CN111660313A - 基于ros和人工智能算法的超市导购机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人，属于智能机器人技术领域。包括机器人本体和机器人控制系统；机器人本体包括购物篮、打包室；机器人控制系统包括带有ROS的上位机、带中央控制器的下位机、人机交互模块、激光雷达、IMU模块、运动驱动模块、无线通信模块、扫码结账模块、自动打包模块和供电单元。上位机包括地图创建模块、机器人定位模块、商品定位模块和路径规划模块。本发明不仅能规划购物路径，进行引导，还能即时结算，即时打包，提高了购物的效率，为繁忙的都市消费者节约了时间，增加了购物体验感；还能有效避免超市里人群聚集的情况，减少人与人、人与物的接触，对疾控预防和切断传染途径有极大的帮助。

Description

基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人

【技术领域】

本发明涉及机器人开发应用技术领域，具体涉及基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人。

【背景技术】

随着我国经济的发展和商业的发达，商场和超市越来越多，且面积也越来越大，在丰富了人们购物体验的同时，也带来一些问题：

1、由于面积大，消费者可能一时难以准确找到正确的路线，从而浪费时间，或者难以找到需要的物品，甚至在超市中迷路。

2、购物结束后需要花费一定的时间来排队结账和将商品进行打包，尤其是在节假日和超市促销期间，排队现象尤其明显，降低了购物的体验。

上述问题均会使人群在超市和商场逗留的时间增加，在流行性疾病发生的期间，会增加感染的可能性。目前，一些商场都采用固定式的导航机器人来进行购物导航，但是这种固定式的导航机器人只会给出商品的位置，无法进行引导，由于商场或超市的面积大，消费者往往还是难以快速找到商品的位置。部分超市增加了自助收银的装置，但还是有排队的现象，且商品从购物车取出，再进行人工装袋，也需要花费一些时间，容易引起人群的聚集。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人，可以实现商品货架的自动导航，具有人机交互服务，轻松帮助超市消费者导航到超市内的任一地方，实现消费者快速、精准购物，特别是对于第一次进入超市的消费者，能够极大解决寻找商品时间长等问题，改善超市消费者的购物体验，提升整体超市服务质量和水平，从而提高超市竞争力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人，包括机器人本体和安装在机器人本体上的机器人控制系统；

所述机器人本体包括购物车架，购物车架内设有购物篮和打包室，购物车架下方设置有移动机构；

所述机器人控制系统包括带有ROS的上位机、带中央控制器的下位机、人机交互模块、激光雷达、IMU模块、运动驱动模块、无线通信模块、扫码结账模块、自动打包模块和供电单元；所述带ROS控制模块的上位机和带中央控制器的下位机通过无线通信模块连接；所述激光雷达、人机交互模块、IMU模块、运动驱动模块、扫码结账模块、自动打包模块均与带中央控制器的下位机电连接；

所述带有ROS的上位机内设有定位避障模块，所述定位避障模块包括地图创建模块、机器人定位模块、商品定位模块和路径规划模块；所述地图创建模块用于创建环境局部电子地图和全局电子地图；所述机器人定位模块用于定位机器人当前的位置；所述商品定位模块用于存储或获取商品的位置信息；所述路径规划模块用于根据机器人当前位置、商品的位置信息并结合电子地图，自动规划机器人的最优路径；带有ROS的上位机还用于接收带中央控制器的下位机发送的信息，并根据最优路径将机器人运动控制指令通过无线通信模块发送给带中央控制器的下位机；

所述激光雷达，用于采集数据后发送给带中央控制器的下位机；

所述IMU模块用于通过融合算法采集机器人三轴姿态角以及加速度数据，并发送给带中央控制器的下位机；

带中央控制器的下位机的作用包括接收IMU模块采集到的数据，同时采用卡尔曼滤波算法，并结合减速电机的编码器完成对机器人姿态和速度的计算；与上位机通信，主要包括按一定频率采集编码器反馈信息，经计算姿态和速度后发送给上位机、并接受上位机的运动控制指令；

