CN104944029A - 垃圾桶机器人系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种垃圾桶机器人系统及其控制方法，本发明的系统包括机器人、充电座及遥控终端；机器人包括桶体、行动轮、智能控制模块、遥控信号探测模块及可充电电源模块；智能控制模块包括主控单元、行动控制单元、导航控制单元及避障控制单元。本发明的方法先通过训练的方式设定一些预定区域，之后使用者可以通过遥控终端、语音或者是无线通讯终端让机器人到特定的位置，还能够自动打开盖子，收完垃圾后能够自动关闭并回到充电座处，能够自动进行充电。

Description

垃圾桶机器人系统及其控制方法

〖技术领域〗

本发明涉及智能机器人领域，具体涉及一种作为智能垃圾桶的机器人系统及其控制方法。

〖背景技术〗

一般家居环境都会放置一些垃圾桶，用于收集生活垃圾，但是一般垃圾桶不会太多，很可能就两个，厨房一个，客厅一个。垃圾桶不多的原因主要是影响家居美观，但是垃圾桶太少会带来许多不便，扔一个小小的垃圾需要走到垃圾桶那里去扔，尤其对于行动不便的老人家更是如此。

〖发明内容〗

本发明的一个目的是提供能够自动行走的智能垃圾桶，给家居生活增加便利，尤其方便行动不便的人群。本发明的目的由以下技术方案实现：

一种垃圾桶机器人系统，包括机器人、充电座及遥控终端；机器人包括桶体、行动轮、智能控制模块、遥控信号探测模块及可充电电源模块；智能控制模块包括主控单元、行动控制单元、导航控制单元及避障控制单元，所述遥控信号探测模块、行动控制单元、导航控制单元及避障控制单元均与主控单元电连接；所述遥控终端与遥控信号探测模块通讯配合，所述行动控制单元与行动轮驱动配合，所述充电座为所述可充电电源模块提供电源，可充电电源模块为机器人提供工作电源。

作为具体的技术方案，所述机器人还包括桶盖组件，该桶盖组件包括盖体、连接机构及开合控制机构，盖体设置于桶体顶端开口处，并通过连接机构可开合地连接于桶体，开合控制机构为人为触发机构或电信号触发机构，控制盖体的开与合。

作为具体的技术方案，所述行动轮至少为两个，设置于桶体底部；所述行动控制单元由至少两个单独可控的电机及相应的电机控制电路构成，电机与相应行动轮连接，电机控制电路与主控单元电连接。

作为具体的技术方案，所述导航控制单元包括加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器及行动轮码盘计数器。

作为具体的技术方案，所述机器人还包括操作及显示面板，与所述主控单元电连接。

作为进一步的技术方案，所述机器人还包括语音识别模块，与所述主控单元电连接。

作为进一步的技术方案，所述智能控制模块还包括无线通信单元，与所述主控单元电连接。

作为进一步的技术方案，所述智能控制模块还包括与所述主控单元电连接气味传感器及音频输出单元，气味传感器设置于桶盖组件上。

本发明的又一个目的是提供一种基于上述垃圾桶机器人系统的控制方法，该又一目的由以下技术方案实现：

一种基于上述垃圾桶机器人系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)遥控终端发出持续的导航遥控信号，机器人通过遥控信号探测模块探测到导航遥控信号并提供给智能控制模块的主控单元；

(2)智能控制模块的主控单元通过行动控制单元控制行动轮，使得机器人由基准点跟随导航遥控信号位移至指定区域，同时智能控制模块的主控单元通过导航控制单元获得所述指定区域相对所述基准点的坐标；

(3)遥控终端发出预定区域设定信号，机器人的遥控信号探测模块探测到预定区域设定信号并提供给智能控制模块的主控单元，主控单元将步骤(2)获得的所述指定区域相对所述基准点的坐标设定为一个预定区域并命名；

(4)机器人接收预定区域选定信号并提供给智能控制模块的主控单元，主控单元通过导航控制模块及行动控制单元控制行动轮，使得机器人自动位移至所述预定区域选定信号对应的预定区域的坐标处。

