CN105544443A - 一种水陆两栖垃圾捡拾机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水陆两栖垃圾捡拾机器人，包括：车身、行走机构和抓取机构等。车身前部安装有高精度摄像头；其两端安装有行走机构；车身的内部以隔板分成上、下两部分，隔板上部安放控制器、平衡传感器、驱动马达二；隔板下部安装平衡机构；车身后部开设有垃圾箱；车身上方安装有抓取机构。在陆地上工作时，前后四个内置驱动带动主动轮转动通过履带与地面接触前进；在水中作业时，驱动马达反转，叶片从主动轮中被推出并拨水前行。通过机械臂姿态的调整以及多自由度机械手可精准的捡拾垃圾。本发明具有自动化程度高、垃圾清理效率高、捡拾精确等特点，减少人工参与垃圾清理的繁琐过程。

Description

一种水陆两栖垃圾捡拾机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，具体是涉及一种水陆两栖垃圾捡拾机器人。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，人们享受生活的形式也越来越多，出门旅游越来越多的被人们所接受，尤其是一些湖泊或者海滩景区是人们选择最多的地方，但是这也带来了大量的垃圾，再加之由于垃圾呈现不均匀分布，这就加重了景区环卫工人的劳动量，同时也破坏了景区生态环境。

目前市场上还没有较为成熟的水陆两栖垃圾捡拾机器人这种产品，而一些高校和科研院所对这方面的研究也很少，目前不能很好的解决景区的环卫问题，所以很有必要设计一种捡拾效率高、捡拾精度高的水陆两栖垃圾捡拾机器人来解决现有问题。

发明内容

本发明是为了实现对垃圾的精确、彻底、高效率的捡拾，以解决目前现有机器人捡拾效率低、捡拾不彻底，且自动化程度较低，需要人工的操作的现状。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是:在车身上安装行走机构、机械臂、多自由度机械手、平衡机构、高精度摄像头、控制系统等，操纵者可以通过高精度摄像头观察到垃圾的所在，并控制垃圾捡拾机器人使其达到垃圾的位置，通过控制机械臂和多自由度机械手，精确的抓取垃圾并放入车身后部的垃圾箱中，考虑到在水中作业时由于波浪作用的缘故，故采用平衡机构对垃圾捡拾机器人进行实时平衡调节。

本发明的具体方案是：车身以隔板分为上、下层，平衡传感器安放在隔板的四角处，主要用于垃圾捡拾机器人平衡的监控，驱动马达二通过固定座以螺栓连接在隔板上，主动杆的一端连接在驱动马达二的转轴上，连杆的一端通过铰链与主动杆的另一端连接，从动杆的一端通过焊接连接在支腿上，连杆的两端分别通过铰链与主动杆和从动杆的一端连接，主动杆、连杆、从动杆左右对称放置，通过驱动马达二、主动杆、连杆和从动杆的作用，在陆地上作业时能够对支腿进行锁定，减小其摆动；在进入水中，通过使支腿转动减小履带的侵入水中的高度，以减小在水中所受的阻力，控制系统放置在隔板的中部，实现对整个垃圾捡拾机器人的控制。垃圾箱设置在车身的后部，可以实现垃圾的存储，其中移动面板的伸出端与液压缸三形成移动副，可实现对垃圾的压缩，提高工作的持续时间。垃圾箱侧盖与车身后端开设的槽口形成移动副，方便垃圾的取出。平衡机构安放在隔板的下部，可以调节垃圾捡拾机器人在水中作业时的稳定性，满足精确捡拾的要求，其中平衡马达数量为两个，分别与水平导槽和竖直导槽形成移动副。导杆一的一端通过联轴器连接在平衡马达的转轴上并与平衡配重形成螺旋副，另一端与支架形成转动副，导杆二的一端通过联轴器连接在平衡马达的转轴上并与平衡配重形成螺旋副，另一端与支架形成转动副。行走机构安装在车身的左右两侧，主要用于陆地和水中推动垃圾捡拾机器人前进，其中前后四个主动轮和中间两个从动轮通过螺栓与支腿连接，连接杆数量为两个，与左、右三个支腿形成转动副，履带安装在车轮上，其中主动轮中内置驱动马达一，转轴通过联轴器与驱动马达一的转轴连接，飞轮和齿轮一通过键连接在转轴上，齿轮二与齿轮一形成外啮合，内齿轮与齿轮二内啮合。叶片与滑块通过螺栓连接在一起，滑块与转轴形成螺旋副，弹簧的一端固连在刚性轮上另一端固连在滑块上。上面板通过螺栓连接在车身上。车身和伸缩臂的前端安装有高精度摄像头，主要用于对周围环境成像和对垃圾的精确定位，转动马达安装在转向台内，可以使机械臂360°旋转，机械臂一连在转动马达的转轴上，机械臂二通过铰链与机械臂一连接，机械臂三通过铰链与机械臂二连接，液压缸一的一端通过铰链连接在机械臂三上，另一端通过铰链连接在机械臂二，液压缸二的一端通过铰链连接在机械臂二上，另一端通过铰链连接在机械臂一上，伸缩臂与液压缸形成移动副，可进一步使机械臂的工作半径加长，机械手放置在伸缩臂的前端，其中机械手的三个手指分别与伸缩臂形成转动副，主要用于打捞和抓取垃圾。

