CN116402501A - 一种用于智能连锁超市的智能购物设备及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于智能连锁超市的智能购物设备及其系统，属于数据识别技术领域，为解决用户在购物时，找商品找不着或找的时间较多的问题。本发明提出了一种用于智能连锁超市的智能购物设备及其系统，着重通过路径规划，对用户购买的商品进行合理的路径规划，指导用户去寻找想买的商品，由于客户想买的商品种类比较多，超市物品的摆放是按类型区域进行摆放，会导致用户找不着想要的商品或找物品花费的时间多，本发明提出一种路径规划策略，通过改进RRT‑Connect算法，对所需购买物品进行合理的路径规划和指引，从而增加了购物的时效性。

Description

一种用于智能连锁超市的智能购物设备及其系统
技术领域
本发明属于数据识别技术领域，具体的说是一种用于智能连锁超市的智能购物设备及其系统。
背景技术
随着人工智能技术的不断发展，人们生活的智能化需求愈加强烈，购物逛超市已经成为人们生活中不可或缺的一部分。通过调查研究发现，大多数人在购物时都会遇到排队付款、人员拥堵、购物车安全卫生以及在超市里找不到自己要买的商品等诸多繁琐问题，从而使得用户购物体验下滑。此外，用户在超市同时购买易压易碎的物品时购物车内无分隔板，购物车的人机比例不舒适，小件商品易掉落丢失以及购物车的回收等问题。这些问题都会影响消费者的购物情绪和购买欲望。现有的智能购物车系统存在造价过高、市场认可度较低、难以形成市场产业化等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种用于智能连锁超市的智能购物设备及其系统，该系统功能全面，应用了多种传感器来完成各种复杂的功能。传感器将收集到的数据传输至后台服务器内进行处理与挖掘，为用户提供有效的信息。本系统中采用改进的RRT-Connect算法，将用户所需购买的商品进行合理化路径规划，增加了购物的时效性。购物清单在智能显示终端采用人脸识别或者第三方微信、支付宝进行结算。实现多种支付模式共同实现的效果，使得本系统的实用性有所提高。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于智能连锁超市的智能购物系统，其包括购物路径查找方法、控制单元、存储单元、抓取单元、识别单元和路径规划单元；所述控制单元、存储单元、抓取单元、识别单元和路径规划单元均是通信连接，
控制单元包括控制器、显示器和传感器，控制单元接收到识别单元的位置信号后将商品信息发送给显示器，显示器接收到传输的商品信息后，并在显示器中展现出来，用户可以在显示器上对控制器发出指令，控制器与其他模块实现串口通信，控制器接收到显示器发出的指令后将选择命令传输到抓取单元，然后抓取单元对商品实现精准捕捉，并将捕捉的商品存放在购物车内；
识别单元基于购物车和超市的监控设备提取监控数据，然后通过商品识别算法传输给控制单元，控制器将最终商品识别结果以及其他商品信息发送至显示器；
抓取单元基于视觉抓取系统对商品定位、障碍物检测、抓取检测和抓取规划等过程，通过抓取模块发出的指令传输给控制器，控制器接收到指令后对商品进行捕捉，完成指令后将商品信息反馈给控制器；
存储单元基于单片机的其他串口和压力传感器技术获取商品称重信息，最终通过控制器接收到的商品数据显示在显示屏上来提醒用户，并将购买商品的订单号存储至数据库中；
路径规划单元用于当用户将所需商品添加到购物车时，系统根据欲购物清单，通过购物路径查找策略，智能规划购物车最优运动路径，并通过智能显示终端将路径以图形化方式显示。
所述路径规划单元包括购物路径查找策略，所述购物路径查找策略包括如下步骤：
步骤1：打开手机端，通过小程序的可视化界面实时的显示商品数据和与人进行信息交互功能，将所需商品加入到购物车，系统自动生成欲购物清单，最后将欲购物清单传输至服务器；
步骤2：通过手机端登录智能购物系统，核查服务器获取的欲购物清单是否一致，核实信息后点击确定；
步骤3：购物清单将在智能显示终端自动规划最优路径，用户根据规划好的路线进行购买商品，完成本次购物；
