CN106553196B - 能自动卸垃圾的环卫机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能自动卸垃圾的环卫机器人及其控制方法，包括底盘、垃圾箱体、吊架、吊绳以及通过驱动电机驱动的移动机构；所述垃圾箱体设置在底盘上，垃圾箱体的底部设置有两扇可开合的底板以及控制所述底板开合的伺服电机；所述吊架的中部横向弯折，吊架的下端通过转盘与底盘连接，所述转盘的转动由伺服电机控制，吊架上部的自由端和弯折处均设置有滑轮，所述吊绳一端与垃圾箱体连接，吊绳另一端绕过两个所述滑轮与安装在吊架下端的卷扬机的输出轴连接；所述移动机构安装在底盘下方。本发明可以替代环卫工人自动完成垃圾的清扫和倾卸，不仅能够清扫角落的垃圾，能同时适用于清扫不同的垃圾，还可提高清扫效率。

Description

能自动卸垃圾的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，具体涉及一种能自动卸垃圾的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，环卫工人风吹日晒，起早贪黑，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，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；此外，机器人清理完垃圾后，仍需要靠人来卸垃圾，无法实现垃圾的自动倾卸。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种能自动卸垃圾的环卫机器人及其控制方法，以替代环卫工人自动完成垃圾的清扫和倾卸，不仅能够清扫角落的垃圾，能同时适用于清扫不同的垃圾，还可提高清扫效率。

第一方面，本发明提供的一种能自动卸垃圾的环卫机器人，底盘、垃圾箱体、吊架、吊绳以及通过驱动电机驱动的移动机构；所述垃圾箱体设置在底盘上，垃圾箱体的底部设置有两扇可开合的底板以及控制所述底板开合的伺服电机；所述吊架的中部横向弯折，吊架的下端通过转盘与底盘连接，所述转盘的转动由伺服电机控制，吊架上部的自由端和弯折处均设置有滑轮，所述吊绳一端与垃圾箱体连接，吊绳另一端绕过两个所述滑轮与安装在吊架下端的卷扬机的输出轴连接；所述移动机构安装在底盘下方。

本发明的底盘上安装有吊架，垃圾箱体底部设有可开合的底板，卸垃圾时，吊架将垃圾箱体吊离底盘至垃圾倾卸位置上方，然后打开底板，自动完成垃圾的倾卸，卸完后合上底板，将垃圾箱体移回底盘上即可，整个过程机械作业，无需人工参与，结构简单且卸垃圾速度快。

进一步地，还包括安装架、机械手臂、垃圾铲和传送机构，所述安装架通过支撑架固定在底盘的前端且位于底盘上方；所述安装架顶部设置有转台以及控制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；所述垃圾铲位于所述底盘的前端；所述传送机构包括卷扬机、挂绳、液压杆和刮板，所述卷扬机安装在所述安装架顶部，所述挂绳上、下两端分别与所述卷扬机的输出轴和垃圾铲连接，所述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，所述刮板用于将垃圾铲内的垃圾推入垃圾箱体。

本发明通过带有扫帚的机械手臂将垃圾扫入垃圾铲中，当垃圾铲内的垃圾数量到达一定数量后，通过卷扬机将垃圾铲和收集到的垃圾一并提升至刮板下，伸长液压杆，推动刮板将垃圾推入垃圾箱体中，然后再将刮板和垃圾铲恢复到原来的位置进行下一个垃圾清扫循环。本发明直接采用机械手臂挥动扫帚对垃圾进行清扫，可以替代环卫工人，并且无论是较大的垃圾还是细小的垃圾均能进行清理，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。

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，所述垃圾铲的左侧、右侧和后侧均设置有挡板，后侧的挡板上端通过转动轴分别与左侧和右侧的挡板可转动地连接。在垃圾的收集和提升的过程中，垃圾铲的左侧、右侧和后侧的挡板能防止垃圾散落，同时，向垃圾箱体卸垃圾时，推动垃圾使后侧的挡板被顶起来并绕上端的转动轴转动，使垃圾通过后侧的挡板进入垃圾箱体中，卸完后自动回位。

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，所述垃圾铲和垃圾箱体的底板上均设置有压力传感器。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，垃圾铲和垃圾箱体的底板上设置有压力传感器，以获取垃圾铲和垃圾箱体内垃圾的重量信息。

