CN103143509B - 一种垃圾分类机器人及其垃圾识别与分类方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及红外传感器识别分类的一种垃圾分类机器人。其主旨在于提供采用硬件设备识别目标物体的小车。一种垃圾分类机器人，其特征在于：包括小车，小车上设有垃圾箱、用于抓取垃圾放入垃圾箱的可旋转的机械手、智能处理单元；所述机械手上设置有红外传感器，小车设置机械手方向上还设置有超声波传感器，所述超声波传感器、红外传感器均与智能处理单元连接。本发明采用红外传感器硬件识别垃圾并进行分类，具有实时性和独特新颖性，从而避免了图像处理所带来的误差和识别慢的现象；综合运用了超声波和红外线传感器，弥补了传感器本身的误差；整个系统采用自动化、机械化的实现方式，技术含量更高。
Description
技术领域
本发明涉及红外传感器识别分类的一种垃圾分类机器人及其垃圾识别与分类方法。
背景技术
目前现有的垃圾分类机器人还没有正在的实现自动化，智能化。国内甚至全世界还没有出现正在能够自动化智能化的垃圾分类机器人问世。现有的图像处理的技术还不够成熟而且图像识别算法繁多，目前目标物体识别都拘泥于图像处理等软件识别上，并且图像处理的结果多少都受到环境、设备等因素的影响，从而导致垃圾分类存在误差。目前还没有出现采用硬件设备识别目标物体的技术。
发明内容
为了解决“背景技术中”涉及的难题，本发明提供了一种垃圾分类机器人。
一种垃圾分类机器人，其特征在于：包括小车，小车上设有垃圾箱、用于抓取垃圾放入垃圾箱的可旋转的机械手、智能处理单元；所述机械手上设置有红外传感器，小车设置机械手方向上还设置有超声波传感器，所述超声波传感器、红外传感器均与智能处理单元连接。
上述方案中，所述垃圾箱由3个垃圾铁桶相连组成，采用支架支撑，可拆装。
上述方案中，所述智能处理单元包括单片机、液晶显示屏、A/D转换器，所述A/D转换器、液晶显示器均与单片机连接，所述A/D转换器连接红外传感器和超声波传感器。
上述方案中，所述红外线传感器，固定在机械手下部。
上述方案中，所述小车的车轮为两个驱动车轮和两个万向轮。
上述方案中，所述小车的动力装置采用电机，所述电机连接有与单片机相连接的电机驱动器。
本发明还提供了一种垃圾分类机器人垃圾识别与分类方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、采用红外传感器在扇形面积内扫描来检测目标物体；
2）、在扫描时，如果得到目标物体的距离数据在预设值之间，则检测到的该点为在扫描的扇形面积内的某一个点，记下该点，
3)、重复步骤2），直到扫描完该扇形面积，此时得到一系列不连续的随机点，点的总数代表目标物体的宽度；
4）、如果扫描完后记录下的点数超过最大阈值，说明物体过大，机械手无法抓取，目标物体视为障碍物，进行步骤5 ），如果扫描完后记录下的点数大于1小于最大阈值，那么就是目标物体，进行步骤6）；
5）、就开始驱动车轮进行避障，并重新检测，重复步骤1）-4）动作；
6）、红外传感器在扇形面积内再进行一次扫描以确定物体方位，通过扫到得到第一个有效点立刻停止扫描，微调误差直到定位成功。
7）、定位成功之后根据第一次扫描得到的阈值，进行垃圾分类操作，垃圾可分为塑料瓶，易拉罐，牛奶纸质等。
上述一种垃圾分类机器人垃圾识别与分类方法方案中，步骤1）和步骤6）中所述的扇形面积的角度为-80°~80°。
上述一种垃圾分类机器人垃圾识别与分类方法方案中，所述目标物体的距离数据的预设值为0-8cm。
上述一种垃圾分类机器人垃圾识别与分类方法方案中，所述最大阈值为59。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1. 采用红外传感器硬件识别垃圾并进行分类，具有实时性和独特新颖性，从而避免了图像处理所带来的误差和识别慢的现象。
2.综合运用了超声波和红外线传感器，弥补了传感器本身的误差。
3.整个系统采用自动化、机械化的实现方式，技术含量更高。
附图说明
图1为垃圾分类机器人的系统架构图；
图2为红外传感器识别垃圾的流程图；
图1中，1驱动车轮，2锂电池，3垃圾箱，4万向轮，5超声波传感器，6红外传感器，7智能处理器单元，8机械手。
具体实施方式
本发明提供了一种垃圾分类机器人包括机械手，小车底盘，两个驱动车轮，两个万向轮，处理平台设备，超声红外等传感器，锂电池和垃圾箱。小车可分为两层，机械手置于小车底层前部与底片相连接，垃圾箱置于底盘中部，智能处理平台置于小车上层后部，锂电池置于小车底层后部，红外传感器安装在机械手上，超声波传感器安装在小车前端。机器人可自动查找识别垃圾，并使用机械手抓取，可分别分类塑料，纸质，易拉罐三种垃圾。
