CN114723154B - 一种智慧超市 - Google Patents
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Abstract
一种智慧超市，包括超市的入口、出口和货架；超市的入口设置有多辆无人小车，无人小车上设置有针对超市货品的购物平台，以及超市内的地图和用于控制小车在超市内行走的路径规划系统；所述的货架上设置有用于识别的标号，且每个货架上均设置有用于扫描、识别和出货的货架出货系统；消费者在无人小车的购物平台上下单，下单后点击确认按钮，机器人根据货物所在货架的位置由近到远自动调整取货顺序，以取货顺序中的第一类商品的货架为第一目的地进行取货；完成所有取货后到达指定的出口后，消费者付费取物品；物品被取走后，无人车自动回到超市入口，清除所有订单信息。本发明能快速的帮助消费者购物取货，实现了无人营业以及消费者便利的智慧超市。
Description
技术领域
本发明涉及智能管理技术相关领域，具体涉及一种智慧超市。
背景技术
随着社会的发展，超市已经成为了人们日常生活不可或缺的一部分。
但是，现在的超市营销大多数都是将货物放在货架上，让顾客进入到超市中自行挑选。而超市中物品种类繁多，人们可以在超市中购买到任意所需商品，可商品种类的增多给人们选购商品带来了一定的影响，人们会花费大量的时间在寻找商品上。导致人们会浪费很多的时间，需要在超市内部逗留更多的时间。增加了与外人接触的时间，增加了一定的风险。
另外，消费者往往对所需商品的广告信息、特价或优惠等信息需要了解，无法准确的获得活动信息，非常的麻烦。
发明内容
针对上述的技术问题，本技术方案提供了一种智慧超市,消费者在入口处的无人小车上下单，然后从室外的通道走到超市的出口处等待无人小车机器人取好需要的货物，再付款即可拿到货品，无需消费者自己进入超市内部寻找货品，节约时间，也可避免多人在超市内接触，可有效的解决上述问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种智慧超市，包括超市的入口和出口，出口和入口之间设置有货架，位于超市的外室，设置有从入口到出口的通道；位于超市的内室，其入口设置有多辆无人驾驶的无人小车，无人小车上设置有针对超市货品的购物平台，以及超市内的地图和用于控制小车在超市内行走的路径规划系统；所述的货架上设置有用于识别的标号，且每个货架上均设置有用于扫描、识别和出货的货架出货系统；消费者在无人小车的购物平台上下单，下单后点击确认按钮，机器人根据货物所在货架的位置由近到远自动调整取货顺序，以取货顺序中的第一类商品的货架为第一目的地，由路径规划系统规划出一条最优可行路径，无人小车按照路径行走至货架的出货口；机器人到达相应货架位置后，货架的货架出货系统通过扫描装置扫描无人小车上的订单信息，传输到货架控制端，控制端按订单要求出货，出货口与机器人车厢相连，货物直接装车；机器人感应到货物装箱后，自动规划至订单里第二类商品的货架为下一个目的地，前往下一个目的地，直至订单上的所有货物全部取到无人小车上；完成所有取货后，机器人自动规划从当前位置到超市出口的最优路径，无人小车在前往超市的出口时，小车内的结算系统根据订单上的货物计算出消费总额，消费者在超市中对应的出口位置等待无人小车取货，当无人查取货完成到达指定的出口后，消费者在无人小车支付完相应的费用后，才可取走无人小车上的物品；物品被取走后，无人小车自动回到超市入口，清除所有订单信息。
进一步的，所述的路径规划系统中采用改进后的A*算法进行路径规划，规划的路径由多个节点组成，其任意相邻的三个节点形成一个角度，中间节点为顶点，当角度是180°时，则判断小车直线行走；若角度不是180°，则判断无人小车发生拐弯；当转弯的角度小于135°时，在改进的A*算法作用下，使路径在拐弯处角度优化为135°，让小车保持匀速运动。避免小车在直角拐弯处原地转向及减速和加速过程，增强机器人在拐弯处的平稳性，并在一定条件下缩短了行驶时间。
