CN106426210A - 履带式垃圾传送环卫机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种履带式垃圾传送环卫机器人及其控制方法，包括底盘、安装架、机械手臂、垃圾铲和传送机构，安装架通过支架固定在底盘的前端且位于底盘上方；底盘下方设置有移动机构，底盘上面设置有垃圾箱体；安装架顶部设置有转台，机械手臂安装在转台上，机械手臂的自由端设置有扫帚；垃圾铲位于底盘的前端；传送机构包括卷扬机、吊绳、液压杆和刮板，卷扬机安装在安装架顶部，吊绳上、下两端分别与卷扬机的输出轴和垃圾铲连接，液压杆一端固定安装架的前侧，液压杆另一端与后侧的刮板连接。本发明可替代环卫工人自动清扫垃圾，不仅能够清扫角落的垃圾，同时适用于清扫较大的垃圾和细小的垃圾，而且可提高清扫效率且结构简单。

Description

履带式垃圾传送环卫机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种履带式垃圾传送环卫机器人及其控制方法。

背景技术

为了创造良好的生活环境，环卫工人每天定时定点的去打扫他们被分配到的固定的一片清扫区域，他们风吹日晒，起早贪黑，无论是在炎热的夏天或者寒冷的冬天，他们都不得不坚守在自己的岗位上，恶劣的环境和长时间、高强度的工作对环卫工人的身体是一种极大的伤害。

随着科技的发展，代替环卫工人的环卫机器人也应运而生，目前公开的环卫机器人有吸盘式和抓手式两种：吸盘式环卫机器人存在清扫局限性，尤其是一些死角位置无法清扫，并且吸盘式环卫机器人很难将较大的垃圾吸起来；抓手式环卫机器清理垃圾的效率比较低，并且抓手式环卫机器人的抓手很难将较小的垃圾捡起来。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种履带式垃圾传送环卫机器人及其控制方法，以替代环卫工人自动清扫垃圾，不仅能够清扫角落的垃圾，能同时适用于清扫较大的垃圾和细小的垃圾，可提高清扫效率、结构简单且降低能耗。

第一方面，本发明提供的一种履带式垃圾传送环卫机器人，包括底盘、机械手臂、传送机构和垃圾铲；所述底盘下方设置有通过驱动电机驱动的移动机构，底盘后部顶面上设置有垃圾箱体，垃圾箱体顶面的前侧设有开口，所述垃圾箱体的前侧设置有安装架，所述安装架安装在底盘上并高于垃圾箱体；所述底盘前部顶面上设置有转台以及带动转台转动的伺服电机，所述机械手臂安装在转台上，机械手臂的自由端设置有扫帚；所述传送机构包括伺服电机、主动轮、从动轮和履带，所述主动轮安装在所述底盘前部，所述从动轮安装在安装架顶部，所述履带套在主动轮和从动轮上，所述伺服电机安装在底盘上并与主动轮动力连接；所述垃圾铲位于所述底盘前侧并倾斜布置，垃圾铲上与所述底盘可转动连接且位于所述履带下部的上方，垃圾铲下端向地面，底盘上安装有带动垃圾铲转动的伺服电机。

本发明的机械手臂可左右转动和上下活动，活动机械手臂，通过机械手臂自由端的扫帚将目标垃圾经垃圾铲扫至履带上，然后通过履带将垃圾传送至垃圾箱体中，结构简单；采用这样的方式清扫垃圾，无论是较大的垃圾还是细小的垃圾均能清扫干净，同时角落的垃圾也能够清扫干净且清扫的速度较快、效率较高；垃圾铲与底盘可转动连接，移动时，收起垃圾铲，清扫时，放下垃圾铲，在满足清扫的同时，也避免移动过程中垃圾铲被刮到。

进一步地，所述履带上设置有横向的挡板，所述挡板沿履带的纵向等间距布置。履带上设置的横向挡板能在后面挡住履带上的垃圾，履带的坡度较大时，也能满足垃圾传送，从而可通过增大履带的坡度以达到节省空间的目的。

进一步地，所述机械手臂包括三节臂体以及连接所述臂体的支架，所述支架为两个底板背靠连接的U形槽，支架一端与所述一臂体固定连接，支架另一端与安装在另一臂体上的舵机的输出轴固定连接。通过这样的方式，以实现机械手臂的活动，非常灵活。