所述人机交互模块包括触摸屏、扬声器和语音输入模块，所述触摸屏、扬声器和语音输入模块均与所述带中央控制器的下位机电路连接；

所述运动驱动模块包括驱动电机和减速电机，所述驱动电机与带中央控制器的下位机电路连接，减速电机与所述移动机构连接，用于根据下位机发出的运动控制指令驱动移动机构工作；

所述扫码结账模块，用于对商品进行扫描、计价和结算，并将结算信息反馈给带中央控制器的下位机；

所述自动打包模块设置在购物车架内，用于在结算完成后进行自动打包。

本发明中，进一步优选地，所述购物车架为底部封闭上端开口且四周设有围档的立体结构，购物车架的内部通过底板分隔成位于上方的购物篮和位于下方的打包室，所述底板由固定底板、第一活动底板和第二活动底板组成，固定底板与购物车架的内侧壁固定连接，第一活动底板、第二活动底板均与购物车架的内侧壁铰接形成对开门的结构，第一活动底板、第二活动底板与购物车架的内侧壁之间均设有电磁锁；所述自动打包模块设置在打包室内，自动打包模块包括第一转动轴、塑料薄膜、第一转筒、输送板和电热片；所述打包室内的底部两侧设有相互平行的第一转动轴，两个第一转动轴上均卷绕有塑料薄膜；所述第一活动底板、第二活动底板朝下的板面上分别连接两个第一连杆的一端，两个第一连杆的另一端连接同一条第二转轴，第二转轴与第一连杆转动连接，第二转轴外侧固定设置第一转筒，第一转筒的中心轴线与第一转动轴的中心轴线平行；所述第一活动底板、第二活动底板相互远离的端部下侧均设置两个安装块，安装块上转动安装第一安装支架，两个第一安装支架之间转动安装有第三转动轴，第一安装支架远离安装板的一端转动安装有第二安装支架，两个第二安装支架之间转动安装有第四转动轴，所述第三转动轴和第四转动轴之间相互平行且接触；所述第一活动底板、第二活动底板的底面均通过四个连接柱连接有输送板，输送板与第一转筒相互接触，且输送板与第三转动轴的顶部切线位于同一水平面上；所述输送板内部为空腔结构，两个输送板相互靠近的两端端部为开口状，两个输送板的内部空腔内均固定有第一电动推杆，第一电动推杆的活动端端部固定连接有滑动座，滑动座滑动连接在输送板的开口处；所述滑动座内部为空腔，滑动座的空腔内固定设置有第二电动推杆，第二电动推杆的活动端端部伸出滑动座后固定连接刀片，所述刀片水平设置，且两个刀片的刀口正对；两个第一电动推杆的伸缩方向相对，两个第二电动推杆的伸缩方向相对；所述滑动座远离其所在的输送板的一端连接导料板的一端和加热板的一端，所述导料板和加热板分别与刀片平行，导料板位于刀片上方，加热板位于刀片下方，所述导料板的另一端为圆弧倒角，所述加热板的另一端设有电加热片；所述打包室的侧壁还设置有电动滑台，电动滑台上设置滑块，滑块上设置电动夹爪，所述滑块的滑动方向为竖直方向，所述电动夹爪的高度小于导料板与刀片之间的间隙；所述电热片分为三段并分别由供电单元供电，电热片的总长度等于塑料薄膜的宽度，电热片位于两端的两段的长度为1-3cm；两个所述第一转动轴上的塑料薄膜的端部向上穿过第二转动轴与第三转动轴之间的间隙，然后穿过两个导料板之间、两个刀片之间、两个电热片之间。

本发明中，进一步优选地，所述地图创建模块利用ROS中开源功能包，在机器人行进的过程中同时进行机器人位姿估计和环境建模，采用SLAM算法在超市中创建局部电子地图和全局电子地图；机器人定位模块结合差分GPS完成定位、跟踪和遍历功能，并利用蒙特卡罗定位算法用于位置矫正；所述路径规划模块使用A*算法和DWA算法实现路径规划。