进一步的，所述改进的A*算法是一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法，具体的算法为：
估价函数用公式表示为：
f(n)＝g(n)+h(n)(1)
θ≥135°(2)
其中，f(n)是从初始节点到目标点的最佳路径的估计代价；
g(n)是从初始节点到节点n的估计代价；
h(n)是从节点n到目标节点的估计代价；
θ是相邻的三个节点形成的内角度数；
要保证找到最短路径或最优解的条件，关键在于估价函数f(n)的选取；显然，距离估计与实际值越接近，估价函数取得就越好，例如对于路网来说，可以取两节点间曼哈顿距离作为距离估计，即f＝g(n)+(abs(dx-nx)+abs(dy-ny))；这样估价函数f(n)在g(n)一定的情况下，会或多或少的受距离估计值h(n)的制约，节点距离目标点近，h值小，f值相对就小，能保证最短路的搜索向终点的方向进行。
进一步的，当转弯的角度小于135°时，在路径规划中将无人小车的转弯角度θ设定在大于等于135°，使得无人小车在转弯时，可以保持匀速行驶，不用减速再增速；加快了无人小车行驶的总速度；具体的认证公式为：
小车在直角拐弯处，先进行匀减速运动，到拐角处速度降为零；设小车初始速度为υ0，制动距离为x，制动时间为t1，可得到小车制动时间为：
当x>3时，到交汇点前一直做匀加速运动，直到速度达到原来的速度，再匀速运动，改进后路径与原路径相交的点称为交汇点，设从拐点加速到υ0的时间为t2；则
t2＝t1；
得t原>t后；
当X＝3时，到交汇点前一直做匀加速运动，直到速度达到原来的速度，再匀速运动，则：
得t原>t后；
当X<3时，先匀加速运动到速度为υ0，再匀速运动到交汇点，则：
当时，t原>t后；
当时，t原＜后；
综上，当小车制动距离大于时，设每一个节点之间的距离为1，则采用改进后的A*算法进行规划的最优路径用时更短。
进一步的，货架的货架出货系统包括安装在货架一端的扫描装置，安装在货物后侧的推送装置，和安装在货架的下侧用于将货物传送到无人小车内的传送带；所述无人小车的车身上设置有与传送带末端平等高度的开口，当无人小车来到指定的货架处时，无人小车停在传送带的末端，使得传送带的末端可深入至无人小车的开口处，能将传送带上的货物运送至无人小车的内部；所述无人小车的顶面设置有用于显示货物编号的显示屏，货架的扫描装置扫描无人小车上的货物编号，将扫描到的货物信息发送到控制端，由控制端控制货架上对应的推送装置推送出货物，货物被推送装置推出后掉落在传送带上，传送带将货物传送到无人小车内。
进一步的，所述货架上设置的标号由英文字母和数字组成，从超市入口到出口的多排货架依次按照英文字母表的顺序给货架编号，同一排货架的英文字母编号相同；同一排上从左往右的多列货架依次用数字编号，同一列货架的数字编号相同，数字表示在某一排的第几列货架。
进一步的，所述无人小车根据货架位置自动调整订单中货物的取货顺序，由进口到出口依次取货；每个货物都对应具体的货架定位，根据货架的编号顺序将订单中的货物顺序调整为取货顺序；在字母表中，越靠前的字母优先级越高；优先取A排货架的物品，再取B排货架的物品，如果订单里没有B排货架的物品，就取C排货架的物品，以此类推，直到完成取货；当两个物品都在同一排货架，就看编号中字母后的数字，数字越小的优先级越高。
进一步的，所述的结算系统在计算货物的总额时，将邻近保质期的食品自动计入降价售卖系统，实现每靠近保质期最后一天，则按照百分比将售价降低一定量；通过入库数据库和出库数据库的校对以及逻辑分析物品存放时间，计算降价后的售价；将食品或药品摆上货架时，货架上的扫描仪会将食品或药品的生产日期、有效日期记入到货架的控制端；在无人小车取货时，货架上的扫描仪读取食品药品的二维码信息，将货物的入库数据传输给无人小车，若货物被判断为临期产品，则按照降价处理的模式计算货物的费用。