如图1、图2所示，给系统上电并初始化系统后，下位机询问上位机是否准备好。如果上位机已准备好。下位机就打开超声波传感器进行目标物体检测。根据超声波返回的距离来决定小车是前进还是后退。这里的35cm指的是机械手的长度。小车到达预定位置后，下位机机械手的转盘开始从小车前方-80°~80°的平面内进行转动，同时打开安装在机械爪上的红外线传感器，相当于红外传感器在 -80°~80°平面内扫描来检测到的目标物体为障碍物（墙）还是目标物体（垃圾物体）。设定红外传感器可以检测到的最大距离为8cm,也就是物体在小车前方角度-80°~80°且距离小车在（8+35）cm之内就可以检测到。在扫描时，如果得到的数据是在0到8cm之间，说明检测到的该值（点）就是在扫描的扇形面积内的某一个点，记下该点，直到扫描完该扇形面积。根据图2，如果扫描完后记录下的点数（阈值）超过59，说明物体过大，机械手无法抓取，故大于59的阈值都视为障碍物。就开始驱动车轮进行壁障，并重新检测，重复以上动作；如果这个阈值大于1小于59，那么就是目标物体；机械手再进行一次扫描以确定物体方位。确定方位也是通过扫到得到第一个有效点（即在-80°~80°且距离小车（8+35）cm平面之内）立刻停止扫描，微调误差直到定位成功。定位成功之后根据第一次扫描得到的阈值，进行垃圾分类操作（垃圾可分为塑料瓶，易拉罐，牛奶纸质等）。机械手根据该结果进行相应的抓取和投放。完成以上流程后，系统检测是否收到结束信号。如果收到，就结束；如果没有收到，下位机继续询问上位机是否准备好以开始下一次循环。
物体检测模块的主要部件为超声波传感器、红外线传感器和A/D转换器。其中，超声波传感器与单片机直接相连并安置在小车的前端，其作用是检测前方是否有物体。本模块输出方式为PWM 方式。利用单片机从控制口发一个10us以上的高电平，就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，此时就为此次测距的时间,方可算出距离。如此周期性地测量方可移动测距。
实时通信模块
单片机与舵机控制板的通信作用是实现对舵机的动作、状态的控制。这些指令有舵机移动、执行动作组、脱机运行、读取2路模拟电压值等。根据指令的格式，指定指令中每个量的值就可以赋予指令含义。例如舵机移动指令#3P600T1000\r\n，它的含义是单片机告知舵机控制板，要移动3号舵机到脉宽600us，使用时间为1000毫秒。舵机控制板读取指令后，向3号舵机发送相应脉冲。
上下位机通过制定协议来进行通信。上位机将指令发给下位机后，下位机根据制定的通信协议来判断上位机所发指令的含义，并以此来决定要采取的动作。
Claims (9)
1.一种垃圾分类机器人垃圾识别与分类方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、采用红外传感器在扇形面积内扫描来检测目标物体；
2）、在扫描时，如果得到目标物体的距离数据在预设值之间，则检测到的该点为在扫描的扇形面积内的某一个点，记下该点，
3）、重复步骤2），直到扫描完该扇形面积，此时得到一系列不连续的随机点，点的总数代表目标物体的宽度；
4）、如果扫描完后记录下的点数超过最大阈值，说明物体过大，机械手无法抓取，目标物体视为障碍物，进行步骤5），如果扫描完后记录下的点数大于1小于最大阈值，那么就是目标物体，进行步骤6）；
5）、就开始驱动车轮进行避障，并重新检测，重复步骤1）-4）动作；
6）、红外传感器在扇形面积内再进行一次扫描以确定物体方位，通过扫到得到第一个有效点立刻停止扫描，微调误差直到定位成功，
7）、定位成功之后根据第一次扫描得到的阈值，进行垃圾分类操作。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾分类机器人垃圾识别与分类方法，其特征在于：步骤1）和步骤6）中所述的扇形面积的角度为-80°~80°。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾分类机器人垃圾识别与分类方法，其特征在于：所述目标物体的距离数据的预设值为0-8cm。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾分类机器人垃圾识别与分类方法，其特征在于：所述最大阈值为59。
5.根据权利要求1所述的一种垃圾分类机器人垃圾识别与分类方法，其特征在于：垃圾分类机器人包括小车，小车上设有垃圾箱、用于抓取垃圾放入垃圾箱的可旋转的机械手、智能处理单元；所述机械手上设置有红外传感器，小车设置机械手方向上还设置有超声波传感器，所述超声波传感器、红外传感器均与智能处理单元连接。
6.根据权利要求5所述的一种垃圾分类机器人垃圾识别与分类方法，其特征在于：所述智能处理单元包括单片机、液晶显示屏、A/D转换器，所述A/D转换器、液晶显示器均与单片机连接，所述A/D转换器连接红外传感器和超声波传感器。
7.根据权利要求5所述的一种垃圾分类机器人垃圾识别与分类方法，其特征在于：所述红外线传感器，固定在机械手下部。
8.根据权利要求5所述的一种垃圾分类机器人垃圾识别与分类方法，其特征在于：所述小车的车轮为两个驱动车轮和两个万向轮。
9.根据权利要求5所述的一种垃圾分类机器人垃圾识别与分类方法，其特征在于：所述小车的动力装置采用电机，所述电机连接有与单片机相连接的电机驱动器。
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