步骤4：结算时用户只需用人脸识别或者第三方微信、支付宝进行身份认证并登录，结账结束可自动归还原账户；
步骤5：自主检测购物车蓄电池的储电状况，当电量低于20％时，购物车将在特定区域自动进入无线充电模式，确保其他用户使用。
具体的，所述步骤3的具体方法为：
步骤3.1：购物智能终端获取用户添加的商品，并通过改进的RRT-Connect算法进行路径规划，引入自适应角度和步长策略，常规的RRT-Connect算法中的搜索树一般采用随机角度和固定的步长进行扩展，生成的路径转折比较多，路径较长，本次提出一种自适应角度和步长方法，当用户选择商品完成后，生成目标树Tree1，起始点为用户所在位置Xstart，判断得到最近的目标点Xnearrest1，并以购物车前进方向延长线到障碍物的交点线与到障碍物的切线的角度设定为θ和步长d向目标点Xnearrest进行扩展，扩展过程中，公式：
Figure BDA0004171509260000031
其中，
Figure BDA0004171509260000032
生成新节点Xnewrand1后，以Xnewrand1为起点的树Tree2，判断得到Xnewrand1距离Tree2最近的节点Xnearrest2，然后以以购物车前进方向延长线到障碍物的交点线与到障碍物的切线的角度设定为θ和步长d向目标点Xnearrest进行扩展，公式：
Figure BDA0004171509260000033
其中，
Figure BDA0004171509260000041
同理，后续节点以相同的方式进行扩展，这里的角度θ购物车车轮实时转动的角度和步长d不是固定值，对俩参数进行设定，角度参数：对Tree来说，当0≤arccosα≤θ时，角度约束不存在，节点Xnewrand可以作为新节点继续拓展后续节点，当θ≤arccosα≤180时，舍弃该节点，重新进行拓展；步长参数：设置大步长dlong为2倍购物车长度和小步长dmin为0.5倍购物车长度，设置阈值m1，当转角度数在约定范围内并且Dtree小于阈值m1时，采用小步长进行扩展，这样可以增加俩棵树连接成功的概率，当Dtree大于阈值m1时，采用大步长进行扩展，此时认为用户在空旷环境，采用大步长有利于节省时间。计算公式为：
Figure BDA0004171509260000042
其中，
Figure BDA0004171509260000043
(x1,y1)为tree1树节点，(x2,y2)为tree2树节点；
步骤3.2：路径优化模块将购物查找模块传输过来的信息，以图形化方式给用户提供导航服务；
步骤3.3：用户根据规划好的路径在超市中找到相应的商品。
一种用于智能连锁超市的智能购物设备，包括购物车本体、显示器，所述购物车本体包括壳体、显示屏以及车轮，所述壳体内部设有车篮为网格镂空结构，所述车篮与壳体之间固定一个弹性挡块，所述弹性挡块采用ABS+PC材料制成，所述壳体正上方设有开口，开口处铰接有滑块，所述滑块为弧形结构，所述滑块与壳体之间固定有四个弹性挡块，所述弹性挡块采用无机抗菌塑料制成，四个所述弹性挡块表面连接有四个圆滑块，四个所述圆滑块为圆形结构，所述壳体上方设有抓取模块，抓取模块设有一对支撑板，所述支撑板上均设有圆孔，圆孔内转动安装两对圆盘，所述圆盘之间镶嵌有丝杠，所述丝杠由两根螺杆组成，所述丝杠表面的螺纹连接一对一号板，所述圆盘之间固定有连杆，两个所述一号板上设有圆孔，所述连杆镶嵌一号板上的圆孔，所述支撑板上分别固定有左右一对电机，两个所述电机的输出轴端均固定在一个所述圆盘上，两个所述电机的输出轴端也均固定在丝杠上，两个所述电机的输出轴端也均固定在连杆上，两个所述一号板外侧均固定有一对推杆电机，所述一号板内侧均固定有活动安装的二号板，所述推杆电机的输出轴均固定在二号板侧壁上，所述二号板的内侧设有NW系列压力传感器，所述压力传感器设有智能感应二号板称重物品的压力，所述智能购物车本体上设有蓄电池、控制器和传感器，所述壳体上设有显示屏，显示屏和蓄电池与控制器均电性连接，所述壳体内部的NI myRIO控制器，控制器用于采集并处理传感器的各种信息，硬件部分应用了张力传感器、树莓摄像头模组、电机驱动模块、三相直流减速电机、树莓派扬声器、无线充电磁力模块、红外热敏打印设备，传感器将收集到的数据发送至控制器，通过相关的程序与算法进行数据处理，然后将处理好的数据传输至服务器，最终以可视化界面展现到显示屏，控制购物设备正常工作。