本发明中，进一步优选地，所述带中央控制器的下位机还通过无线通信模块与超市的云端服务器连接，用于获取商品的位置，并且对商品的库存进行实时的更新。

本发明中，进一步优选地，所述第一活动底板、第二活动底板朝上的板面均设有把手。

本发明中，进一步优选地，所述打包室内的底部两侧设有相互平行的底座，所述第一转动轴转动安装在底座上。

本发明中，进一步优选地，所述电磁锁、第一电动推杆、第二电动推杆、电动滑台、电动夹爪、电热片均与所述带中央控制器的下位机电路连接。

本发明中，进一步优选地，所述供电单元设置在打包室下方的装备室内。

本发明中，进一步优选地，所述移动机构为4个车轮，其中有两个呈对角的车轮通过驱动电机驱动，另外两个呈对角的车轮为从动轮。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、该导购机器人利用ROS软件系统实现超市导购机器人运动控制，采用SLAM算法建立电子地图，结合差分GPS完成定位、跟踪和遍历功能，并使用A*算法和DWA算法实现路径规划，蒙特卡罗定位算法用于位置矫正。在定位导航过程中，机器人运行姿态评估也是一个关键内容，本发明还利用激光和IMU采集的数据，采用卡尔曼滤波算法，并结合减速电机的编码器完成对机器人姿态和速度的计算，使得机器人定位更准确，从而实现了精准导航。

2、该导购机器人在使用时，消费者在人机交互界面选择购买商品，ROS软件系统通过路径规划中的全局路径规划和局部规划算法，给出最省时的购物路径，经消费者确认后进行导航，从而节约寻找商品的时间。消费者选好商品后直接放入导购车，交互屏后有能识别商品电子标签的扫码结账模块，识别后显示在交互界面，并进行计费，购物完成后可即时结账，节省了排队的时间。

3、该导购机器人在使用时，消费者在交互界面扫码结算之后，自动打包模块开始运作，需要打包的商品直接从购物篮落入打包室内的购物袋中，并即时封口打包，无须逐一分拣，从而节省了打包的时间。

因此，本发明的导购机器人不仅能规划购物路径，进行引导，还能即时结算，即时打包，提高了购物的效率，为繁忙的都市消费者节约了时间，增加了购物体验感。还能有效避免超市里人群聚集的情况，减少人与人、人与物的接触，对疾控预防和切断传染途径有极大的帮助。

【附图说明】

图1为基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人的控制原理图

图2为基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人的平面结构示意图。

图3为购物篮的结构示意图；

图4为自动打包模块的部分结构俯视示意图；

图5为图2的局部放大图；

图6为加热板、刀片、导料板的关系图；

图7为本发明的机器人在打包状态的示意图。

其中，1-购物篮1，101-第一活动底板，102-电磁锁，103-把手，104-第二活动底板，105-固定底板，2-人机交互设备，3-设备室；4-第一转动轴，5-塑料薄膜，6-打包室，7-第四转动轴，8-第二安装支架，9-第三转动轴，10-第一安装支架；11-第一连杆；12-第一转筒；13-连接柱，14-输送板，15-第一电动推杆，16-电动滑台，1601-滑动块，1602-滑轨，1603-电动夹爪，17-第一固定座，18-第二固定座，19-第二电动推杆，20-加热板，21-刀片，22- 导料板，23-刀座。

【具体实施方式】

为了更清楚地表达本发明，以下通过具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1-7，本发明提供一种基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人，该导购机器人包括机器人本体和安装在机器人本体上的机器人控制系统；

机器人本体包括购物车架，购物车架内设有购物篮1和打包室6，购物篮1用于放置消费者选购的商品，打包室6用于将商品装袋打包；打包室6下方设置设备室3，用于安放供电设备等辅助元件，购物车架下方设置有移动机构，具体地，移动机构为4个车轮，其中有两个呈对角的车轮通过驱动电机驱动，另外两个呈对角的车轮为从动轮；通过控制驱动电机，可以实现前进、后腿、转弯等动作。

