智能货架、智能托盘、多层智能货架和识别模型的制作方法

本实用新型涉及货架人货匹配技术领域。

背景技术：

随着我国经济的发展，人们的生活习惯日新月异，大型商场、超市越来越多，然而，货品数量众多，种类繁杂，对于日常的货物管理需要耗费大量的人力和时间。货架是超市、便利店等零售场合中必不可缺的设备，用于摆放待售商品。现有技术中绝大部分货架都只是单一用于摆放商品。随着科技的发展，部分商家推出货架，智能货架上布设AI视觉设备，以对消费者从货架上拿取商品的购物行为进行监控，诸如通过摄像头拍摄消费者拿取商品的种类和数量等。然而，这种将AI视觉设备集成于货架上的成本非常高。监控视频根据货物重量变化信号将目标货架与顾客匹配，同时将顾客拿取货物的视频上传售货云平台进行比对，判断顾客拿取货物的种类和数量，依此作为结算依据。视频识别的功能很强大，几乎可以完成无人零售的所有要求，但视频识别对运算资源的要求很高，尤其是在无人零售大量推广的情况下，即使云平台也难以满足如此巨量的运算任务。

背景技术部分的内容仅仅是实用新型人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

技术实现要素：

针对现有技术存在问题中的一个或多个，本实用新型提供一种智能货架，包括：

四个力敏传感器，设置于所述智能货架承重底部的四个角，用于感知智能货架的重量；

四个信号处理模块，每个信号得理模块联接有一个所述力敏传感器，用于采集所连接的力敏传感器的AD值并转化为重量信号；

控制模块，用于读取每个信号处理模块的重量信号并计算智能货架上物体被取走或添加的位置。

根据实用新型的一个方面，所述智能货架上物体被取走或添加的位置为垂直于智能货架底部的线性位置。

根据实用新型的一个方面，所述智能货架设有四个支脚，每个支脚底部各设有一个力敏传感器。

根据实用新型的一个方面，所述力敏传感器为全桥传感器。

优选地，每个所述力敏传感器通过信号处理模块构成一个惠斯通电桥。

优选地，所述信号处理模块与所述控制模块可通讯联接。

根据实用新型的一个方面，所述计算智能货架上物体被取走或添加的位置的具体方法为：

在智能货架底部的四个传感器构成的平面上建立一个坐标系，货架长度方向为坐标系X轴方向，货架宽度方向为坐标系Y轴方向，4号传感器安装位置为坐标系0点,1号传感器位于Y轴上，3号传感器位于X轴上，2号传感器位于智能货架底部余下的角位，被取走或添加的物体位置的坐标点为 (x,y),

设：货架长度为Lx,货架宽度为Ly，1、2、3、4号传感器的重量变化值分别为W1、W2、W3、W4，

则：x＝(W2+W3)/(W1+W2+W3+W4)*Lx；y＝(W1+W2)/(W1+W2+W3+W4)*Ly；

其中，所述W1、W2、W3、W4的单位相同。

本实用新型还提供了一种智能托盘，包括:

四个力敏传感器，设置于所述托盘底部的四个角位，用于感知托盘四个角位的重量；

四个信号处理模块，每个信号得理模块联接有一个所述力敏传感器，用于采集所连接的力敏传感器的AD值并转化为重量信号；

控制模块，用于读取每个信号处理模块重量信号并计算托盘上物体被取走或添加的位置。

根据实用新型的一个方面，所述力敏传感器为全桥传感器，优选地，每个所述力敏传感器通过信号处理模块构成一个惠斯通电桥。

优选地，所述信号处理模块与所述控制模块可通讯联接；

根据实用新型的一个方面，所述计算托盘上物体被取走或添加的位置的方法为：

在托盘底部的平面上建立一个坐标系，货架长度方向为坐标系X轴方向，货架宽度方向为坐标系Y轴方向，4号传感器安装位置为坐标系0点,1号传感器位于Y轴上，3号传感器位于X轴上，2号传感器位于托盘底部的平面余下的角位，被取走或添加的物体位置的坐标点为(x,y),

设：托盘长度为Lx,托盘宽度为Ly，1、2、3、4号传感器的重量变化值分别为W1、W2、W3、W4，

则：x＝(W2+W3)/(W1+W2+W3+W4)*Lx；y＝(W1+W2)/(W1+W2+W3+W4)*Ly；

其中，所述W1、W2、W3、W4的单位相同。

本实用新型还提供了一种多层智能货架，包括多层结构的架体和若干托盘，还包括：

力敏传感器，每个托盘底部的四个角位分别设置有力敏传感器，用于感知托盘四个角位的重量；

信号处理模块，每个托盘底部角位的力敏传感器均连接有对应的信号处理模块，所述信号得理模块内部标注有所连接传感器的地址，用于采集所连接力敏传感器的AD值并转化为重量信号；