具体的，两个所述二号板的外侧均转动设有三号板，所述三号板的外侧安装有拨块，所述拨块其中一个端部固定在三号板上，所述三号板与相邻二号板之间镶嵌有复位弹簧，两个所述三号板内侧，设有压力传感器。
具体的，两个所述二号板相邻的一对一号板的端部设有圆槽，圆槽内侧设有弹性块，所述弹性块的厚度值大于圆槽的深度值，所述弹性块主要用于辅助抓取筒状物。
具体的，所述弹性块为轴承结构，所述弹性块内腔中填充有滚珠，所述弹性块位于圆槽外部的一侧设有弧形槽。
具体的，所述弧形槽为弧形结构，弧形槽主要用于固定商品的位置，所述拨块为S形结构，拨块辅助三号板更牢固地捕捉商品，所述拨块的转动中心偏向三号板方向。
具体的，所述壳体内部的NI myRIO控制器，控制器用于采集并处理传感器的各种信息，硬件部分应用了张力传感器、树莓摄像头模组、电机驱动模块、三相直流减速电机、树莓派扬声器、无线充电磁力模块、红外热敏打印设备等，传感器将收集到的数据发送至控制器，通过相关的程序与算法进行数据处理，然后将处理好的数据传输至服务器，最终以可视化界面展现到显示屏，控制购物设备正常工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明使得智能购物车在特定区域内行驶的更加安全、车体状态更加平稳和更加智能化，通过改进的RRT-Connect算法，控制购物车运动的角度和障碍物判断，通过公式计算出合理的步长，有障碍物时，使用小步长，当在空旷区域时，应该大步长运动，从而实现购物车导航到购买的商品位置，增加购物的时效性。系统内的购物清单可以采用人脸识别或者第三方微信、支付宝进行结算。实现多种支付模式共同实现的效果，提高了系统的实用性。
附图说明
图1为该系统控制流程图；
图2为硬件系统结构图；
图3为智能购物设备的结构图；
图4为图3中A处局部放大图。
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，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1-4，本发明提供的一种实施例：一种用于智能连锁超市的智能购物系统，其包括购物路径查找方法、控制单元、存储单元、抓取单元、识别单元和路径规划单元；所述控制单元、存储单元、抓取单元、识别单元和路径规划单元均是通信连接，
控制单元包括控制器、显示器和传感器，控制单元接收到识别单元的位置信号后将商品信息发送给显示器，显示器接收到传输的商品信息后，并在显示器中展现出来，用户可以在显示器上对控制器发出指令，控制器与其他模块实现串口通信，控制器接收到显示器发出的指令后将选择命令传输到抓取单元，然后抓取单元对商品实现精准捕捉，并将捕捉的商品存放在购物车内；
识别单元基于购物车和超市的监控设备提取监控数据，然后通过商品识别算法传输给控制单元，控制器将最终商品识别结果以及其他商品信息发送至显示器；
抓取单元基于视觉抓取系统对商品定位、障碍物检测、抓取检测和抓取规划等过程，通过抓取模块发出的指令传输给控制器，控制器接收到指令后对商品进行捕捉，完成指令后将商品信息反馈给控制器；
存储单元基于单片机的其他串口和压力传感器技术获取商品称重信息，最终通过控制器接收到的商品数据显示在显示屏上来提醒用户，并将购买商品的订单号存储至数据库中；
路径规划单元用于当用户将所需商品添加到购物车时，系统根据欲购物清单，通过购物路径查找策略，智能规划购物车最优运动路径，并通过智能显示终端将路径以图形化方式显示。
所述路径规划单元包括购物路径查找策略，所述购物路径查找策略包括以下步骤：
步骤1：打开手机端，通过小程序的可视化界面实时的显示商品数据和与人进行信息交互功能，将所需商品加入到购物车，系统自动生成欲购物清单，最后将欲购物清单传输至服务器；
步骤2：通过手机端登录智能购物系统，核查服务器获取的欲购物清单是否一致，核实信息后点击确定；
