互聯(lián)網(wǎng)超市購物車自動跟隨系統(tǒng)的原理及算法

蔣超 朱春生 趙淼 朱永紅

摘要

本研究根據(jù)“自動跟隨”的概念，先確定互聯(lián)網(wǎng)超市購物跟隨的原理和系統(tǒng)組成，再設(shè)定系統(tǒng)發(fā)射器與三接收器的空間位置，根據(jù)其位置關(guān)系得出相應(yīng)的偏角和距離算法，最后通過總結(jié)，得出開發(fā)原理和系統(tǒng)配置方面的相關(guān)結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng) 超市購物 自動跟隨

1 概述

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也隨之興起，這些發(fā)展成果賦予了這個(gè)社會生活更多智能化的選擇。

“自動跟隨”這一概念由來己久。早期的設(shè)想是，人們在高爾夫球場內(nèi)，運(yùn)用跟隨機(jī)器人，幫助球童運(yùn)送高爾夫球和球桿，以便減少高爾夫球選手在雇傭球童上花費(fèi)的高額開支。受到“自動跟隨”這種思想的啟發(fā)，本課題研究小組設(shè)想，如果能夠?qū)⒅畱?yīng)用到超市購物車智能系統(tǒng)的開發(fā)，這樣顧客不僅可以解放雙手，不用提物、推車，而且也會給特殊人群（如年老體弱者、殘障人士）購物帶來極大的方便，帶孩子的顧客還可以與孩子攜手購物。

基于“自動跟隨”超市智能購物車的設(shè)想，本課題將進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)超市購物車的系統(tǒng)組成、定位算法和系統(tǒng)配置方面的研究。

2 互聯(lián)網(wǎng)超市購跟隨系統(tǒng)組成

跟隨系統(tǒng)組成如圖1所示，該系統(tǒng)由發(fā)射器、接收器（左、右、后三個(gè)接收器）、控制器、驅(qū)動輪（前驅(qū)動輪2只、后驅(qū)動輪2只），系統(tǒng)的布置或攜帶方式可參考圖1模式，一般設(shè)置成人在前面行走，車在后跟隨的形式。

3 跟隨模塊原理及性能要求

3.1 跟隨模塊原理及算法

如圖1所示，小車上安裝有超寬帶基站 （左、右、后三個(gè)接收器），它與控制器件通過信號線相連，超寬帶基站成等邊三角形的形狀安裝，超寬帶基站間距根據(jù)購物車大小確定。跟隨原理購物顧客攜帶一個(gè)超寬帶發(fā)射器件，用于發(fā)射超寬帶信號;超寬帶基站通過對比接收到發(fā)射源信號的時(shí)間差，根據(jù)空間位置相關(guān)算法，可以計(jì)算出發(fā)射器與購物車中心連線與購物車對稱面的夾角;通過電磁波在空中的傳播時(shí)間，可以計(jì)算出購物車到發(fā)射源的距離。

3.2 跟隨模塊偏角算法和距離算法

偏角算法：跟隨系統(tǒng)空間位置布局的平面投影，如圖2左圖所示。其中，已知AB=AC=BC=L;通過信號發(fā)射與接收，可以測得超寬帶基站（左、右、后三個(gè)接收器）與發(fā)射器之間的距離OA、OB、OC。需要求解的角度目標(biāo)為/OCD。按圖2左圖推導(dǎo)出的偏角算法如公式（1）。

距離算法：跟隨系統(tǒng)空間位置布局的平面投影，如圖2右圖所示。其中，已知AB=AC=BC=L，則AF=1/2;通過信號發(fā)射與接收，可以測得超寬帶基站（左、右、后三個(gè)接收器）與發(fā)射器之間的距離OA、OB、OC。需要求解的角度目標(biāo)為OF。這個(gè)值的求解需要先求出∠OAB的值。再用三角余弦定量，可以求解OF值。按圖2右圖推導(dǎo)出的距離公式（2）

3.3 跟隨模塊系統(tǒng)的配置性能要求

跟隨模塊系統(tǒng)的配置性能要求，要達(dá)到一定的精度和控制范圍，性能要求如下：

（1）跟隨范圍超過：50米，這個(gè)距離能滿足絕大多數(shù)超市的應(yīng)用范圍;

（2）器件運(yùn)動位置精度：5cm，能滿足對超市購物車的定位要求，不會跟丟。

（3）信號輸出頻率50HZ，根據(jù)購物車位移速度，完全滿足對超市購物車移動的實(shí)時(shí)性。

4 總結(jié)

通過互聯(lián)網(wǎng)“跟隨”方式的購物模塊系統(tǒng)開發(fā)原理和系統(tǒng)配置的研究，可得出以下結(jié)論：

（1）通過單點(diǎn)發(fā)射和三點(diǎn)接收配置互聯(lián)網(wǎng)跟隨購物模塊系統(tǒng)，組成簡單;

（2）單點(diǎn)發(fā)射和三點(diǎn)接收配置互聯(lián)網(wǎng)跟隨購物模塊系統(tǒng)，其偏角算法和距離算法都簡單、實(shí)用;

（3）基于“互聯(lián)網(wǎng)+”跟隨購物模塊系統(tǒng)的配置要求不高，實(shí)現(xiàn)成本較低。

參考文獻(xiàn)

[1]陳雪娟.人工智能技術(shù)在移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的應(yīng)用[J].信息與電腦（理論版），2018（09）.

[2]陳海彬，孫振忠，郭建文等.一種具備藍(lán)牙定位自動跟隨技術(shù)的跟隨機(jī)器人.CN105751217 A[P].2016.

[3]裴佩，超寬帶通信仿真平臺研究與設(shè)計(jì)[D].江蘇大學(xué)，2008.