超市的地面为白色地板砖，在离货架的一定距离范围内，在地面上粘上3.5M黑色胶带，光电管通过对黑色和白色不同反射光的强弱输出不同的’0’和’1’数字信号,传回到机器人的主控，然后MCU根据传回来的信息，判断是否偏离路线和判断接下来该如何行驶。(根据买家提供的所需商品信息，经过系统分析计算出最佳取货路线，按照路线依次寻找，抓取商品)
在导购机器人的地盘上放置了3排光电管，位于底盘的前中后三个位置，三部分的光电管相互配合，负责机器人的巡线，方向偏正。
Figure BDA0002350193260000061
Figure BDA0002350193260000071
Figure BDA0002350193260000081
2.麦克纳姆轮
导购机器人的运动通过地盘的四个麦克纳姆轮来实现，可以实现在地面上的全方位移动，节省大量时间。麦克纳姆轮是将一部分的机轮转向力转化到多个周边轮上面，依托各自机轮的方向和速度，这些力的毕竟组成在任何要求的方向上发生一个合力矢量然后确保了这个渠道在毕竟的合力矢量的方向上能自由地全向或许横向移动，而不改动机轮自身的方向，这种全方位移动方式是基于一个有许多位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理上，这些成角度的周边轮轴把一部分的机轮转向力转化到一个机轮法向力上面。依靠各自机轮的方向和速度，这些力的最终合成在任何要求的方向上产生一个合力矢量从而保证了这个平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变机轮自身的方向。在它的轮缘上斜向分布着许多小棍子，故轮子可以横向滑移。小滚子的母线很特殊，当轮子绕着固定的轮心轴转动时，各个小滚子的包络线为圆柱面，所以该轮能够连续地向前滚动。可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式
Figure BDA0002350193260000091
Figure BDA0002350193260000101
Figure BDA0002350193260000111
3.机械抓取不同的商品，二维码、条形码的识别及读取功能；
当机器人到达商品的指定位置时，就会通过机器臂抓取商品，首先将商品的条形码(二维码)放到摄像头附近，摄像头会扫描二维码信息，首先判断该商品是否为所需要的商品，如果是的话，会把商品抓取到机器人身上的储物空间，如果不是的话会把抓取到的商品重新放回到原来位置，然后发送一条未找到XX商品的指令给前台，然后前往下一个目的地或者返回起点。(识别功能基于OpenMV)
Figure BDA0002350193260000112
Figure BDA0002350193260000121
Figure BDA0002350193260000131
Figure BDA0002350193260000141
4.避障功能；避开障碍物及行人,采用超声波+光电开关。光电开关用于对循迹的二次纠正，把光电开关的距离设置为黑线到两边货架的距离，当机器人循迹不准，向某一边发生移动时，光电开关就会触发，向MCU发出机器人偏离轨道的信息,MCU会反馈给电机，向正确的轨迹上移动，然后重新移动。同时在机器人的前边和上超声波后边放和光电开关进行避障，当超声波和光电开关触发时，就会发送信息给MCU。
给超声波模块接入电源和地。给脉冲触发引脚(trig)输入一个长为20us的高电平方波；输入方波后，模块会自动发射8个40KHz的声波，与此同时回波引脚(echo)端的电平会由0变为1；(此时应该启动定时器计时)。当超声波返回被模块接收到时，回波引脚端的电平会由1变为0；(此时应该停止定时器计数)，定时器记下的这个时间即为超声波由发射到返回的总时长。根据声音在空气中的速度为344米/秒，即可计算出所测的距离。
程序：
Figure BDA0002350193260000142
Figure BDA0002350193260000151
设定一个固定值(即货柜到导购机器人的距离)，当测回来的数据超过或小于固定值时，就可以认为导购机器人偏离路线，将会执行调整的程序。
5.冷藏功能；(内置低温货箱可储藏需冷藏或保鲜的商品)
在导购机器人的储物间内放置温度传感器DS18B20，时刻检测储物箱内的温度，如果储物箱内的温度过高的时，就会开启冷藏功能，实现对特殊物品的保鲜作用。
Figure BDA0002350193260000161
6.led显示功能；显示所购买的商品信息，单价、总价、数量以及结算的二维码和本机器人的状态信息
7.自动称重功能
在导购机器人的内部，我们放置一个称重区域，用来获取一些散装物品的重量，方便计算金额。我们采用一个电阻应变式压力传感器，获取物品重量的模拟信号，然后通过HX711AD转化模块将模拟量转化为数量，发送给MCU。
HX711的转化程序
Figure BDA0002350193260000171
Figure BDA0002350193260000181
7.自动充电功能；