本发明的有益效果是：本发明的动力源、行走机构、抓取机构、平衡机构、内置垃圾箱等全部安装在车身上，且一个人就可以操纵垃圾捡拾机器人完成垃圾的捡拾；在水中作业时，车轮和履带可以在驱动马达二和连杆机构的作用下进行一定高度的提升，减小所受阻力；本垃圾捡拾机器人采用了平衡调节机构，通过平衡传感器可以监控垃圾捡拾机器人的姿态，控制平衡机构使垃圾捡拾机器人保持平衡，以解决由于水中波浪的作用会使垃圾捡拾机器人上下振动，不能精确地对垃圾进行抓取的状况；本发明采用了可压缩垃圾箱，当垃圾达到一定数量后移动面板会对垃圾进行压缩，提高垃圾箱的存储率，以此来提高垃圾捡拾机器人持续工作时间；蓄电池通过螺栓安装在隔板上侧，给垃圾捡拾机器人提供相应的动力；此外抓取机构的机械臂使用液压控制，具有较大的抓取重量，并且其机械手由三个手指组成，手指分为转动关节和夹持关节，转动关节可以相对于伸缩臂转动，夹持关节可以完成对不同类型、不同形状垃圾的捡拾。

附图说明

图1是一种水陆两栖垃圾捡拾机器人的主剖视图；

图2是一种水陆两栖垃圾捡拾机器人的俯剖视图；

图3是主动轮的主剖视图；

图4是平衡机构的俯视图；

图5是A-A视图；

图6是机械手指的结构简图。

具体实施方式

为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

装置布置请参阅图1、图2、图3、图4、图5。工作过程：垃圾捡拾机器人在陆地上作业时，操纵者通过垃圾捡拾机器人车身8前端的高精度摄像头10观察到周围环境中垃圾的位置，通过控制装置使行走机构1中四个主动轮30的驱动马达一38转动，带动安装在转轴39上的飞轮40转动，从而带动主动轮30转动，履带4安装在主动轮30和从动轮3上，主动轮30的转动带动履带4与地面接触，使垃圾捡拾机器人向垃圾的位置移动，当到达垃圾的位置后，驱动马达一38停止转动，垃圾捡拾机器人主动轮30停止运动。操纵者通过车身8前端的高精度摄像头10和伸缩臂13前端的高精度摄像头10确定垃圾的位置，通过控制液压缸一15和液压缸二17伸缩实现机械臂二16和机械臂三14的顶出与回缩，到达垃圾的上方。根据垃圾的类型机械手指12的转动关节52和夹持关节53在人工辅助下变换不同的抓取方式，对于块状、杆状的等可以使用两个机械手指12的组合来捡拾垃圾，对于圆柱状的等可以使用三个机械手指12来抓取。如果垃圾捡拾机器人四周也有垃圾，通过转向台20中的旋转马达19的转动从而带动机械臂一18转动，便可实现垃圾捡拾对机器人四周垃圾的抓取，不需要再次垃圾捡拾移动机器人。此外当垃圾距离垃圾捡拾机器人一定距离并处于捡拾范围内时，通过伸缩臂13的伸长，也可以使机械手11抓取到垃圾。当机械手抓取到垃圾后，转动马达19转动，控制机械臂二16和机械臂三14使机械手11移动到车身8后部的垃圾箱上盖27上方，被抓取的垃圾在机械手11作用下放入垃圾箱29中，当垃圾箱29中的垃圾达到一定数量时，移动面板26随着固定在隔板7上的液压缸三24的移动而移动，对捡拾的垃圾进行压缩，提高垃圾箱29的利用率，延长垃圾捡拾机器人的持续工作时间。