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、垃圾铲压力传感器、垃圾箱体压力传感器以及摄像装置连接，控制模块输出端与所述移动机构驱动电机、垃圾箱体伺服电机、吊架伺服电机、吊架卷扬机、机械手臂伺服电机、机械手臂舵机、传送机构卷扬机和传送机构液压杆信号连接连接，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，控制模块对移动机构驱动电机发出指令，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的伺服电机和舵机，通过机械手臂将垃圾清扫至垃圾铲中，当垃圾铲中的垃圾达到一定重量后，垃圾铲压力传感器将信息传输给控制模块，控制模块控制卷扬机和液压杆，将垃圾传送至垃圾箱体中，当垃圾箱体内的垃圾达到一定重量后，垃圾箱体压力感应器将信息传输给控制模块，控制模块控制移动机构驱动电机驱动机器人至卸垃圾处，然后控制吊架伺服电机和卷扬机以及垃圾箱体伺服电机，倾卸垃圾，从而实现垃圾清扫和倾卸的智能化控制。

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，本发明提供的一种能自动卸垃圾的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，计算出行驶路线并控制移动机构驱动电机行驶至该网格区域；

步骤三，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，进入步骤四，当发现目标垃圾时，进入步骤五；

步骤四，获取下一网格区域的坐标信息，控制驱动电机行驶至下一网格区域，然后返回步骤三；

步骤五，分析与目标垃圾的相对位置关系，计算与目标垃圾的距离和角度；

步骤六，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，将目标垃圾扫入垃圾铲中；

步骤七，获取垃圾铲压力传感器的信息，压力达到设定阈值时，进入步骤八，未达到设定阈值时，返回步骤三；

步骤八，控制传送机构卷扬机转动，将垃圾铲提升至刮板高度；

步骤九，控制传送机构液压杆伸长，将垃圾铲内的垃圾推至后侧的垃圾箱体中；

步骤十，获取垃圾箱体压力传感器的信息，压力未达到设定阈值时，进入步骤十一，达到设定阈值时，进入步骤十二；

步骤十一，控制传送机构卷扬机转动，将垃圾铲放回到地面上，然后返回步骤三；

步骤十二，获取当前坐标和垃圾倾卸位置的坐标信息，计算出行驶路线并控制移动机构驱动电机行驶至垃圾倾卸位置；

步骤十三，控制吊架卷扬机和伺服电机，吊起垃圾箱体并将垃圾箱体移动至倾倒处上方；

步骤十四，控制垃圾箱体伺服电机，打开垃圾箱体的底板，达到设定时间后，合上垃圾箱体的底板；

步骤十五，控制吊架伺服电机和卷扬机，将垃圾箱体移回至底盘上；

步骤十六，控制移动机构驱动电机返回至原网格区域，然后返回步骤十一。

采用本发明的控制方法，该环卫机器人能自动完成垃圾的清扫和倾卸全过程；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，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，且该环卫机器人能自动感应垃圾箱体内的垃圾重量并自动完成垃圾的倾卸作业，实现了垃圾清扫整个过程的自动化、智能化。

本发明的有益效果是：可以替代环卫工人自动完成垃圾的清扫和倾卸，不仅能够清扫角落的垃圾，能同时适用于清扫不同的垃圾，还可提高清扫效率。

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为本发明实施例的垃圾箱体结构示意图；

图3为本发明实施例的机械手臂连接结构示意图；

图4为本发明实施例的垃圾铲结构示意图；

图5为本发明实施例的控制原理图；

图6为本发明实施例的控制方法流程图。

附图中，1表示底盘；2表示垃圾箱体；21表示底板；3表示吊架；31表示滑轮；32表示吊绳；4表示移动机构；5表示安装架；51表示支撑架；6表示机械手臂；61表示转台；62表示扫帚；63表示臂体；64表示支架；7表示垃圾铲；71表示挡板；81表示卷扬机；82表示挂绳；83表示液压杆；84表示刮板；9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至图2所示，本发明实施例提供了一种能自动卸垃圾的环卫机器人，包括底盘1、垃圾箱体2、吊架3、移动机构4、安装架5、机械手臂6、垃圾铲7和传送机构；移动机构4通过驱动电机驱动且安装在底盘1下方；垃圾箱体2设置在底盘1上，垃圾箱体2的底部设置有两扇可开合的底板21以及控制底板21开合的伺服电机，伺服电机通过蜗轮和蜗杆带动底板21的转轴以实现底板21的开合；吊架3的中部横向弯折，吊架3的下端通过转盘与底盘1连接，转盘的转动由伺服电机控制，吊架3上部的自由端和弯折处均设置有滑轮31，吊绳32一端与垃圾箱体2连接，吊绳32另一端绕过两个滑轮31与安装在吊架3下端的卷扬机的输出轴连接。卸垃圾时，吊架3将垃圾箱体2吊离底盘1至垃圾倾卸位置上方，然后打开底板21，自动完成垃圾的倾卸，卸完后合上底板21，将垃圾箱体2移回底盘1上即可，整个过程机械作业，无需人工参与，结构简单且卸垃圾速度快。