步骤3：购物清单将在智能显示终端自动规划最优路径，用户根据规划好的路线进行购买商品，完成本次购物；
步骤3.1：购物智能终端获取用户添加的商品，并通过改进的RRT-Connect算法进行路径规划，引入自适应角度和步长策略，常规的RRT-Connect算法中的搜索树一般采用随机角度和固定的步长进行扩展，生成的路径转折比较多，路径较长，本次提出一种自适应角度和步长方法，当用户选择商品完成后，生成目标树Tree1，起始点为用户所在位置Xstart，判断得到最近的目标点Xnearrest1，并以购物车前进方向延长线到障碍物的交点线与到障碍物的切线的角度设定为θ和步长d向目标点Xnearrest进行扩展，公式：
Figure BDA0004171509260000081
其中，
Figure BDA0004171509260000082
生成新节点Xnewrand1后，以Xnewrand1为起点的树Tree2，判断得到Xnewrand1距离Tree2最近的节点Xnearrest2，然后以购物车前进方向延长线到障碍物的交点线与到障碍物的切线的角度θ和步长d向目标点Xnearrest进行扩展，公式：
Figure BDA0004171509260000091
其中，
Figure BDA0004171509260000092
同理，后续节点以相同的方式进行扩展，这里的角度θ购物车车轮实时转动的角度和步长d不是固定值，对俩参数进行设定，角度参数：对Tree来说，当0≤arccosα≤θ时，角度约束不存在，节点Xnewrand可以作为新节点继续拓展后续节点，当θ≤arccosα≤180时，舍弃该节点，重新进行拓展；步长参数：设置大步长dlong为2倍购物车长度和小步长dmin为0.5倍购物车长度，设置阈值m1，当转角度数在约定范围内并且Dtree小于阈值m1时，采用小步长进行扩展，这样可以增加俩棵树连接成功的概率，当Dtree大于阈值m1时，采用大步长进行扩展，此时认为用户在空旷环境，采用大步长有利于节省时间。计算公式为：
Figure BDA0004171509260000093
其中，
Figure BDA0004171509260000094
(x1,y1)为tree1树节点，(x2,y2)为tree2树节点；
步骤3.2：路径优化模块将购物查找模块传输过来的信息，以图形化方式给用户提供导航服务；
步骤3.3：用户根据规划好的路径在超市中找到相应的商品。
步骤4：结算时用户只需用人脸识别或者第三方微信、支付宝进行身份认证并登录，结账结束可自动归还原账户；
步骤5：自主检测购物车蓄电池的储电状况，当电量低于20％时，购物车将在特定区域自动进入无线充电模式，确保其他用户使用；
请参阅图1-4，一种用于智能连锁超市的智能购物设备，其包括购物车本体、显示器，购物车本体包括壳体1、显示屏2以及车轮3，还包括：
壳体1内部设有车篮21为网格镂空结构，车篮21与壳体1之间固定一个弹性挡块12，弹性挡块12采用ABS+PC材料制成，壳体1正上方设有开口，开口处铰接有滑块4，滑块4为弧形结构，滑块4与壳体1之间固定有四个弹性挡块5，弹性挡块5采用无机抗菌塑料制成，四个弹性挡块5表面连接有四个圆滑块22，四个圆滑块22为圆形结构，壳体1上方设有抓取模块，抓取模块设有一对支撑板6，支撑板6上均设有圆孔，圆孔内转动安装两对圆盘7，圆盘7之间镶嵌有丝杠8，丝杠8由两根螺杆组成，丝杠8表面的螺纹连接一对一号板9，圆盘7之间固定有连杆10，两个一号板9上设有圆孔，连杆10镶嵌一号板9上的圆孔，支撑板6上分别固定有左右一对电机11，两个电机11的输出轴端均固定在一个圆盘7上，两个电机11的输出轴端也均固定在丝杠8上，两个电机11的输出轴端也均固定在连杆10上，两个一号板9外侧均固定有一对推杆电机13，一号板9内侧均固定有活动安装的二号板14，推杆电机13的输出轴均固定在二号板14侧壁上，二号板14的内侧设有NW101系列压力传感器，压力传感器设有智能感应二号板14称重物品的压力，智能购物车本体上设有蓄电池、控制器和传感器，壳体1上设有显示屏2，显示屏2和蓄电池以及控制器均电性连接，壳体1内部的NI myRIO控制器，控制器用于采集并处理传感器的各种信息，硬件部分应用了张力传感器、树莓摄像头模组、电机驱动模块、三相直流减速电机、树莓派扬声器、无线充电磁力模块、红外热敏打印设备等，传感器将收集到的数据发送至控制器，通过相关的程序与算法进行数据处理，然后将处理好的数据传输至服务器，最终以可视化界面展现到显示屏2，控制购物设备正常工作。