有益效果
本发明提出的一种智慧超市，与现有技术相比较，其具有以下有益效果：
(1)本技术方案通过无人小车可以实现下单，取货和结算的功能，通过货架可以实现入库是进行数据录入的功能；通过货架的扫描装置可以得到货物的入库出库信息；实现了智能购物，无需消费者进入室内寻找物品的操作就可完成购物，解决了消费者寻找货物困难、排队结算费用浪费时间的问题。
(2)本技术方案通过调整订单顺序，将货物由近到远依次进行路径规划。有效避免了机器人在取货时出现往返行驶，明显减少了行驶路径，从宏观角度对取货路径的规划。
(3)本技术方案对A*算法进行改进，使得无人小车在拐弯处使得路径更加平滑，增强了小车行驶的稳定性；并且在小车制动距离满足一定条件时，所需的行驶时间更短；综合考虑行驶的可行性与时间最优，改进后的A*算法更优。
(4)本技术方案通过机器人对有保质期限制的食品进行计时降价出售，实现了对保质期的量化，销售的合理化，经济性，同时也促进了销售。
附图说明
图1是本发明中智慧超市的内部布局示意图。
图2是本发明中无人小车的路径规划示意图。
图3是本发明中改进后的A*算法计算图。
图4是本发明中货架的结构示意图。
图5是本发明中无人小车的订单界面示意图。
图6是本发明中无人小车订单调整示意图。
图7是本发明中货品计时降价售卖系统的软件流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。
实施例1：
如图1至图5所示，一种智慧超市，包括超市的入口和出口，出口和入口之间设置有货架，位于超市的外室，设置有从入口到出口的通道。位于超市的内室，其入口设置有多辆无人驾驶的无人小车，无人小车上设置有针对超市货品的购物平台，以及超市内的地图和用于控制小车在超市内行走的路径规划系统；所述的货架上设置有用于识别的标号，且每个货架上均设置有用于扫描、识别和出货的货架出货系统。
在本实施例中，无人小车内的超市内部地图是采用SLAM技术构建的室内地图，利用该地图来录入超市环境地图。SLAM是业界公认视觉领域空间定位技术的前沿方向,它主要用于解决机器人在未知环境运动时的定位和地图构建问题。从一个未知环境里的未知地点出发，在运动过程中通过传感器观测定位自身位置、姿态、运动轨迹，再根据自身位置进行增量式的地图构建，从而达到同时定位和地图构建的目的。
所述货架上设置的标号由英文字母和数字组成，从超市入口到出口的多排货架依次按照英文字母表的顺序给货架编号，同一排货架的英文字母编号相同；同一排上从左往右的多列货架依次用数字编号，同一列货架的数字编号相同，数字表示在某一排的第几列货架。
消费者在无人小车的购物平台上下单，下单后点击确认按钮。利用类似于现有的超市线上购物平台(如淘鲜达)载入到无人小车的购物平台中，实现消费者在无人小车上挑选商品；当消费者需要的商品比较难寻找时，可以采用店内搜索功能，直接将商品搜索出来。可以节约消费者挑选和寻找商品的时间。
当消费者在无人小车上挑选完商品后，机器人根据货物所在货架的位置由近到远自动调整取货顺序，以取货顺序中的第一类商品的货架为第一目的地，无人小车根据货架位置自动调整订单中货物的取货顺序，由进口到出口依次取货；每个货物都对应具体的货架定位，根据货架的编号顺序将订单中的货物顺序调整为取货顺序；在字母表中，越靠前的字母优先级越高；优先取A排货架的物品，再取B排货架的物品，如果订单里没有B排货架的物品，就取C排货架的物品，以此类推，直到完成取货；当两个物品都在同一排货架，就看编号中字母后的数字，数字越小的优先级越高。