作为进一步的技术方案，步骤(4)中机器人接收预定区域选定信号的方式包括：所述遥控终端发出预定区域选定信号，机器人通过遥控信号探测模块探测到所述预定区域选定信号并提供给所述主控单元；或者，所述机器人还包括与所述主控单元电连接的语音识别模块，通过所述语音识别模块探测人为发出的语音方式的预定区域选定信号并提供给所述主控单元；或者，所述智能控制模块还包括与所述主控单元电连接的无线通信单元，通过所述无线通讯模块接收无线通讯终端发出的预定区域选定信号并提供给所述主控单元。

作为进一步的技术方案，上述控制方法还包括步骤(5)：机器人还包括可控桶盖组件，当机器人自动位移至所述预定区域选定信号对应的预定区域的坐标处时，主控单元控制机器人的桶盖组件打开。

作为进一步的技术方案，上述控制方法还包括：所述智能控制模块还包括与所述主控单元电连接气味传感器及音频输出单元，气味传感器设置于桶盖组件上，主控单元控制气味传感器感测桶体内气味并通过音频输出单元发出提示信号。

本发明的有益效果在于：可以先通过训练的方式设定一些预定区域(垃圾桶可能放置的几个位置)，之后使用者可以通过遥控终端、语音或者是无线通讯终端让机器人到特定的位置，还能够自动打开盖子，收完垃圾后能够自动关闭并回到充电座处，能够自动进行充电，当垃圾箱内部的垃圾变质时，通过检测里面的气体，能够进行报警提醒倒垃圾。

〖附图说明〗

图1为实施例提供的垃圾桶机器人系统中机器人的主视构造图。

图2为实施例提供的垃圾桶机器人系统中机器人的后视构造图。

图3为实施例提供的垃圾桶机器人系统中充电座的示意图。

图4为实施例提供的垃圾桶机器人系统中遥控终端的示意图。

图5为实施例提供的垃圾桶机器人系统中智能控制模块的构成框图。

〖具体实施方式〗

结合图1、图2、图3及图4所示，本实施例提供的垃圾桶机器人系统，包括机器人1、充电座2及遥控终端3。

如图1所示，机器人1包括桶体101、行动轮102、桶盖组件104、操作及显示面板105、智能控制模块107、遥控信号探测模块108、语音识别模块109及可充电电源模块(参见图2)。

桶体101上部中空，用于存放垃圾。桶盖组件104包括盖体、连接机构及开合控制机构，盖体设置于桶体顶端开口处，并通过连接机构可开合地连接于桶体，开合控制机构可以为人为触发机构或电信号触发机构，能够控制盖体的开或合。行动轮102为两个分别受控的轮子，设置于桶体底部，用于在智能控制模块107的定位导航及驱动控制下，将机器人1移动至指定位置。

结合图2及图3所示，机器人1的可充电电源模块包括充电对位机构112、113、充电接口114及电源存储单元；充电座2的电源供给模块相应包括充电对位机构206、208、电源输出接口207、电源输出单元。充电对位机构112、113和充电对位机构206、208相应为红外发生机构和红外识别机构(或者为超声波发生机构和超声波识别机构)，当机器人1接近充电座2时，通过微调机器人1的方向和位置，使得充电对位机构112、113和充电对位机构206、208完全对位，此时充电座2的电源输出接口207与机器人1的充电接口114对接，充电座2的电源输出单元即可向机器人1的电源存储单元输送电能。机器人1的电源存储单元用于为整个机器人1提供工作电源。

桶体101下部内部隔离出一个控制腔，智能控制模块107的大部分部件设置于该控制腔内。如图5所示，智能控制模块107包括主控单元及与主控单元连接的行动控制单元、导航控制单元、避障控制单元、无线通信单元、气味传感器、音频输出单元。主控单元具有存储器，其内存储有地图数据及控制程序。

具体地，行动控制单元由两个单独可控的电机及相应的电机控制电路构成，电机与相应行动轮连接，电机控制电路与主控单元电连接，接收主控单元发出的行动命令并控制各电机的动作，各电机分别控制行动轮的速度，从而执行并完成行动命令。

导航控制单元包括加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器及行动轮码盘计数器。陀螺仪用于实时提供机器人行动的旋转角度信息，通过陀螺仪角度的积分可以得到机器人的角度信息；加速度传感器用于提供加速度信息，通过加速度传感器对加速度的积分运算可以得到机器人行动距离信息；地磁传感器用于提供一个恒定的地磁角度，可以对角度信息进行一些修正；行动轮码盘计数器也可以得到角度和距离信息。这些数据都会有一些误差，通过融和这些数据，就知道了精确的距离和角度的信息，就可以得到机器人对于基准点(一般设定为充电座)的相对位置，即坐标信息。