用户通过控制显示屏2，控制器发出指令来控制一对推杆电机13进行工作两个电机11的输出轴端均固定在一个圆盘7上，两个电机11的输出轴端也均固定在丝杠8上，两个电机11的输出轴端也均固定在连杆10上，使得连杆10转动，从而带动一号板9转动，一号板9转动至商品取出的合适高度停止；同时电机11转动带动丝杠转动，二号板14对商品进行捕捉；通过二号板14转动将商品转动至壳体1内，从而完成大量商品的捕捉。
作为本发明的一种具体实施方式，两个二号板14的外侧均转动设有三号板15，三号板15的外侧安装有拨块16，拨块16其中一个端部固定在三号板15上，三号板15与相邻二号板14之间镶嵌有复位弹簧17，两个三号板15内测设有压力传感器。抓取模块工作时，通过二号板14的一个端部安装有三号板15，当二号板14捕捉商品时内部的拨块16会被挤压，从而被挤压的拨块16开始转动；转动的同时也会带动三号板15转动，使得三号板15可以捕捉到货柜最里面的商品；然后两个电机11发出指令来控制丝杠8转动，使得二号板14与三号板15互相靠近，使得三号板15可以捕捉到深处的商品，接着收缩二号板14或者移动壳体1就可以取出最里面的商品，再利用二号板14将商品放置到购物车内。
作为本发明的一种具体实施方式，两个二号板14的端部设有圆槽18，圆槽18内侧设有弹性块19，弹性块19的厚度值大于圆槽18的深度值，弹性块19主要用于辅助抓取筒状物。抓取模块工作时，如果捕捉的商品为筒状物类型，二号板14进行捕捉就会容易滑落，导致捕捉商品无法完成；当三号板15与二号板14之间设有弹性块19，二号板14在捕捉商品的同时，弹性块19会自动与商品接触，弹性快19与商品之间产生摩擦力，防止商品滑落，同时弹性块19在商品的反作用力下会发生变形，使得弹性块19与商品的接触面更加紧密贴合，也增大了弹性块19与商品之间的摩擦力，确保捕捉商品时不会轻易滑落，完成本次捕捉。
作为本发明的一种具体实施方式，弹性块19为轴承结构，弹性块19内腔中填充有滚珠，弹性块19位于圆槽18外部的一侧设有弧形槽20。抓取模块工作时，弹性块19的弧形槽20的主要作用是弹性块19与筒柱物的商品接触面更大，也会减缓过度的挤压而造成商品变形的情况产生；弹性块19内腔填充的滚珠，从使弹性块19上的弧形槽20始终固定与商品的外部轮廓对应的位置，进而保证了弹性块19能够精准地紧密贴合。
作为本发明的一种具体实施方式，弧形槽20为弧形结构，弧形槽20主要用户固定商品的位置，拨块16为S形结构，拨块16主要辅助三号板15更牢固地捕捉商品，拨块16的转动中心偏向三号板15方向。抓取模块工作时，拨块16作为S形结构本身具有弧度，拨块16与商品捕捉的过程时，避免存在三号板15卡在货架上，避免三号板15无法转动的情况发生；电机11施加微弱的转动力就可以转动拨块16，三号板15就更容易发生转动，避免了因拨块16与货架之间压力过大而发生事故，提高用户的购物体验感。
作为本发明的一种具体实施方式，壳体1内部的NI myRIO控制器，控制器用于采集并处理传感器的各种信息，硬件部分应用了张力传感器、树莓摄像头模组、电机驱动模块、三相直流减速电机、树莓派扬声器、无线充电磁力模块、红外热敏打印设备等，传感器将收集到的数据发送至控制器，通过相关的程序与算法进行数据处理，然后将处理好的数据传输至服务器，最终以可视化界面展现到显示屏2，控制购物设备正常工作。
本发明使得智能购物车在特定区域内行驶的更加安全、车体状态更加平稳和更加智能化，通过摄像头模块可以生成光学图像投射到图像传感器，经过数字信号处理芯片中加工处理，然后传输到服务器中处理，用户通过可视化界面展现商品信息，本系统的改进的RRT-Connect路径规划算法，实现购物车导航到购买的商品位置。系统内的购物清单可以采用人脸识别或者第三方微信、支付宝进行结算。实现多种支付模式共同实现的效果，提高了系统的实用性。总而言之，智能购物车及其系统不仅具备特定环境下适应能力强、人性化、智能化、低能耗等特点，并确保用户在购物过程中的生命安全。