由路径规划系统规划出一条最优可行路径，无人小车按照路径行走至货架的出货口。在无人小车的路径规划系统中，采用改进后的A*算法进行路径规划，规划的路径由多个节点组成，其任意相邻的三个节点形成一个角度，中间节点为顶点，当角度是180°时，则判断小车直线行走；若角度不是180°，则判断无人小车发生拐弯；当转弯的角度小于135°时，在改进的A*算法作用下，使路径在拐弯处角度优化为135°，让小车保持匀速运动。避免小车在直角拐弯处原地转向及减速和加速过程，增强机器人在拐弯处的平稳性，并在一定条件下缩短了行驶时间。
所述改进的A*算法是一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法，具体的算法为：
估价函数用公式表示为：
θ≥135°(2)
其中，f(n)是从初始节点到目标点的最佳路径的估计代价；
g(n)是从初始节点到节点n的估计代价；
h(n)是从节点n到目标节点的估计代价；
θ是相邻的三个节点形成的内角度数；
要保证找到最短路径或最优解的条件，关键在于估价函数f(n)的选取；显然，距离估计与实际值越接近，估价函数取得就越好，例如对于路网来说，可以取两节点间曼哈顿距离作为距离估计，即f＝g(n)+(abs(dx-nx)+abs(dy-ny))；这样估价函数f(n)在g(n)一定的情况下，会或多或少的受距离估计值h(n)的制约，节点距离目标点近，h值小，f值相对就小，能保证最短路的搜索向终点的方向进行。
当转弯的角度小于135°时，在路径规划中将无人小车的转弯角度θ设定在大于等于135°，使得无人小车在转弯时，可以保持匀速行驶，不用减速再增速；加快了无人小车行驶的总速度；具体的认证公式为：
小车在直角拐弯处，先进行匀减速运动，到拐角处速度降为零；设小车初始速度为υ0，制动距离为x，制动时间为t1，可得到小车制动时间为：
当x>3时，到交汇点前一直做匀加速运动，直到速度达到原来的速度，再匀速运动，改进后路径与原路径相交的点称为交汇点，设从拐点加速到υ0的时间为t2；则
t2＝t1；
得t原>t后；
当X＝3时，到交汇点前一直做匀加速运动，直到速度达到原来的速度，再匀速运动，则：
得t原＞t后；
当X＜3时，先匀加速运动到速度为υ0，再匀速运动到交汇点，则：
当时，t原＞t后；
当时，t原＜t后；
综上，当小车制动距离大于时，设每一个节点之间的距离为1，则采用改进后的A*算法进行规划的最优路径用时更短。
表1-1算法改进前后在拐弯处的用时
设初始速度v0＝1
由表可知，当小车制动距离时，改进后的算法用时t后均比原来的算法用时t原小，即p>q恒成立。
机器人到达相应货架位置后，货架的货架出货系统通过扫描装置扫描无人小车上的订单信息，传输到货架控制端，控制端按订单要求出货，出货口与机器人车厢相连，货物直接装车。
货架的货架出货系统包括安装在货架一端的扫描装置，安装在货物后侧的推送装置，和安装在货架的下侧用于将货物传送到无人小车内的传送带；所述无人小车的车身上设置有与传送带末端平等高度的开口，当无人小车来到指定的货架处时，无人小车停在传送带的末端，使得传送带的末端可深入至无人小车的开口处，能将传送带上的货物运送至无人小车的内部；所述无人小车的顶面设置有用于显示货物编号的显示屏，货架的扫描装置扫描无人小车上的货物编号，将扫描到的货物信息发送到控制端，由控制端控制货架上对应的推送装置推送出货物，货物被推送装置推出后掉落在传送带上，传送带将货物传送到无人小车内。
货架的出货系统采用自动售卖机原理实现货架自动出货。把物品放在一个平面，相当于建立了一个x、y轴的坐标系，每种物品都对应着唯一的坐标值。当货架扫描到订单信息后，货架就会记录下扫描到物品所对应的这个x、y坐标系的值。货架里面有个机器手，它会根据这个x、y坐标系中给定的值，去移动相应的距离，定位在所需物品的坐标位置。物品弹出一件交给机器手，机器手把物品推出。货架内有单片机一类的集成电路，可以控制整个自动出货的过程，包括识订单、识别物品种类、确定x、y坐标等。