避障单元包括设置于桶体101上外缘103和下外缘106的用于侧面避障的接近传感器及设置于桶体101底部的防跌落的接近传感器，接近传感器为红外或超声波传感器。桶体101上外缘103和下外缘106的接近传感器(红外或者超声波)，可以检测到障碍物和障碍物距离，绕开障碍物；桶体101底部的接近传感器，可以检测到悬空处，避免摔落，如跌落到楼梯。

智能控制模块107的无线通信单元用于与其他的无限通讯终端通讯配合，例如与装有相应app手机通讯配合。智能控制模块107的气味传感器设置于桶盖组件上，用于探测桶体内的气味，当检测到有氨气等这些有臭味的气体时，提供感测信号给主控单元，主控单元进而控制音频输出单元输出语音提示，提示用户倒垃圾。

此外，机器人1的操作及显示面板105、遥控信号探测模块108、语音识别模块109分别于智能控制模块107的主控单元电连接。操作及显示面板105用于直接对机器人输入操作指令以及显示主控单元处理后的操作指令、提示信息、工作状态等信息。遥控信号探测模块108用于探测遥控终端3发出的各种遥控信号并提供给主控单元进行分析处理。语音识别模块用于识别用户发出的语音操作指令并提供给主控单元进行分析处理。

如图4所示，遥控终端具有一键导航键301、预定区域按键302及方向导航键303。长按一键导航键301可以持续发出导航遥控信号，用于机器人跟踪。长按预定区域按键302，用于将机器人当前位置的坐标设定为一个预定区域；短按预定区域按键，用于丢垃圾时，将机器人从基准点驱动之该按键对应的垃圾投放点预定区域，以进行垃圾投放。方向导航键303用于发出对垃圾桶机器人的实时操控指令。

基于上述垃圾桶机器人系统的控制方法的工作原理及过程如下：

首先，由上可知，机器人能够接收语音、遥控终端或者是无线通讯终端的命令，到达指定的地方。

实现这些功能之前，首先需要用户对机器人进行“训练”，这一过程通过遥控终端来实现。用户第一次使用时，让机器人处在充电座的位置上，长按遥控终端的导航键301，机器人就能够跟随着遥控终端行走，当行走到用户需要的位置时，用户释放开遥控终端的导航键301，然后长按预定义区域按键302的其中一个，就将这个按键绑定为这个位置，下次需要垃圾桶到这个地点时，短按这个预定义区域按键302，机器人接受到命令，就会行动至该位置。垃圾桶行走的过程，也可以通过遥控终端的方向导航键303来实现。需要实现语音控制时，在需要的地点需要对它进行名字训练，即将名字与预定区域绑定，让机器人能够识别出这个地点的名字，训练过后，直接通过说出这个地点的名字，机器人也会自动走到这个位置。

第二，以上能够找到指定地点是通过机器人内部自主导航的能力，这是通过内部的陀螺仪、加速度传感器、地磁、行动轮码盘计数器这些数据的融合来实现，再通过主控单元内部自建地图，就可以做精确的导航，记录各个预定义的位置。

第三，垃圾存放久了，可能存在变质问题，垃圾桶内放有气体传感器，当检测到有氨气等这些有臭味的气体时，可以提示用户倒垃圾。

第四，智能垃圾桶通过自主导航到达特定位置工作完成后，靠自主定位，可以返回到充电座进行充电，由于充电需要更为精确的对准，在机体背面，装有红外或者是超声波的单元，两个点对准后，就可以进行自动充电。

第五，通过机身上面和下面的接近传感器(红外或者超声波)，可以检测到障碍物和障碍物距离，绕开障碍物；通过底部的接近传感器，可以检测到悬崖，避免摔落，如跌落到楼梯。

以上实施例提供的垃圾桶机器人系统及其控制方法的有益效果在于：使用者可以通过语音、遥控终端或者是无线智能终端让机器人到特定的位置，能够自动打开盖子，收完垃圾后能够自动关闭并回到充电座处，能够自动进行充电，当垃圾箱内部的垃圾变质时，通过检测里面的气体，能够进行报警提醒倒垃圾。基于本发明，整个家居只需要一个智能垃圾桶，节省空间面积；给家居生活增加便利，尤其方便了行动不便的人群；智能生活，提升生活品质。