机器人控制系统包括带有ROS的上位机、带中央控制器的下位机、人机交互模块、激光雷达、IMU模块、运动驱动模块、无线通信模块、扫码结账模块、自动打包模块和供电单元；带ROS控制模块的上位机和带中央控制器的下位机通过无线通信模块连接；激光雷达、人机交互模块、IMU模块、运动驱动模块、扫码结账模块、自动打包模块均与带中央控制器的下位机电连接。

带有ROS的上位机内设有定位避障模块，定位避障模块包括地图创建模块、机器人定位模块、商品定位模块和路径规划模块；地图创建模块用于创建环境局部电子地图和全局电子地图；机器人定位模块用于定位机器人当前的位置；商品定位模块用于存储或获取商品的位置信息；路径规划模块用于根据机器人当前位置、商品的位置信息并结合电子地图，自动规划机器人的最优路径。具体地，地图创建模块利用ROS中开源功能包，在机器人行进的过程中同时进行机器人位姿估计和环境建模，采用SLAM算法在超市中创建局部电子地图和全局电子地图；机器人定位模块结合差分GPS完成定位、跟踪和遍历功能，并利用蒙特卡罗定位算法用于位置矫正；路径规划模块使用A*算法和DWA算法实现路径规划。商品定位模块通过带中央控制器的下位机与超市的云端服务器交互获取商品的位置信息；带有ROS的上位机还用于接收带中央控制器的下位机发送的信息，并根据最优路径将机器人运动控制指令通过无线通信模块发送给带中央控制器的下位机；

激光雷达安装在购物车的前后左右多个位置，用于采集数据后发送给带中央控制器的下位机；

IMU模块用于通过融合算法采集机器人三轴姿态角以及加速度数据，并发送给带中央控制器的下位机；

带中央控制器的下位机的作用包括接收IMU模块采集到的数据，同时采用卡尔曼滤波算法，并结合减速电机的编码器完成对机器人姿态和速度的计算；与上位机通信，主要包括按一定频率采集编码器反馈信息，经计算姿态和速度后发送给上位机、并接受上位机的运动控制指令；本发明利用激光和IMU采集的数据，采用卡尔曼滤波算法，并结合减速电机的编码器完成对机器人姿态和速度的计算，使得机器人定位更准确，从而实现了精准导航。

带中央控制器的下位机采用基于ARM Cortex-M3架构的STM32单片机，其中包括电源稳压电路、复位电路外部晶振电路、USB转TTL电路、电机驱动电路以及IMU接口电路等。带中央控制器的下位机还通过无线通信模块与超市的云端服务器连接，用于获取商品的位置，并且对商品的库存进行实时的更新。

人机交互模块包括触摸屏、扬声器和语音输入模块，所述触摸屏、扬声器和语音输入模块均与所述带中央控制器的下位机电路连接；触摸屏可以进行交互信息的显示，扬声器可以进行各种语音提醒，语音输入模块可以供消费者送入语音指令。

运动驱动模块包括驱动电机和减速电机，驱动电机与带中央控制器的下位机电路连接，减速电机与所述移动机构连接，用于根据下位机发出的运动控制指令驱动移动机构工作。

扫码结账模块，用于对商品进行扫描、计价和结算，并将结算信息反馈给带中央控制器的下位机，带中央控制器的下位机同时将扫描、计价和结算的结果通过触摸屏进行显示。

自动打包模块设置在购物车架内，用于在结算完成后进行自动打包。

参见图2，购物车架为底部封闭上端开口且四周设有围档的立体结构，围档可以是网状也可以是板状，人机交互模块具体体现形式为一种人机交互设备2，表面设置触摸屏和控制开关，其通过支架设置在购物车架一侧，带有ROS的上位机、带中央控制器的下位机、扫码结账模块均可以与人机交互设备2集成为一个整体，使整体简洁美观。