利用物流中相关的入库和出库系统对货物进行入库和出库的记载；当扫描到订单后，信息被传送到货架附近的控制器中，控制器中的电脑识别后，发送控制信号给存储仓，按订单要求出货。如果订单信息和货架的数据库不匹配，信息不会传送到存储仓。
机器人感应到货物装箱后，自动规划至订单里第二类商品的货架为下一个目的地，前往下一个目的地，直至订单上的所有货物全部取到无人小车上；完成所有取货后，机器人自动规划从当前位置到超市出口的最优路径，无人小车在前往超市的出口时，小车内的结算系统根据订单上的货物计算出消费总额。
采用类似于网购平台的费用结算系统(如美团、淘鲜达、淘宝等费用结算系统)实现超市对有保质期限制的物品进行计时降价销售功能。其工作原理就是建立两个数据库，进场数据库和离场数据库。通过前后数据库的校对、分析与逻辑判断计算剩余保质期时间和降价后的售价。
结算系统在计算货物的总额时，将邻近保质期的食品自动计入降价售卖系统，实现每靠近保质期最后一天，则按照百分比将售价降低一定量；通过入库数据库和出库数据库的校对以及逻辑分析物品存放时间，计算降价后的售价；将食品或药品摆上货架时，货架上的扫描仪会将食品或药品的生产日期、有效日期记入到货架的控制端；在无人小车取货时，货架上的扫描仪读取食品药品的二维码信息，将货物的入库数据传输给无人小车，若货物被判断为临期产品，则按照降价处理的模式计算货物的费用。
消费者在超市中对应的出口位置等待无人小车取货，当无人小车取货完成到达指定的出口后，消费者在无人小车支付完相应的费用后，才可取走无人小车上的物品；物品被取走后，无人小车自动回到超市入口，清除所有订单信息。
以上描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (4)
1.一种智慧超市，包括超市的入口和出口，出口和入口之间设置有货架，位于超市的外室，设置有从入口到出口的通道；其特征在于：
位于超市的内室，其入口设置有多辆无人驾驶的无人小车，无人小车上设置有针对超市货品的购物平台，以及超市内的地图和用于控制小车在超市内行走的路径规划系统；
所述的路径规划系统中采用改进后的A*算法进行路径规划，规划的路径由多个节点组成，其任意相邻的三个节点形成一个角度，中间节点为顶点，当角度是180°时，则判断小车直线行走；若角度不是180°，则判断无人小车发生拐弯；当转弯的角度小于135°时，在改进的A*算法作用下，使路径在拐弯处角度优化为135°，让小车保持匀速运动；避免小车在直角拐弯处原地转向及减速和加速过程，增强机器人在拐弯处的平稳性，并在一定条件下缩短了行驶时间；
所述改进后的A*算法是一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法，具体的算法为：
估价函数用公式表示为：
f(n)＝g(n)+h(n) (1)
θ≥135° (2)
其中，f(n)是从初始节点到目标点的最佳路径的估计代价；
g(n)是从初始节点到节点n的估计代价；
h(n)是从节点n到目标节点的估计代价；
θ是相邻的三个节点形成的内角度数；
选取准确的估价函数f(n)是找到最短路径或最优解的条件，当距离估计与实际值越接近，则估价函数取得就越好；若在路网中，则选取两节点间曼哈顿距离作为距离估计；估价函数f(n)在g(n)一定的情况下，会受距离估计值h(n)的制约，节点距离目标点近，h值小，f值相对就小，能保证最短路的搜索向终点的方向进行；
当转弯的角度小于135°时，在路径规划中将无人小车的转弯角度θ设定在大于等于135°，使得无人小车在转弯时，可以保持匀速行驶，不用减速再增速；加快了无人小车行驶的总速度；当小车制动距离大于每一个节点之间的距离为1时，则采用改进后的A*算法进行规划的最优路径用时更短；
所述的货架上设置有用于识别的标号，且每个货架上均设置有用于扫描、识别和出货的货架出货系统；