我们在导购机器人的内部放置无线充电功能，无线充电利用物理学的“共振”原理——两个振动频率相同的物体能高效传输能量，天线以10兆赫的频率振动，产生电磁波，可以传播到2米(6.5英尺)外。在导购机器人的初始停靠区域，机器人着受电线圈，底面埋入供电线圈，当机器人返回初始区域时，将会触发无线充电功能。
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披露的技术范围内，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 (6)

1.一种代购机器人，其特征在于，包括：机器人主体(1)、机械手臂(2)、可旋转扫码识别器(3)、可弯曲机械抓手(4)、显示屏(5)、伸缩器(6)、底盘(7)、自动称重系统(8)、电机(9)、轮子(10)、扫地系统(11)，所述机械手臂(2)安装在所述机器人主体(1)两侧，所述可旋转扫码识别器(3)安装在所述机械手臂(2)上，所述可弯曲机械抓手(4)与所述机械手臂(2)连接，所述显示屏(5)安装在所述机器人主体(1)上方，所述伸缩器(6)用于连接所述机器人主体(1)和所述底盘(7)，所述底盘(7)上方设有所述自动称重系统(8)，所述电机(9)和轮子(10)安装在所述底盘(7)上，所述轮子(10)与所述电机(9)连接，所述底盘(7)下方设有所述扫地系统(11)；
其控制方法步骤如下：
S1、买家通过手机app或微信小程序查看超市货物的信息，挑选自己预购买的商品加入购物车中，选择机器人代购；
S2、机器人接收指令后，在超市的数据库中查找商品的位置信息，并标记商品所在位置进行路径规划，选择最优路径后，通过光电管和超声波避障系统进行路径循迹；
S3、机器人到达商品附近后，机械手臂按照商品信息进行抓取，机械手臂通过内置的图像识别系统进行商品确认，通过扫描商品条形确认好商品的生产日期及过期日期，若保质期将近，则停止抓取，询问买家是否选择该商品，抓取商品完成后放回机器人相应的存放箱；
S4、依次按以上步骤进行商品的识别和抓取；抓取的过程中，机器人处理器会自动计算抓取成功的商品的价格，并进行累加；
S5、购买完全部商品后，内置货仓关闭，自动回到机器人停放区，找到充电桩进行自主充电；
S6、给买家发送信息，报告位置信息，并在显示屏上显示二维码等待买家来取货和付款，交易完成；
采用光电管进行导购机器人的循迹，超市的地面为白色地板砖，在离货架的一定距离范围内，在地面上粘上黑色胶带，光电管通过对黑色和白色不同反射光的强弱输出0和1数字信号,传回到机器人的MCU，然后MCU根据传回来的信息，判断是否偏离路线，并判断后续的形式路径；在导购机器人的底盘上放置了3排光电管，位于底盘的前中后三个位置，三部分的光电管相互配合，负责机器人的巡线，方向偏正；
机器手臂抓取商品时，首先将商品的条形码或者二维码放到摄像头附近，摄像头会扫描二维码信息，首先判断该商品是否为所需要的商品，如果是的话，会把商品抓取到机器人身上的储物空间，如果不是的话会把抓取到的商品重新放回到原来位置，然后发送一条未找到预购商品的指令给前台，然后前往下一个目的地或者返回起点；
避开障碍物及行人过程中，采用超声波+光电开关，光电开关用于对循迹的二次纠正，把光电开关的距离设置为黑线到两边货架的距离，当机器人循迹不准，向某一边发生移动时，光电开关就会触发，向MCU发出机器人偏离轨道的信息，MCU会反馈给电机，向正确的轨迹上移动，然后重新移动；同时在机器人的前边和上超声波后边设置光电开关进行避障，当超声波和光电开关触发时，就会发送信息给MCU；给超声波模块接入电源和地，给脉冲触发引脚输入一个长为20us的高电平方波；输入方波后，模块会自动发射8个40KHz的声波，与此同时回波引脚端的电平会由0变为1；当超声波返回被模块接收到时，回波引脚端的电平会由1变为0；定时器记下的这个时间即为超声波由发射到返回的总时长，根据声音在空气中的速度为344米/秒，即可计算出所测的距离。
2.如权利要求1所述的代购机器人，其特征在于，还包括仪表盘(12)、启动按钮(13)和急停按钮(14)，所述仪表盘(12)安装在所述机器人主体(1)上，所述启动按钮(13)和急停按钮(14)安装在所述机器人主体(1)上方。
3.如权利要求1所述的代购机器人，其特征在于，还包括自动充电感应器(15)，所述自动充电感应器(15)安装在所述底盘(7)下方；还包括避障传感器(17)，所述避障传感器(17)设置在所述底盘(7)下方。
4.如权利要求1所述的代购机器人，其特征在于，还包括排气管道(16)，所述排气管道(16)设置在所述机器人主体(1)后侧。
5.如权利要求1所述的代购机器人，其特征在于，还包括温度传感器(18)和温度显示计(19)，所述温度传感器(18)和温度显示计设置在所述机器人主体(1)内部；所述轮子(10)为麦克纳姆轮。
6.如权利要求1所述的代购机器人，其特征在于，所述导购机器人底部设置受电线圈，在导购机器人的初始停靠区域底面埋入供电线圈，当机器人返回初始区域时，将会触发无线充电功能。
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