购物车架的内部通过底板分隔成位于上方的购物篮1和位于下方的打包室6，底板由固定底板105、第一活动底板101和第二活动底板104组成，固定底板105与购物车架的内侧壁固定连接，其设置的目的是为了放置一些不便于打包的物品，如体积较大的箱装牛奶或一大提卷筒纸等。固定底板105有一个侧面未连接购物车架的内侧壁，该侧面一旁设置第一活动底板101、第二活动底板104，第一活动底板101、第二活动底板104均与购物车架的内侧壁铰接形成对开门的结构。第一活动底板101、第二活动底板104与购物车架的内侧壁之间均设有电磁锁102，通电时，将第一活动底板101、第二活动底板104吸住为水平合拢状态，断电时，电磁锁102对第一活动底板101、第二活动底板104没有吸力，第一活动底板101、第二活动底板104在重力作用下向下翻转。本发明还优选在第一活动底板101、第二活动底板104朝上的板面均设有把手103，再打包完毕时，辅助第一活动底板101、第二活动底板 104的复位。

自动打包模块设置在打包室6内，自动打包模块包括第一转动轴4、塑料薄膜5、第一转筒12、输送板14和电热片等元件；打包室6内的底部两侧设有相互平行的第一转动轴4，两个第一转动轴4上均卷绕有塑料薄膜5，具体可以在打包室6内的底部两侧设有相互平行的底座，第一转动轴4转动安装在底座上；第一活动底板101、第二活动底板104朝下的板面上分别连接两个第一连杆11的一端，两个第一连杆11的另一端连接同一条第二转轴，第二转轴与第一连杆11转动连接，第二转轴外侧固定设置第一转筒12，第一转筒12的中心轴线与第一转动轴4的中心轴线平行；所述第一活动底板101、第二活动底板104相互远离的端部下侧均设置两个安装块，两个安装块上转动安装第一安装支架10，同一活动底板上的两个第一安装支架10之间转动安装有第三转动轴9，第一安装支架10远离安装板的一端转动安装有第二安装支架8，两个第二安装支架8之间转动安装有第四转动轴7，第三转动轴9的中心轴线、第四转动轴7的中心轴线与第一转动轴4的中心轴线平行，第三转动轴9和第四转动轴7的表面相互接触，用于对塑料薄膜5进行导料和压平整。

第一活动底板101、第二活动底板104的底面均通过四个连接柱13连接有输送板14，输送板14与第一转筒12相互接触，且输送板14与第三转动轴9的顶部切线位于同一水平面上，输送板14的作用之一是承托塑料薄膜5、并与第一转筒12配合对塑料薄膜5进行输送。输送板14的作用之二作为电热板和刀片21的安装座，因此，输送板14内部为空腔结构，两个输送板14相互靠近的两端端部为开口状，两个输送板14的内部空腔内均通过第一固定座17固定有第一电动推杆15，第一电动推杆15的活动端端部固定连接有滑动座，滑动座滑动连接在输送板14的开口处，在第一电动推杆15的作用下，滑动座在该开口处进行滑动，两个滑动座相互靠近或远离；滑动座内部为空腔，滑动座的空腔内通过第一固定座18固定设置有第二电动推杆19，第二电动推杆19的活动端端部伸出滑动座后通过刀座23固定连接刀片21，所述刀片21水平设置，且两个刀片21的刀口正对；两个第一电动推杆15的伸缩方向相对，两个第二电动推杆19的伸缩方向相对；两个第二电动推杆19可以使得两边的刀片21相互靠近或远离，从而实现裁切的目的。

滑动座远离其所在的输送板14的一端连接导料板22的一端和加热板20的一端，所述导料板22和加热板20分别与刀片21平行，导料板22位于刀片21上方，加热板20位于刀片21下方，所述导料板22的另一端为圆弧倒角，所述加热板20的另一端设有电加热片，所述导料板22的另一端与加热板20的另一端位于同一竖直的平面上。

打包室6的侧壁还设置有电动滑台16，电动滑台16上设置滑轨1601和滑动块1602，滑动块1602上设置电动夹爪1603，滑动块1602的滑动方向为竖直方向，即可以上下滑动，电动夹爪1603的高度小于导料板22与刀片21之间的间隙，使其可以伸入导料板22与刀片21之间的间隙，对塑料薄膜5进行夹持；电热片分为三段并分别由供电单元供电，电热片的总长度等于塑料薄膜5的宽度，电热片位于两端的两段的长度为1-3cm；两个第一转动轴4上的塑料薄膜5的端部向上穿过第四转动轴7与第三转动轴9之间的间隙，然后穿过两个导料板22之间、两个刀片21之间、两个电热片之间。电磁锁102、第一电动推杆15、第二电动推杆19、电动滑台16、电动夹爪1603、电热片均与所述带中央控制器的下位机电路连接，用于受下位机的协调和控制。