控制模块，每个信号处理模块均与控制模块连接，所述控制模块读取每个信号处理模块重量信号及每个传感器的地址并计算智能货架上物体被取走或添加的位置。

根据实用新型的一个方面，所述智能货架上物体被取走或添加的位置为具体位置，即具体托盘上的物体被取走或添加的具体位置。

根据实用新型的一个方面，所述架体的每一层四角均设有L型托板，所述托盘上的力敏传感器可与L型托板保持自由接触。

根据实用新型的一个方面，所述力敏传感器为全桥传感器，优选地，每个所述力敏传感器通过信号处理模块构成一个惠斯通电桥。

根据实用新型的一个方面，所述信号处理模块与所述控制模块可通讯联接。

根据实用新型的一个方面，所述计算智能货架上物体被取走或添加的位置的方法为：

获取发生重量变化的托盘层数的数据A；

计算发生重量变化的托盘上物体被取走或添加的位置，得到数据B；和

根据数据A和数据B得到确定货架上物体被取走或添加的具体位置。

根据实用新型的一个方面，所述获取发生重量变化的托盘层数通过读取托盘角位上的力敏传感器的位置确定对应层数。

根据实用新型的一个方面，所述计算发生重量变化的托盘上物体被取走或添加的位置的方法为：

在托盘底部的平面上建立一个坐标系，货架长度方向为坐标系X轴方向，货架宽度方向为坐标系Y轴方向，4号传感器安装位置为坐标系0点,1号传感器位于Y轴上，3号传感器位于X轴上，2号传感器位于托盘底部的平面余下的角位，被取走或添加的物体位置的坐标点为(x,y),

设：托盘长度为Lx,托盘宽度为Ly，1、2、3、4号传感器的重量变化值分别为W1、W2、W3、W4，

则：x＝(W2+W3)/(W1+W2+W3+W4)*Lx；y＝(W1+W2)/(W1+W2+W3+W4)*Ly；

其中，所述W1、W2、W3、W4的单位相同。

本实用新型还提供了一种货架或货架托盘内被取走或被添加物品位置的识别模型，

以货架承重底部平面或货架托盘底部平面建立坐标系，长度方向为坐标系的X轴方向，宽度方向为坐标系的Y轴方向，货架承重底部平面或货架托盘底部平面的4个角位分别为1号、2号、3号、4号，4号角位位置为坐标系0点,1号角位位于Y轴上，3号角位位于X轴上，货架承重底部平面或货架托盘底部平面的长度为Lx、宽度为Ly，1号、2号、3号、4号角位的重量变化值分别为W1、W2、W3、W4，

x＝(W2+W3)/(W1+W2+W3+W4)*Lx；y＝(W1+W2)/(W1+W2+W3+W4)*Ly；

其中，所述W1、W2、W3、W4的单位相同。

本实用新型还提供了一种建立货架或货架托盘内被取走或被添加物品位置的识别模型的方法，包括：

在货架承重底部平面或货架托盘底部平面建立坐标系，长度方向为坐标系的X轴方向，宽度方向为坐标系的Y轴方向；

获取货架承重底部平面或货架托盘底部平面四个角位的重量化变值W1、 W2、W3、W4，

根据四个角位的重量化变值计算得到承重空间内被取走或添加的物体位置的坐标点(x,y)值。

根据实用新型的一个方面，所述获取货架承重底部平面或货架托盘底部平面四个角位的重量化变值的方法为：在货架承重底部平面或货架托盘底部平面四个角位设置全桥力敏传感器，每个所述力敏传感器通过信号处理模块构成一个惠斯通电桥，信号处理模块获取力敏传感器的AD值并转化为重量信号。

根据实用新型的一个方面，所述根据四个角位的重量化变值计算得到承重空间内被取走或添加的物体位置的坐标点(x,y)值的方法为：

在货架承重底部平面或货架托盘底部平面上建立一个坐标系，货架承重底部平面或货架托盘底部平面长度方向为坐标系X轴方向、宽度方向为坐标系Y轴方向，货架承重底部平面或货架托盘底部平面的四个角位的传感器编号，4号传感器的位置为坐标系0点,1号传感器位于Y轴上，3号传感器位于X轴上，2号传感器位于托盘底部的平面余下的角位，被取走或添加的物体位置的坐标点为(x,y),