在水中作业时,当垃圾捡拾机器人进入水中后，控制装置通过控制安装在隔板7上的固定座9中的驱动马达二6转动，带动主动杆21、连杆22和从动杆23运动，其中主动杆21的一端与驱动马达二6的转轴连接在一起，连杆22与主动杆21和从动杆23形成转动副，从动杆23的一端与支腿31固连，连接杆2的一端与三个支腿31形成转动副，当从动杆23运动到极限位置时，使动支腿31上升达到最大高度，转动马达6停止转动。主动杆23、连杆22、从动杆23以及车身8组成的四杆机构，处于死点位置使支腿31不下落。弹簧45一端固定在滑块44上，另一端固定在刚性轮41上，驱动马达一38反向运转带动转轴39转动，滑块44与转轴39形成螺旋副，滑块44和叶片42通过螺钉连接在一起，滑块44和叶片42缓缓的向外移动，当滑块44运动到转轴39的光杆部分时，其伸出端与安装在转轴39上的定轴轮系中的内齿轮35啮合，带动叶片42拨水使机器人前行，考虑到水中波浪的作用以及收集垃圾的重量会使垃圾捡拾机器人处于不平衡的状态，通过平衡传感器32监控垃圾捡拾机器人的姿态，当垃圾捡拾机器人向某一方向发生偏转时，平衡机构5中水平导槽51和竖直导槽52内的平衡马达46带动导杆一47和导杆二50转动，驱使平衡配重48向偏转的反方向移动，使垃圾捡拾机器人处于平衡状态，并开始对周围垃圾进行捡拾，其捡拾过程与在陆地上捡拾垃圾保持一致。当垃圾捡拾机器人完成捡拾返回岸上时，驱动马达一38反向运转带动转轴39转动，在弹簧45的作用下，滑块44与转轴39上的螺纹接触，使滑块44向内移动，滑块44的伸出端与安装在转轴39上的定轴轮系中的内齿轮35脱离，不再保持啮合状态，使叶片42不再转动，而随向滑块44一起向内移动，当滑块44运动到转轴39上的光杆处，此时叶片42不在移动并完全移动到刚性轮41的内部，履带接触到地面使垃圾捡拾机器人回到岸上。当垃圾捡拾机器人回到垃圾回收处时，工作人员只需使垃圾箱侧盖28向上移动，便可取出垃圾箱29中的垃圾，完成垃圾的回收。

Claims (4)