进一步地，还包括蓄电池，所述蓄电池安装在所述底盘内。安装在底盘内的蓄电池能为该机器人的运转提供电能。

进一步地，所述移动机构为履带轮移动机构。履带轮移动机构对地形的适应性强。

进一步地，所述移动机构为履带轮移动机构。履带轮移动机构对地形的适应性强。

进一步地，所述转台上安装有摄像装置。转台转动时，摄像装置和机械手臂同时转动，可对目标垃圾进行实时观测。

进一步地，还包括主机，所述主机安装在底盘内，主机包括控制模块、定位模块和储存模块，所述控制模块用于采集信息并发出控制信号，控制模块输入端与所述定位模块和摄像装置连接，控制模块输出端与所述移动机构驱动电机、机械手臂伺服电机、机械手臂舵机、垃圾铲伺服电机和传送机构伺服电机信号连接，所述储存模块与控制模块连接，储存模块用于存储信息。定位模块将坐标信息传输给控制模块，控制模块对驱动电机发出指令，驱动该环卫机器人至指定位置，然后摄像装置采集清扫区域的图像信息并传输给控制模块，控模模块控制机械手臂伺服电机和舵机，活动机械手臂，将垃圾经垃圾铲清扫至履带上，控制模块控制主动轮伺服电机，主动轮转动使履带向上移动并将垃圾传送至垃圾箱体中，从而实现垃圾清扫的智能化控制。

进一步，所述主机还包括与所述控制模块连接的通信模块，所述通信模块用于与远程服务器通信。通信模块用于与远程服务器通信，以实现对该环卫机器人的远程监控。

第二方面，本发明提供的一种履带式垃圾传送环卫机器人的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，划分清扫区域为多个网格区域，对网格区域进行编号并将其坐标储存在储存模块中；

步骤二，获取当前坐标和目标网格区域的坐标信息，计算出行驶路线，控制驱动电机，行驶至该网格区域；

步骤三，控制垃圾铲伺服电机，放下垃圾铲；

步骤四，获取该坐标网格区域的图像信息并进行分析，当没有发现目标垃圾时，进入步骤五，当发现目标垃圾时，进入步骤六；

步骤五，获取下一网格区域的坐标信息，控制垃圾铲伺服电机和移动机构驱动电机，收起垃圾铲并行驶至下一网格区域，然后返回步骤三；

步骤六，分析与目标垃圾的相对位置关系，计算出与目标垃圾的距离和角度；

步骤七，控制机械手臂伺服电机和舵机，使机械手臂旋转相应的角度并伸长相应的距离，将目标垃圾经垃圾铲扫至履带上；

步骤八，控制主传送机构伺服电机，主动轮转动一个角度使履带向上移动一个距离，然后返回步骤四。

本发明采用这样的控制方法，使该环卫机器人自动对划分的网格区域逐一进行清扫，清扫路线清晰，不会造成路线重复；同时在清扫过程中，能自动实现机器人的移动、垃圾的识别、垃圾的清扫以及垃圾的传送全过程，从而实现该环卫机器人的智能化控制；而且，履带向上移动为间歇式移动，清扫一次垃圾，履带才向上移动一段距离，降低能耗，提高机器人的续航能力。

本发明的有益效果是：可以替代环卫工人自动清扫垃圾，不仅能够清扫角落的垃圾，能同时适用于清扫较大的垃圾和细小的垃圾，而且可提高清扫效率、结构简单且降低了能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的机械手臂连接结构示意图；

图3为本发明实施例的控制原理图；

图4为本发明实施例的控制方法流程图。

附图中，1表示底盘；2表示安装架；3表示机械手臂；31表示转台；32表示扫帚；33表示臂体；34表示支架；4表示垃圾铲；51表示主动轮；52表示从动轮；53表示履带；54表示挡板；6表示移动机构；7表示垃圾箱体；8表示摄像装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

第一方面，如图1所示，本发明实施例提供了一种履带式垃圾传送环卫机器人，包括底盘1、机械手臂3、垃圾铲4、传送机构、蓄电池和主机；底盘1下方设置有通过驱动电机驱动的移动机构6，为了更好的适应地形，移动机构6优选为履带轮移动机构；底盘1后部顶面上设置有垃圾箱体7，垃圾箱体7顶面的前侧设有开口，近垃圾箱体7的前侧设置有安装架2，安装架2安装在底盘1上并伸出垃圾箱体7顶部；蓄电池和主机均安装在底盘1内。