设：货架承重底部平面或货架托盘底部平面长度为Lx、宽度为Ly，1、2、 3、4号传感器的重量变化值分别为W1、W2、W3、W4，

则：x＝(W2+W3)/(W1+W2+W3+W4)*Lx；y＝(W1+W2)/(W1+W2+W3+W4)*Ly；

其中，所述W1、W2、W3、W4的单位相同。

本实用新型还提供了一种货架上被取走或被添加物品位置的识别方法，包括：

在货架承重底面的四个角位和/或在每一层货架的托盘底面四个角位安装力敏传感器，优选地，所述力敏传感器为全桥传感器，每个所述力敏传感器通过信号处理模块构成一个惠斯通电桥；

信号处理模块分别读取每一个力敏传感器的AD值并转化为重量信号和/ 或分别读取每个力敏传感器的层级号数据，并传送给控制模块；

当货架上发生物品被取走或被添加时，控制模块根据获取的每个力敏传感器的重量信号变化值和/或每个力敏传感器的层级号数据计算被取走或被添加物品的位置。

根据实用新型的一个方面，所述控制模块根据获取的每个力敏传感器的重量信号变化值和/或每个力敏传感器的层级号数据计算被取走或被添加物品的位置的具体方法为：

以货架承重底部平面和/或货架托盘底部平面建立坐标系，长度方向为坐标系的X轴方向，宽度方向为坐标系的Y轴方向，货架承重底部平面或货架托盘底部平面的4个角位分别为1号、2号、3号、4号，4号角位位置为坐标系0点,1号角位位于Y轴上，3号角位位于X轴上，货架承重底部平面和 /或被取走或被添加物品所在货架托盘底部平面长度为Lx、宽度为Ly，四个角位所对应的1、2、3、4号传感器的重量变化值分别为W1、W2、W3、W4，

则：x＝(W2+W3)/(W1+W2+W3+W4)*Lx；y＝(W1+W2)/(W1+W2+W3+W4)*Ly；

其中，所述W1、W2、W3、W4的单位相同。

本实用新型通过对智能货架结构的设置、力敏传感器的应用以及开发的识别模型的运用，可以准确计算出被拿取货物的坐标，监控视频据此大大提升了人货匹配的精度，云后台可以精准截取视频的有效帧进行比对识别，货物的比对范围也根据坐标位置大大缩小，从而大幅度减少了视频识别系统对后台计算资源的占用，使智能货架和无人零售的大面积推广成为可能。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型一个实施例所示智能货架的结构示意图；

图2是实施例1所示智能货架局部放大图；

图3是实施例1中所述四个传感器构成的承重平面坐标系；

图4是实施例2所示智能托盘或货架单元的结构示意图；

图5是实施例3所示多层智能货架的结构示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、 "长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、 "水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语" 第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，" 多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之" 上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、" 下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1：

本实施例展示了本实用新型智能货架的一种结构，可以为单层货架，也可以为多层货架。如图1、2所示，所述智能货架包括架体10、在架体的底部设有四个支脚20。每个支脚处设有一个全桥力敏传感器1、2、3、4，每个全桥传感器用导线联接一个信号处理模块，传感器1、2、3、4分别对应信号处理模块100、200、300、400，所述处理模块100、200、300、400由导线与控制模块500联接，且每个处理模块100、200、300、400与控制模块500 通讯联接，每个处理模块100、200、300、400以458协议或can总线协议与控制模块500进行通讯。通过信号处理模块每个传感器自身就可以构成一个惠斯通电桥，各自分别做信号处理，这样四个传感器就可以独立感知各自的重量变化，四个传感器重量变化的代数和即为本货架上货物拿取的重量变化值。当货架上的货物被拿取时，信号处理模块会采集到传感器的AD值并转化为重量信号，控制模块在读取到每个传感器的地址和相对应新的重量信号后，会保存每个传感器的最新重量信号，并与原有重量信号进行加减运算，计算出每个传感器的重量变化值。

本实施例智能货架可以准确的识别货物被取走或添加时的线性位置，通过控制模块通过识别模型对重量信号的处理计算，得到货架被取走或被添加物品位置。该识别模型的建立方法和原理如下：

四个支脚处的传感器1、2、3、4构成一个承重平面，即货架底部承重平面。在这个平面上建立一个坐标系，如图3所示：货架底部承重平面长度方向为坐标系X轴方向，货架宽度方向为坐标系Y轴方向，4号传感器安装位置为坐标系0点。

W1--1号传感器重量变化值

W2--2号传感器重量变化值:

W3--3号传感器重量变化值

W4--4号传感器重量变化值

Lx--货架长度

Ly--货架宽度

在坐标系中对货架底部承重平面进行受力分析，建立一个力学平衡模型。当货架上有货物拿取时，根据货架平板四角传感器感知的受力变化，计算出被拿取货物坐标(x,y)。

当计算被拿取货物位置的横坐标时，货架长度方向可以简化为一个受力平衡的杠杆，支点是货物位置的横坐标X处。杠杆的一端受力为(W1+W4)，力臂为横坐标X。杠杆的另一端受力为(W2+W3)，力臂为(Lx-X)。

当有货物被拿取时，信号处理器采集传感器的AD值并转化为重量信号，控制模块读取信号处理器的数据，并计算出四个传感器的重量变化值w1、w2、 w3、w4后，根据杠杆原理就有：

(W1+W4)*X＝(W2+W3)*(Lx-X)

控制模块进一步推导得出：

x＝(W2+W3)/(W1+W2+W3+W4)*Lx

同理。当计算被拿取货物位置的纵坐标时，货架宽度方向可以简化为一个受力平衡的杠杆，支点是货物位置的纵坐标Y处。杠杆的一端受力为(W1+W2)，力臂为横坐标(Ly-Y)。杠杆的另一端受力为(W3+W4)，力臂为Y。

当有货物被拿取时，信号处理器采集传感器的AD值并转化为重量信号，控制模块读取信号处理器的数据，并计算出四个传感器的重量变化值w1、w2、 w3、w4后，根据杠杆原理就有：

(W1+W2)*(Ly-Y)＝(W3+W4)*Y

控制模块进一步推导得出：

y＝(W1+W2)/(W1+W2+W3+W4)*Ly

最终得到了被取走货物在承重平面的线性位置，即无论是单层还是多层货架，可以准确的判断出位于承重平面的(x,y)，其中x ＝(W2+W3)/(W1+W2+W3+W4)*Lx，y＝(W1+W2)/(W1+W2+W3+W4)*Ly,对于多层货架而言，可能会在位于承重平面的(x,y)点的最上层、中间层或最下层，等等。

实施例2：

本实施例展示了本实用新型用于智能货架的智能托盘或货架单元40，如图4所示，在托盘的四个角位分别安装有全桥力敏传感品1、2、3、4，每个全桥传感器用导线联接一个信号处理模块，传感器1、2、3、4分别对应信号处理模块100、200、300、400，所述处理模块100、200、300、400由导线与控制模块500联接，且每个处理模块100、200、300、400与控制模块500 通讯联接，每个处理模块100、200、300、400以458协议或can总线协议与控制模块500进行通讯。本实施例的智能托盘可以准确的判断其上的货物被取走或添加时所在的位置。具体参见实施例1中的原理和模型。

实施例3：

本实施例展示了本实用新型另一种智能货架，如图5所示的多层智能货架。现实中为了节省空间，货架往往叠加使用，堆叠成一组货架，或者根据售卖现场空间大小制作尺寸合适的多层货架的架体10，在每一层上设置有托盘或货架单元40，每个托盘或堆叠货架的每个货架单元40在四个角位设置全桥力敏传感器1、2、3、4。本实施例在货架的每一层四角均加装一个L型托板30，将托盘或货架单元放置到架体10的每一层L型托板30上，传感器与L型托板保持自由接触。每个全桥传感器用导线联接一个信号处理模块，传感器1、2、3、4分别对应信号处理模块100、200、300、400，所述处理模块100、200、300、400由导线与控制模块500联接，多层时，每一层的四个信各号处理模块均连到控制模块500上。例如，如图4所示为4层货架，每一层的四个角位均设有传感器，每个传感器联接一个信号处理模块，四层共有16个传感器、16个信号处理模块，这16个信号处理模全部与控制模块 500连接。每个传感器的信号处理模块内部都标注有本传感器的地址，每个信号处理器以485协议或can总线协议与控制模块通讯，控制模块读取并保存每个传感器的地址和对应受力重量值。当货架上的货物被拿取时，信号处理模块会采集到传感器的AD值并转化为重量信号，控制模块在读取到每个传感器的地址和相对应新的重量信号后，会保存每个传感器的最新重量信号，并与原有重量信号进行加减运算，计算出每个传感器的重量变化值。因为所有传感器的信号处理器内部都标注有独立的地址，按序分配到每一层货架，当某一层货架的货物被那取时，本层货架所属的四个传感器会感知到重量变化，四个传感器重量变化的代数和即为本层货架上货物拿取的重量变化值，控制板在读取到四个个传感器的地址和相对应新的重量信号后，会根据传感器地址首先判断货架的层级号，然后再进行针对本层级号货架的相应运算。具体运算采用如实施例1的模型。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所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。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。