本领域普通技术人员可以理解,以上所述仅为发明的优选实例而已,并不用于限制发明,尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内,所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于智能连锁超市的智能购物系统，其特征在于，其包括控制单元、存储单元、抓取单元、识别单元和路径规划单元；所述控制单元、存储单元、抓取单元、识别单元和路径规划单元均是通信连接，其中，
控制单元包括控制器、显示器和传感器，控制单元接收到识别单元的位置信号后将商品信息发送给显示器，显示器接收到传输的商品信息后，并在显示器中展现出来，用户可以在显示器上对控制器发出指令，控制器与其他模块实现串口通信，控制器接收到显示器发出的指令后将选择命令传输到抓取单元，然后抓取单元对商品实现精准捕捉，并将捕捉的商品存放在购物车内；
识别单元基于购物车和超市的监控设备提取监控数据，然后通过商品识别算法传输给控制单元，控制器将最终商品识别结果以及其他商品信息发送至显示器；
抓取单元基于视觉抓取系统对商品定位、障碍物检测、抓取检测和抓取规划，通过抓取模块发出的指令传输给控制器，控制器接收到指令后对商品进行捕捉，完成指令后将商品信息反馈给控制器；
存储单元基于单片机的其他串口和压力传感器获取商品称重信息，最终通过控制器接收到的商品数据显示在显示屏上来提醒用户，并将购买商品的订单号存储至数据库中；
路径规划单元用于当用户将所需商品添加到购物车时，系统根据欲购物清单，通过购物路径查找策略，智能规划购物车最优运动路径，并通过智能显示终端将路径以图形化方式显示。
2.根据权利要求1所述的一种用于智能连锁超市的智能购物系统，其特征在于，所述路径规划单元包括购物路径查找策略，所述购物路径查找策略包括如下步骤：
步骤1：打开手机端，通过小程序的可视化界面实时的显示商品数据和与人进行信息交互功能，将所需商品加入到购物车，系统自动生成欲购物清单，最后将欲购物清单传输至服务器；
步骤2：通过手机端登录智能购物系统，核查服务器获取的欲购物清单是否一致，核实信息后点击确定；
步骤3：购物清单将在智能显示终端自动规划最优路径，用户根据规划好的路线进行购买商品，完成本次购物；
步骤4：结算时用户只需用人脸识别或者第三方微信、支付宝进行身份认证并登录，结账结束可自动归还原账户；
步骤5：自主检测购物车蓄电池的储电状况，当电量低于20％时，购物车将在特定区域自动进入无线充电模式，确保其他用户使用。
3.根据权利要求2所述的一种用于智能连锁超市的智能购物系统，其特征于，所述步骤3的具体方法为：
步骤3.1：购物智能终端获取用户添加的商品，并通过改进的RRT-Connect算法进行路径规划，引入自适应角度和步长策略，当用户选择商品完成后，生成目标树Tree1，起始点为用户所在位置Xstart，判断得到最近的目标点Xnearrest1，并以购物车前进方向延长线到障碍物的交点线与到障碍物的切线的角度设定为θ和步长d向目标点Xnearrest进行扩展，扩展过程中，公式：
Figure FDA0004171509250000021
其中，
Figure FDA0004171509250000022
生成新节点Xnewrand1后，以Xnewrand1为起点的树Tree2，判断得到Xnewrand1距离Tree2最近的节点Xnearrest2，然后以θ和步长d为两个参数向目标点Xnearrest进行扩展，公式：
Figure FDA0004171509250000023
其中，
Figure FDA0004171509250000031
同理，后续节点以相同的方式进行扩展，这里的角度θ购物车车轮实时转动的角度和步长d不是固定值，对俩参数进行设定，角度参数：对Tree来说，当0≤arccosα≤θ时，角度约束不存在，节点Xnewrand可以作为新节点继续拓展后续节点，当θ≤arccosα≤180时，舍弃该节点，重新进行拓展；步长参数：设置大步长dlong为2倍购物车长度和小步长dmin为0.5倍购物车长度，设置阈值m1，当转角度数在约定范围内并且Dtree小于阈值m1时，采用小步长进行扩展，这样可以增加俩棵树连接成功的概率，当Dtree大于阈值m1时，采用大步长进行扩展，此时认为用户在空旷环境，采用大步长有利于节省时间，计算公式为：