安装架5顶部设置有转台61以及控制转台61转动的伺服电机，机械手臂6安装在转台61上，机械手臂6的自由端设置有扫帚62，如图3所示，机械手臂6包括三节臂体63以及连接臂体63的支架64，支架64为两个底板21背靠连接的U形槽，支架64一端与一臂体63固定连接，支架64另一端与安装在另一臂体63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6水平转动和上下弯曲活动，可灵活地挥动扫帚62清扫垃圾。

垃圾铲7位于底盘1的前端，如图4所示，垃圾铲7的左侧、右侧和后侧均设置有挡板71，能防止垃圾在收集和提升的过程中散落，后侧的挡板71上端通过转动轴分别与左侧和右侧的挡板71可转动地连接，向垃圾箱体2卸垃圾时，推动垃圾使后侧的挡板71被顶起来并绕上端的转动轴转动，使垃圾通过后侧的挡板71进入垃圾箱体2中，卸完后自动回位。

传送机构包括卷扬机81、挂绳82、液压杆83和刮板84，卷扬机81安装在安装架5顶部，挂绳82上、下两端分别与卷扬机81的输出轴和垃圾铲7连接，液压杆83一端固定安装架5的前侧，液压杆83另一端与后侧的刮板84连接，刮板84用于将垃圾铲7内的垃圾推入垃圾箱体2，采用这样的方式，以实现垃圾的垂直和水平传送。

本发明实施例通过带有扫帚62的机械手臂6将垃圾扫入垃圾铲7中，当垃圾铲7内的垃圾数量到达一定数量后，通过卷扬机81将垃圾铲74和收集到的垃圾一并提升至刮板84下，伸长液压杆83，推动刮板84将垃圾推入垃圾箱体2中，然后再将刮板84和垃圾铲7恢复到原来的位置进行下一个垃圾清扫循环，这样直接采用机械手臂6挥动扫帚62对垃圾进行清扫，可以替代环卫工人，并且无论是较大的垃圾还是细小的垃圾均能进行清理，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。

转台61上安装有摄像装置9，垃圾铲7和垃圾箱体2的底板上均设置有压力传感器，主机安装在底盘1内，如图4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、垃圾铲压力传感器、垃圾箱体压力传感器以及摄像装置9连接，控制模块输出端与移动机构驱动电机、垃圾箱体伺服电机、吊架伺服电机、吊架卷扬机、机械手臂伺服电机、机械手臂舵机、传送机构卷扬机81和传送机构液压杆83信号连接连接，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，控制模块对移动机构驱动电机发出指令，驱动该环卫机器人至指定位置，然后摄像装置9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6的伺服电机和舵机，通过机械手臂6将垃圾清扫至垃圾铲7中，当垃圾铲7中的垃圾达到一定重量后，垃圾铲压力传感器将信息传输给控制模块，控制模块控制传送机构卷扬机81和液压杆83，将垃圾传送至垃圾箱体2中，当垃圾箱体2内的垃圾达到一定重量后，垃圾箱体2压力感应器将信息传输给控制模块，控制模块控制移动机构驱动电机驱动机器人至卸垃圾处，然后控制吊架伺服电机和卷扬机以及垃圾箱体伺服电机，倾卸垃圾，从而实现垃圾清扫和倾卸的智能化控制。

第二方面，如图6所示，本发明实施例提供了一种升降式垃圾收集方式的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，计算出行驶路线并控制移动机构驱动电机行驶至该网格区域；