底盘1前部顶面上设置有转台31以及带动转台31转动的伺服电机，机械手臂3安装在转台31上，机械手臂3的自由端设置有扫帚32，如图2所示，机械手臂3包括三节臂体33以及连接臂体33的支架34，支架34为两个底板背靠连接的U形槽，支架34一端与一臂体33固定连接，支架34另一端与安装在另一臂体33上的舵机的输出轴固定连接，这样通过伺服电机和舵机控制机械手臂3水平转动和上下弯曲活动，可灵活地挥动扫帚32清扫垃圾。

传送机构包括伺服电机、主动轮51、从动轮52和履带53，主动轮51安装在底盘1前部，从动轮52安装在安装架2顶部，履带53套在主动轮51和从动轮52上，伺服电机安装在底盘1上并与主动轮51动力连接，履带53上设置有横向的挡板54，挡板54沿履带53的纵向等间距布置，通过履带53传送机构传送垃圾，结构简单，同时履带53上设置的横向挡板54在后面挡住履带上的垃圾，履带53的坡度较大时，也能满足垃圾传送，从而可通过增大履带53的坡度以达到节省空间的目的。

垃圾铲4位于底盘1前侧并倾斜布置，垃圾铲4上端与底盘1可转动连接且位于履带53下部的上方，垃圾铲4下端向地面延伸，底盘1上安装有带动垃圾铲4转动的伺服电机，移动时，控制伺服电机收起垃圾铲4，清扫时，放下垃圾铲4，在满足清扫的同时，也避免移动过程中垃圾铲4被刮到。

本发明实施例通过机械手臂3自由端的扫帚32将目标垃圾经垃圾铲4扫至履带53上，然后通过履带53将垃圾传送至垃圾箱体7中，结构简单；同时，采用这样的方式清扫垃圾，无论是较大的垃圾还是细小的垃圾均能清扫干净，同时角落的垃圾也能够清扫干净且清扫的速度较快、效率较高。

此外，转台31上安装有摄像装置8，转台31转动时，摄像装置8和机械手臂3同时转动，可对目标垃圾进行实时观测；如图3所示，主机包括控制模块、定位模块和储存模块，控制模块用于采集信息并发出控制信号，控制模块输入端与定位模块和摄像装置8连接，控制模块输出端与移动机构驱动电机、机械手臂伺服电机、机械手臂舵机、垃圾铲伺服电机和传送机构伺服电机信号连接，储存模块与控制模块连接，储存模块用于存储信息。定位模块将坐标信息传输给控制模块，控制模块对驱动电机发出指令，驱动该环卫机器人至指定位置，然后摄像装置8采集清扫区域的图像信息并传输给控制模块，控模模块控制机械手臂3伺服电机和舵机，活动机械手臂3，将垃圾经垃圾铲4清扫至履带53上，控制模块控制主动轮51伺服电机，主动轮51转动使履带53向上移动并将垃圾传送至垃圾箱体7中，从而实现垃圾清扫的智能化控制；同时，主机还包括与控制模块连接的通信模块，通信模块用于与远程服务器通信，从而实现对该环卫机器人的远程监控。

第二方面，如图4所示，本发明实施例提供了一种履带式垃圾传送环卫机器人的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，划分清扫区域为多个网格区域，对网格区域进行编号并将其坐标储存在储存模块中；