所述货架上设置的标号由英文字母和数字组成，从超市入口到出口的多排货架依次按照英文字母表的顺序给货架编号，同一排货架的英文字母编号相同；同一排上从左往右的多列货架依次用数字编号，同一列货架的数字编号相同，数字表示在某一排的第几列货架；无人小车根据货架位置自动调整订单中货物的取货顺序，由进口到出口依次取货；
所述货架的货架出货系统包括安装在货架一端的扫描装置，安装在货物后侧的推送装置，和安装在货架的下侧用于将货物传送到无人小车内的传送带；所述无人小车的车身上设置有与传送带末端平等高度的开口，当无人小车来到指定的货架处时，无人小车停在传送带的末端，使得传送带的末端可深入至无人小车的开口处，能将传送带上的货物运送至无人小车的内部；所述无人小车的顶面设置有用于显示货物编号的显示屏，货架的扫描装置扫描无人小车上的货物编号，将扫描到的货物信息发送到控制端，由控制端控制货架上对应的推送装置推送出货物，货物被推送装置推出后掉落在传送带上，传送带将货物传送到无人小车内；
消费者在无人小车的购物平台上下单，下单后点击确认按钮，机器人根据货物所在货架的位置由近到远自动调整取货顺序，以取货顺序中的第一类商品的货架为第一目的地，由路径规划系统规划出一条最优可行路径，无人小车按照路径行走至货架的出货口；
机器人到达相应货架位置后，货架的货架出货系统通过扫描装置扫描无人小车上的订单信息，传输到货架控制端，控制端按订单要求出货，出货口与机器人车厢相连，货物直接装车；
机器人感应到货物装箱后，自动规划至订单里第二类商品的货架为下一个目的地，前往下一个目的地，直至订单上的所有货物全部取到无人小车上；
完成所有取货后，机器人自动规划从当前位置到超市出口的最优路径，无人小车在前往超市的出口时，小车内的结算系统根据订单上的货物计算出消费总额，消费者在超市中对应的出口位置等待无人小车取货，当无人小车取货完成到达指定的出口后，消费者在无人小车支付完相应的费用后，才可取走无人小车上的物品；物品被取走后，无人小车自动回到超市入口，清除所有订单信息。
2.根据权利要求1所述的一种智慧超市，其特征在于：每个所述货物都对应具体的货架定位，根据货架的编号顺序将订单中的货物顺序调整为取货顺序；在字母表中，越靠前的字母优先级越高；优先取A排货架的物品，再取B排货架的物品，如果订单里没有B排货架的物品，就取C排货架的物品，以此类推，直到完成取货；当两个物品都在同一排货架，就看编号中字母后的数字，数字越小的优先级越高。
3.根据权利要求1所述的一种智慧超市，其特征在于：所述的小车在直角拐弯处，先进行匀减速运动，到拐角处速度降为零；小车初始速度为v0，制动距离为x，制动时间为t1，可得到小车制动时间为：
当x>3时，到交汇点前一直做匀加速运动，直到速度达到原来的速度，再匀速运动，改进后路径与原路径相交的点称为交汇点，从拐点加速到v0的时间为t2；则
t2＝t1；
得t原＞t后；
当X＝3时，到交汇点前一直做匀加速运动，直到速度达到原来的速度，再匀速运动，则：
得t原＞t后；
当X<3时，先匀加速运动到速度为v0，再匀速运动到交汇点，则：
当时，t原＞t后；
当时，t原＜t后。
4.根据权利要求1所述的一种智慧超市，其特征在于：所述的结算系统在计算货物的总额时，将邻近保质期的食品自动计入降价售卖系统，实现每靠近保质期最后一天，则按照百分比将售价降低一定量；通过入库数据库和出库数据库的校对以及逻辑分析物品存放时间，计算降价后的售价；将食品或药品摆上货架时，货架上的扫描仪会将食品或药品的生产日期、有效日期记入到货架的控制端；在无人小车取货时，货架上的扫描仪读取食品药品的二维码信息，将货物的入库数据传输给无人小车，若货物被判断为临期产品，则按照降价处理的模式计算货物的费用。
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