Figure FDA0004171509250000032
其中，
Figure FDA0004171509250000033
(x1,y1)为tree1树节点，(x2,y2)为tree2树节点；
步骤3.2：路径优化模块将购物查找模块传输过来的信息，以图形化方式给用户提供导航服务；
步骤3.3：用户根据规划好的路径在超市中找到相应的商品。
4.一种用于智能连锁超市的智能购物设备，基于权利要求1-3中任意一项所述的智能购物系统实现，包括购物车本体、显示器，所述购物车本体包括壳体、显示屏以及车轮，其特征在于：所述壳体内部设有车篮为网格镂空结构，所述车篮与壳体之间固定一个弹性挡块，所述弹性挡块采用ABS+PC材料制成，所述壳体正上方设有开口，开口处铰接有滑块，所述滑块为弧形结构，所述滑块与壳体之间固定有四个弹性挡块，所述弹性挡块采用无机抗菌塑料制成，四个所述弹性挡块表面连接有四个圆滑块，四个所述圆滑块为圆形结构，所述壳体上方设有抓取模块，抓取模块设有一对支撑板，所述支撑板上均设有圆孔，圆孔内转动安装两对圆盘，所述圆盘之间镶嵌有丝杠，所述丝杠由两根螺杆组成，所述丝杠表面的螺纹连接一对一号板，所述圆盘之间固定有连杆，两个所述一号板上设有圆孔，所述连杆镶嵌一号板上的圆孔，所述支撑板上分别固定有左右一对电机，两个所述电机的输出轴端均固定在一个所述圆盘上，两个所述电机的输出轴端也均固定在丝杠上，两个所述电机的输出轴端也均固定在连杆上，两个所述一号板外侧均固定有一对推杆电机，所述一号板内侧均固定有活动安装的二号板，所述推杆电机的输出轴均固定在二号板侧壁上，所述二号板的内侧设有NW系列压力传感器，所述压力传感器设有智能感应二号板称重物品的压力，所述智能购物车本体上设有蓄电池、控制器和传感器，所述壳体上设有显示屏，显示屏和蓄电池与控制器均电性连接，所述壳体内部的NI myRIO控制器，控制器用于采集并处理传感器的各种信息，硬件部分应用了张力传感器、树莓摄像头模组、电机驱动模块、三相直流减速电机、树莓派扬声器、无线充电磁力模块、红外热敏打印设备，传感器将收集到的数据发送至控制器，然后将处理好的数据传输至服务器，最终以可视化界面展现到显示屏，控制购物设备正常工作。
5.根据权利要求4所述的一种用于智能连锁超市的智能购物设备，其特征在于：两个所述二号板的外侧均转动设有三号板，所述三号板的外侧安装有拨块，所述拨块其中一个端部固定在三号板上，所述三号板与相邻二号板之间镶嵌有复位弹簧，两个所述三号板内侧，设有压力传感器。
6.根据权利要求5所述的一种用于智能连锁超市的智能购物设备，其特征在于：两个所述二号板相邻的一对一号板的端部设有圆槽，圆槽内侧设有弹性块，所述弹性块的厚度值大于圆槽的深度值，所述弹性块主要用于辅助抓取筒状物。
7.根据权利要求6所述的一种用于智能连锁超市的智能购物设备，其特征在于：所述弹性块为轴承结构，所述弹性块内腔中填充有滚珠，所述弹性块位于圆槽外部的一侧设有弧形槽。
8.根据权利要求7所述的一种用于智能连锁超市的智能购物设备，其特征在于：所述弧形槽为弧形结构，弧形槽主要用于固定商品的位置，所述拨块为S形结构，拨块辅助三号板更牢固地捕捉商品，所述拨块的转动中心偏向三号板方向。
9.根据权利要求8所述的一种用于智能连锁超市的智能购物设备，其特征在于：所述壳体内部的NI myRIO控制器，控制器用于采集并处理传感器的各种信息，硬件部分应用了张力传感器、树莓摄像头模组、电机驱动模块、三相直流减速电机、树莓派扬声器、无线充电磁力模块、红外热敏打印设备，传感器将收集到的数据发送至控制器，通过相关的程序与算法进行数据处理，然后将处理好的数据传输至服务器，最终以可视化界面展现到显示屏，控制购物设备正常工作。
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