本发明在使用时，将本发明的机器人投放到待用的超市中，通过控制开关启动驱动电机工作，带动机器人在超市中行走，激光模块和IMU模块采集数据后发送给带中央控制器的下位机；带中央控制器的下位机采用卡尔曼滤波算法，并结合减速电机的编码器完成对机器人姿态和速度的计算；带中央控制器的下位机与上位机通信，上位机的地图创建模块根据接收到的信息，利用ROS中开源功能包，在机器人行进的过程中同时进行机器人位姿估计和环境建模，采用SLAM算法在超市中创建局部电子地图和全局电子地图。

机器人在被消费者使用时，其导购的方法可以参考下述步骤：

(1)消费者首先通过人机交互设备2选择需要购买的商品，确定后向下位机发出购买指令；

(2)下位机在接收到购买指令后，将商品信息通过无线通信模块发送给上位机，上位机首先通过定位模块定位机器人在电子地图中的当前位置；再通过商品定位模块获取所需购买的商品的位置信息；

(3)上位机通过路径规划模块，根据机器人当前位置、商品的位置信息并结合电子地图，自动规划机器人的最优路径；在消费者确认路径后，上位机将机器人运动控制指令通过无线通信模块发送给带中央控制器的下位机，下位机控制驱动电机工作，移动机构在驱动电机的作用下带动机器人行走；行走过程中，激光模块和IMU模块采集数据实时采集数据反馈给下位机，下位机经运算后与上位机通信，用于机器人的实时定位；

(4)当机器人的实时位置与商品位置一致时，下位机控制驱动电机停止工作，扬声器提示到达该商品的货架；消费者取下商品后通过扫码结账模块扫描商品电子标签，消费者通过人机交互模块选购完毕确认后，机器人按照行走至下一商品货架处，并进行语音提醒，消费者取下商品后通过扫码结账模块扫描商品电子标签，消费者通过人机交互模块选购完毕确认后，机器人按照行走至下一商品货架处，直至完成所有商品的购物；

(5)消费者确认购买完成准备结账，扫码结账模块进行计价和结算，并将结算信息反馈给带中央控制器的下位机，带中央控制器的下位机同时将扫描、计价和结算的结果通过触摸屏进行显示。

(6)结算完成后，如果客户继续选择打包的需求，则下位机在通过扫码结账模块收取一定的打包费用后向自动打包模块发出打包指令，打包模块进行自动打包；打包完成后，消费者取走商品，机器人回到其被设定的停放点。

采用本发明的自动打包模块，其打包的流程可以包括以下步骤：

6.1在初始状态下，塑料薄膜5卷安装在第一转动轴4上，两个刀片21对应的第二电动推杆19回收，使得两个刀片21不接触，塑料薄膜5的自由端被拉至刚好位于两个刀片21之间，电动滑台16的电动夹爪1603位于导料板22与刀片21之间的间隙，对塑料薄膜5进行夹持。当消费者开始使用机器人进行导航购物时，整个电热片开始预热，经过延迟设定的时间后，下位机控制第一电动推杆15回缩一定距离，使得两个刀片21、两个电热片分开一定的距离使得电动夹爪1603可以通过，下位机控制电动滑台16带动滑动块1602向下运动使得电动夹爪1603刚好位于电热片的下方，下位机控制第二电动推杆19伸长一定距离使两个电热片紧贴，从而使塑料薄膜5封边形成塑料袋的底部，电热片的中间段即时断电冷却，经过一定时间的延时后，电动夹爪1603将塑料薄膜5向下拉扯，塑料薄膜5向下的同时，在电热片的作用下，两个塑料薄膜5的侧边形成封边；电动夹爪1603到达最底部后，电热片断电停止加热；第一电动推杆15回缩至使两个电热片间隔一定距离，电动夹爪1603回位至导料板 22与刀片21之间的间隙，自动打包模块准备就绪。