以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，基于本发明创新主旨的、未经创造性劳动的等效技术特征的替换，应当属于本申请揭露的范围。

Claims (12)

1.一种垃圾桶机器人系统，包括机器人、充电座及遥控终端；机器人包括桶体、行动轮、智能控制模块、遥控信号探测模块及可充电电源模块；智能控制模块包括主控单元、行动控制单元、导航控制单元及避障控制单元，所述遥控信号探测模块、行动控制单元、导航控制单元及避障控制单元均与主控单元电连接；所述遥控终端与遥控信号探测模块通讯配合，所述行动控制单元与行动轮驱动配合，所述充电座为所述可充电电源模块提供电源，可充电电源模块为机器人提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的垃圾桶机器人系统，其特征在于：所述机器人还包括桶盖组件，该桶盖组件包括盖体、连接机构及开合控制机构，盖体设置于桶体顶端开口处，并通过连接机构可开合地连接于桶体，开合控制机构为人为触发机构或电信号触发机构，控制盖体的开与合。

3.根据权利要求1所述的垃圾桶机器人系统，其特征在于：所述行动轮至少为两个，设置于桶体底部；所述行动控制单元由至少两个单独可控的电机及相应的电机控制电路构成，电机与相应行动轮连接，电机控制电路与主控单元电连接。

4.根据权利要求1所述的垃圾桶机器人系统，其特征在于：所述导航控制单元包括加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器及行动轮码盘计数器。

5.根据权利要求1所述的垃圾桶机器人系统，其特征在于：所述机器人还包括操作及显示面板，与所述主控单元电连接。

6.根据权利要求1所述的垃圾桶机器人系统，其特征在于：所述机器人还包括语音识别模块，与所述主控单元电连接。

7.根据权利要求1所述的垃圾桶机器人系统，其特征在于：所述智能控制模块还包括无线通信单元，与所述主控单元电连接。

8.根据权利要求2所述的垃圾桶机器人系统，其特征在于：所述智能控制模块还包括与所述主控单元电连接气味传感器及音频输出单元，气味传感器设置于桶盖组件上。

9.一种基于权利要求1所述垃圾桶机器人系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)遥控终端发出持续的导航遥控信号，机器人通过遥控信号探测模块探测到导航遥控信号并提供给智能控制模块的主控单元；

(2)智能控制模块的主控单元通过行动控制单元控制行动轮，使得机器人由基准点跟随导航遥控信号位移至指定区域，同时智能控制模块的主控单元通过导航控制单元获得所述指定区域相对所述基准点的坐标；

(3)遥控终端发出预定区域设定信号，机器人的遥控信号探测模块探测到预定区域设定信号并提供给智能控制模块的主控单元，主控单元将步骤(2)获得的所述指定区域相对所述基准点的坐标设定为一个预定区域并命名；

(4)机器人接收预定区域选定信号并提供给智能控制模块的主控单元，主控单元通过导航控制模块及行动控制单元控制行动轮，使得机器人自动位移至所述预定区域选定信号对应的预定区域的坐标处。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：步骤(4)中机器人接收预定区域选定信号的方式包括：所述遥控终端发出预定区域选定信号，机器人通过遥控信号探测模块探测到所述预定区域选定信号并提供给所述主控单元；或者，所述机器人还包括与所述主控单元电连接的语音识别模块，通过所述语音识别模块探测人为发出的语音方式的预定区域选定信号并提供给所述主控单元；或者，所述智能控制模块还包括与所述主控单元电连接的无线通信单元，通过所述无线通讯模块接收无线通讯终端发出的预定区域选定信号并提供给所述主控单元。

11.根据权利要求9或10所述的控制方法，其特征在于：还包括步骤(5)：机器人还包括可控桶盖组件，当机器人自动位移至所述预定区域选定信号对应的预定区域的坐标处时，主控单元控制机器人的桶盖组件打开。

12.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：还包括：所述智能控制模块还包括与所述主控单元电连接气味传感器及音频输出单元，气味传感器设置于桶盖组件上，主控单元控制气味传感器感测桶体内气味并通过音频输出单元发出提示信号。