步骤二，获取当前坐标和目标网格区域的坐标信息，计算出行驶路线，控制驱动电机，行驶至该网格区域；

步骤三，控制垃圾铲伺服电机，放下垃圾铲4；

步骤四，获取该坐标网格区域的图像信息并进行分析，当没有发现目标垃圾时，进入步骤五，当发现目标垃圾时，进入步骤六；

步骤五，获取下一网格区域的坐标信息，控制垃圾铲伺服电机和移动机构驱动电机，收起垃圾铲4并行驶至下一网格区域，然后返回步骤三；

步骤六，分析与目标垃圾的相对位置关系，计算出与目标垃圾的距离和角度；

步骤七，控制机械手臂伺服电机和舵机，使机械手臂3旋转相应的角度并伸长相应的距离，将目标垃圾经垃圾铲4扫至履带53上；

步骤八，控制主传送机构伺服电机，主动轮51转动一个角度使履带53向上移动一个距离，然后返回步骤四。

本发明实施例采用这样的控制方法，使该环卫机器人自动对划分的网格区域逐一进行清扫，清扫路线清晰，不会造成路线重复；同时在清扫过程中，能自动实现机器人的移动、垃圾的识别、垃圾的清扫以及垃圾的传送全过程，从而实现该环卫机器人的智能化控制；而且，履带向上移动为间歇式移动，清扫一次垃圾，履带才向上移动一段距离，降低能耗，提高机器人的续航能力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种履带式垃圾传送环卫机器人，其特征在于：包括底盘、机械手臂、传送机构和垃圾铲；所述底盘下方设置有通过驱动电机驱动的移动机构，底盘后部顶面上设置有垃圾箱体，垃圾箱体顶面的前侧设有开口，所述垃圾箱体的前侧设置有安装架，所述安装架安装在底盘上并伸出垃圾箱体顶部；所述底盘前部顶面上设置有转台以及带动转台转动的伺服电机，所述机械手臂安装在转台上，机械手臂的自由端设置有扫帚；所述传送机构包括伺服电机、主动轮、从动轮和履带，所述主动轮安装在所述底盘前部，所述从动轮安装在安装架顶部，所述履带套在主动轮和从动轮上，所述伺服电机安装在底盘上并与主动轮动力连接；所述垃圾铲位于所述底盘前侧并倾斜布置，垃圾铲上端与所述底盘可转动连接且位于所述履带下部的上方，垃圾铲下端向地面延伸，底盘上安装有带动垃圾铲转动的伺服电机。

2.根据权利要求1所述的履带式垃圾传送环卫机器人，其特征在于：所述履带上设置有横向的挡板，所述挡板沿履带的纵向等间距布置。

3.根据权利要求1所述的履带式垃圾传送环卫机器人，其特征在于：所述机械手臂包括三节臂体以及连接所述臂体的支架，所述支架为两个底板背靠连接的U形槽，支架一端与所述一臂体固定连接，支架另一端与安装在另一臂体上的舵机的输出轴固定连接。

4.根据权利要求1所述的履带式垃圾传送环卫机器人，其特征在于：还包括蓄电池，所述蓄电池安装在所述底盘内。

5.根据权利要求1所述的履带式垃圾传送环卫机器人，其特征在于：所述移动机构为履带轮移动机构。

6.根据权利要求3所述的履带式垃圾传送环卫机器人，其特征在于：所述转台上安装有摄像装置。

7.根据权利要求6所述的履带式垃圾传送环卫机器人，其特征在于：还包括主机，所述主机安装在底盘内，主机包括控制模块、定位模块和储存模块，所述控制模块用于采集信息并发出控制信号，控制模块输入端与所述定位模块和摄像装置连接，控制模块输出端与所述移动机构驱动电机、机械手臂伺服电机、机械手臂舵机、垃圾铲伺服电机和传送机构伺服电机信号连接，所述储存模块与控制模块连接，储存模块用于存储信息。

8.根据权利要求7所述的履带式垃圾传送环卫机器人，其特征在于：所述主机还包括与所述控制模块连接的通信模块，所述通信模块用于与远程服务器通信。

9.一种如权利要求7所述的履带式垃圾传送环卫机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，划分清扫区域为多个网格区域，对网格区域进行编号并将其坐标储存在储存模块中；

步骤二，获取当前坐标和目标网格区域的坐标信息，计算出行驶路线，控制驱动电机，行驶至该网格区域；

步骤三，控制垃圾铲伺服电机，放下垃圾铲；

步骤四，获取该坐标网格区域的图像信息并进行分析，当没有发现目标垃圾时，进入步骤五，当发现目标垃圾时，进入步骤六；

步骤五，获取下一网格区域的坐标信息，控制垃圾铲伺服电机和移动机构驱动电机，收起垃圾铲并行驶至下一网格区域，然后返回步骤三；

步骤六，分析与目标垃圾的相对位置关系，计算出与目标垃圾的距离和角度；

步骤七，控制机械手臂伺服电机和舵机，使机械手臂旋转相应的角度并伸长相应的距离，将目标垃圾经垃圾铲扫至履带上；

步骤八，控制主传送机构伺服电机，主动轮转动一个角度使履带向上移动一个距离，然后返回步骤四。