6.2在收到打包的指令后，电磁锁102断电，第一活动底板101、第二活动底板104在自身重力和商品的压力作用下沉打开，商品落入塑料袋中，人机交互屏设备提醒消费者检查购物车栏，当商品全部落入打包袋后，消费者点击人机交互屏确认打包，则下位机控制电磁锁 102通电，将第一活动底板101、第二活动底板104吸合关闭；电磁锁102断电的同时，下位机控制整个电热片通电预热，消费者点击人机交互屏确认打包后，电动夹爪1603对塑料薄膜 5进行夹持，第一电动推杆15伸长至两个电热片相互紧贴，对袋口进行封口，第二电动推杆 19伸长至两个刀片21相互紧贴将塑料袋截断，然后立即回缩分开，人机交互屏提醒顾客取走打包袋；

6.3自动打包模块回复至初始状态，当消费者开始使用机器人进行导航购物时，重复上述步骤进行自动打包。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (9)

1.基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人，其特征在于：包括机器人本体和安装在机器人本体上的机器人控制系统；

所述机器人本体包括购物车架，购物车架内设有购物篮和打包室，购物车架下方设置有移动机构；

所述机器人控制系统包括带有ROS的上位机、带中央控制器的下位机、人机交互模块、激光雷达、IMU模块、运动驱动模块、无线通信模块、扫码结账模块、自动打包模块和供电单元；所述带ROS控制模块的上位机和带中央控制器的下位机通过无线通信模块连接；所述激光雷达、人机交互模块、IMU模块、运动驱动模块、扫码结账模块、自动打包模块均与带中央控制器的下位机电连接；

所述带有ROS的上位机内设有定位避障模块，所述定位避障模块包括地图创建模块、机器人定位模块、商品定位模块和路径规划模块；所述地图创建模块用于创建环境局部电子地图和全局电子地图；所述机器人定位模块用于定位机器人当前的位置；所述商品定位模块用于存储或获取商品的位置信息；所述路径规划模块用于根据机器人当前位置、商品的位置信息并结合电子地图，自动规划机器人的最优路径；带有ROS的上位机还用于接收带中央控制器的下位机发送的信息，并根据最优路径将机器人运动控制指令通过无线通信模块发送给带中央控制器的下位机；

所述激光雷达，用于采集数据后发送给带中央控制器的下位机；

所述IMU模块用于通过融合算法采集机器人三轴姿态角以及加速度数据，并发送给带中央控制器的下位机；

带中央控制器的下位机的作用包括接收IMU模块采集到的数据，同时采用卡尔曼滤波算法，并结合减速电机的编码器完成对机器人姿态和速度的计算；与上位机通信，主要包括按一定频率采集编码器反馈信息，经计算姿态和速度后发送给上位机、并接受上位机的运动控制指令；

所述人机交互模块包括触摸屏、扬声器和语音输入模块，所述触摸屏、扬声器和语音输入模块均与所述带中央控制器的下位机电路连接；

所述运动驱动模块包括驱动电机和减速电机，所述驱动电机与带中央控制器的下位机电路连接，减速电机与所述移动机构连接，用于根据下位机发出的运动控制指令驱动移动机构工作；