1.一种水陆两栖垃圾捡拾机器人，其特征在于，包括行走机构(1)、连接杆(2)、从动轮(3)、履带(4)、平衡机构(5)、驱动马达二(6)、隔板(7)、车身(8)、固定座(9)、高精度摄像头(10)、机械手(11)、机械手指(12)、伸缩臂(13)、机械臂三(14)、液压缸一(15)、机械臂二(16)、液压缸二(17)、机械臂一(18)、转动马达(19)、转向台(20)、主动杆(21)、连杆(22)、从动件(23)、液压缸二(24)、上面板(25)、移动面板(26)、垃圾箱上盖(27)、垃圾箱侧盖(28)、垃圾箱(29)、主动轮(30)、支腿(30)、平衡传感器(32)、控制系统(33)、蓄电池(34)；所述车身(8)内部以隔板(7)分为上、下两层；所述平衡传感器(32)通过螺钉固定在隔板(7)的四角处；所述驱动马达二(6)通过固定座(9)以螺栓连接在隔板(7)上；所述主动杆(21)的一端通过键连接在驱动马达二(6)的转轴上；所述从动杆(23)的一端通过焊接连接支腿(30)上；所述连杆(22)的两端分别通过铰链与主动杆(21)和从动杆(23)连接；所述控制系统(33)通过的前端和伸缩臂(13)的前端通过螺钉连接有高精度摄像头(10)；所述转动马达(19)安装在转向台(20)内；所述机械臂一(18)固连在转动马达螺钉连接在隔板(7)的中部；所述液压缸三(24)通过螺栓连接在隔板(7)上；所述垃圾箱(29)安装在车身(8)的后部；所述平衡机构(5)安放在隔板(7)的下侧；所述行走机构(1)安装在车身(8)两侧；所述上面板(25)通过螺栓连接在车身(8)上；所述蓄电池(34)通过螺栓安装在上面板(25)上；所述转向台(20)通过焊接连接在上面板(25)上；所述车身(8)(19)的转轴上；所述机械臂二(16)通过铰链与机械臂一(18)连接；所述机械臂三(14)通过铰链与机械臂二(16)连接；所述液压缸一(15)的液压杆外端通过铰链与机械臂三(14)连接，其缸体通过铰链与机械臂二(16)连接；所述液压缸二(17)的液压杆外端通过铰链与机械臂二(16)连接，其缸体通过铰链与机械臂一(18)连接；所述伸缩臂(13)与机械臂三(14)形成移动副；所述机械手(11)包括三个机械手指(12)分别与伸缩臂(13)形成转动副。

2.根据权利要求1所述的一种水陆两栖垃圾捡拾机器人，其特征在于，主动轮(30)包括内齿轮(35)、齿轮二(36)、齿轮一(37)、驱动马达一(38)、转轴(39)、飞轮(40)、刚性轮(41)、叶片(42)、固定圈(43)、滑块(44)、弹簧(45)；所述驱动马达一(38)固连在刚性轮(41)的内部；所述转轴(39)通过键连接在驱动马达一(38)的输出轴上；所述飞轮(40)通过键连接在转轴(39)上；所述齿轮一(37)通过键连接在转轴(39)上；所述齿轮二(36)通过键连接在刚性轮(41)的固定轴上并与齿轮一(37)形成外啮合；所述内齿轮(35)与齿轮二(36)形成内啮合；所述叶片(42)与滑块(44)固定在一起；所述滑块(44)与转轴(39)形成螺旋副；所述固定圈(43)通过螺纹连接固定在转轴(39)的一端；所述弹簧(45)一端固定在滑块(44)上另一端固定在刚性轮(41)上。

3.根据权利要求1所述的一种水陆两栖垃圾捡拾机器人，其特征在于，平衡机构(5)包括平衡马达(46)、导杆一(47)、平衡负载(48)、支架(49)、导杆二(50)、水平导槽(51)、竖直导槽(52)；所述车身(8)的底板上开设有水平导槽(51)和竖直导槽(52)且各有两个；所述平衡马达(46)为两个，分别与水平导槽(51)和竖直导槽(52)形成移动副；所述支架(49)为两个，分别与水平导槽(51)和竖直导槽(52)形成移动副；所述导杆一(47)的一端与平衡马达(46)的转轴相固连并与平衡负载(48)形成螺旋副，另一端与支架(49)形成转动副；所述导杆二(50)的一端与平衡马达(46)相固连并与平衡负载(48)形成螺旋副，另一端与支架(49)形成转动副。

4.根据权利要求1所述的一种水陆两栖垃圾捡拾机器人，其特征在于，垃圾箱(29)包括垃圾箱上盖(27)、垃圾箱侧盖(28)、移动面板(26)；所述垃圾箱(29)上盖通过螺栓连接在车身(8)上，其垃圾箱上盖(27)开设通口；所述移动面板(26)的伸出端与液压缸三(24)形成移动副；所述垃圾箱侧盖(28)与车身(8)的后部开设的导槽形成移动副。