所述扫码结账模块，用于对商品进行扫描、计价和结算，并将结算信息反馈给带中央控制器的下位机；

所述自动打包模块设置在购物车架内，用于在结算完成后进行自动打包。

2.根据权利要求1所述的基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人，其特征在于：所述购物车架为底部封闭上端开口且四周设有围档的立体结构，购物车架的内部通过底板分隔成位于上方的购物篮和位于下方的打包室，所述底板由固定底板、第一活动底板和第二活动底板组成，固定底板与购物车架的内侧壁固定连接，第一活动底板、第二活动底板均与购物车架的内侧壁铰接形成对开门的结构，第一活动底板、第二活动底板与购物车架的内侧壁之间均设有电磁锁；所述自动打包模块设置在打包室内，自动打包模块包括第一转动轴、塑料薄膜、第一转筒、输送板和电热片；所述打包室内的底部两侧设有相互平行的第一转动轴，两个第一转动轴上均卷绕有塑料薄膜；所述第一活动底板、第二活动底板朝下的板面上分别连接两个第一连杆的一端，两个第一连杆的另一端连接同一条第二转轴，第二转轴与第一连杆转动连接，第二转轴外侧固定设置第一转筒，第一转筒的中心轴线与第一转动轴的中心轴线平行；所述第一活动底板、第二活动底板相互远离的端部下侧均设置两个安装块，安装块上转动安装第一安装支架，两个第一安装支架之间转动安装有第三转动轴，第一安装支架远离安装板的一端转动安装有第二安装支架，两个第二安装支架之间转动安装有第四转动轴，所述第三转动轴和第四转动轴之间相互平行且接触；所述第一活动底板、第二活动底板的底面均通过四个连接柱连接有输送板，输送板与第一转筒相互接触，且输送板与第三转动轴的顶部切线位于同一水平面上；所述输送板内部为空腔结构，两个输送板相互靠近的两端端部为开口状，两个输送板的内部空腔内均固定有第一电动推杆，第一电动推杆的活动端端部固定连接有滑动座，滑动座滑动连接在输送板的开口处；所述滑动座内部为空腔，滑动座的空腔内固定设置有第二电动推杆，第二电动推杆的活动端端部伸出滑动座后固定连接刀片，所述刀片水平设置，且两个刀片的刀口正对；两个第一电动推杆的伸缩方向相对，两个第二电动推杆的伸缩方向相对；所述滑动座远离其所在的输送板的一端连接导料板的一端和加热板的一端，所述导料板和加热板分别与刀片平行，导料板位于刀片上方，加热板位于刀片下方，所述导料板的另一端为圆弧倒角，所述加热板的另一端设有电加热片；所述打包室的侧壁还设置有电动滑台，电动滑台上设置滑块，滑块上设置电动夹爪，所述滑块的滑动方向为竖直方向，所述电动夹爪的高度小于导料板与刀片之间的间隙；所述电热片分为三段并分别由供电单元供电，电热片的总长度等于塑料薄膜的宽度，电热片位于两端的两段的长度为1-3cm；两个所述第一转动轴上的塑料薄膜的端部向上穿过第二转动轴与第三转动轴之间的间隙，然后穿过两个导料板之间、两个刀片之间、两个电热片之间。

3.根据权利要求1所述的基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人，其特征在于：所述地图创建模块利用ROS中开源功能包，在机器人行进的过程中同时进行机器人位姿估计和环境建模，采用SLAM算法在超市中创建局部电子地图和全局电子地图；机器人定位模块结合差分GPS完成定位、跟踪和遍历功能，并利用蒙特卡罗定位算法用于位置矫正；所述路径规划模块使用A*算法和DWA算法实现路径规划。

4.根据权利要求2所述的基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人，其特征在于：所述带中央控制器的下位机还通过无线通信模块与超市的云端服务器连接，用于获取商品的位置，并且对商品的库存进行实时的更新。

5.根据权利要求2所述的基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人，其特征在于：所述第一活动底板、第二活动底板朝上的板面均设有把手。

6.根据权利要求2所述的基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人，其特征在于：所述打包室内的底部两侧设有相互平行的底座，所述第一转动轴转动安装在底座上。

7.根据权利要求2所述的基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人，其特征在于：所述电磁锁、第一电动推杆、第二电动推杆、电动滑台、电动夹爪、电热片均与所述带中央控制器的下位机电路连接。

8.根据权利要求1所述的基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人，其特征在于：所述供电单元设置在打包室下方的装备室内。

9.根据权利要求1所述的基于ROS和人工智能算法的超市导购机器人，其特征在于：所述移动机构为4个车轮，其中有两个呈对角的车轮通过驱动电机驱动，另外两个呈对角的车轮为从动轮。

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