步骤三，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，进入步骤四，当发现目标垃圾时，进入步骤五；

步骤四，获取下一网格区域的坐标信息，控制驱动电机行驶至下一网格区域，然后返回步骤三；

步骤五，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；

步骤六，控制机械手臂伺服电机和舵机，使机械手臂6旋转相应的角度并伸长相应的距离，将目标垃圾扫入垃圾铲7中；

步骤七，获取垃圾铲压力传感器的信息，压力达到设定阈值时，进入步骤八，未达到设定阈值时，返回步骤三；

步骤八，控制传送机构卷扬机81转动，将垃圾铲7提升至刮板84高度；

步骤九，控制传送机构液压杆83伸长，将垃圾铲7内的垃圾推至后侧的垃圾箱体2中；

步骤十，获取垃圾箱体压力传感器的信息，压力未达到设定阈值时，进入步骤十一，达到设定阈值时，进入步骤十二；

步骤十一，控制传送机构卷扬机81转动，将垃圾铲7放回到地面上，然后返回步骤三；

步骤十二，获取当前坐标和垃圾倾卸位置的坐标信息，计算出行驶路线并控制移动机构驱动电机行驶至垃圾倾卸位置；

步骤十三，控制吊架卷扬机和伺服电机，吊起垃圾箱体2并将垃圾箱体2移动至倾倒处上方；

步骤十四，控制垃圾箱体伺服电机，打开垃圾箱体2的底板21，达到设定时间后，合上垃圾箱体2的底板21；

步骤十五，控制吊架伺服电机和卷扬机，将垃圾箱体2移回至底盘1上；

步骤十六，控制移动机构驱动电机返回至原网格区域，然后返回步骤十一。

采用本发明的控制方法，该环卫机器人能自动完成垃圾的清扫和倾卸全过程；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，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，且该环卫机器人能自动感应垃圾箱体2内的垃圾重量并自动完成垃圾的倾卸作业，实现了垃圾清扫整个过程的自动化、智能化。

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 (8)

1.一种能自动卸垃圾的环卫机器人，其特征在于：包括底盘、垃圾箱体、吊架、吊绳以及通过驱动电机驱动的移动机构；所述垃圾箱体设置在底盘上，垃圾箱体的底部设置有两扇可开合的底板以及控制所述底板开合的伺服电机；所述吊架的中部横向弯折，吊架的下端通过转盘与底盘连接，所述转盘的转动由伺服电机控制，吊架上部的自由端和弯折处均设置有滑轮，所述吊绳一端与垃圾箱体连接，吊绳另一端绕过两个所述滑轮与安装在吊架下端的卷扬机的输出轴连接；所述移动机构安装在底盘下方；

还包括安装架、机械手臂、垃圾铲和传送机构，所述安装架通过支撑架固定在底盘的前端且位于底盘上方；所述安装架顶部设置有转台以及控制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；所述垃圾铲位于所述底盘的前端；所述传送机构包括卷扬机、挂绳、液压杆和刮板，所述卷扬机安装在所述安装架顶部，所述挂绳上、下两端分别与所述卷扬机的输出轴和垃圾铲连接，所述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，所述刮板用于将垃圾铲内的垃圾推入垃圾箱体。

2.根据权利要求1所述的能自动卸垃圾的环卫机器人，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，支架一端与一所述臂体固定连接，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。

3.根据权利要求1所述的能自动卸垃圾的环卫机器人，其特征在于：所述垃圾铲的左侧、右侧和后侧均设置有挡板，后侧的所述挡板上端通过转动轴分别与左侧和右侧的挡板可转动地连接。

4.根据权利要求1所述的能自动卸垃圾的环卫机器人，其特征在于：所述移动机构为履带轮移动机构。

5.根据权利要求2所述的能自动卸垃圾的环卫机器人，其特征在于：所述转台上安装有摄像装置，所述垃圾铲和垃圾箱体的底板上均设置有压力传感器。

6.根据权利要求5所述的能自动卸垃圾的环卫机器人，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、垃圾铲压力传感器、垃圾箱体压力传感器以及摄像装置连接，控制模块输出端与所述移动机构驱动电机、垃圾箱体伺服电机、吊架伺服电机、吊架卷扬机、机械手臂伺服电机、机械手臂舵机、传送机构卷扬机和传送机构液压杆信号连接，所述储存模块与控制模块连接，储存模块用于存储信息。

7.根据权利要求6所述的能自动卸垃圾的环卫机器人，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。

8.一种如权利要求6所述的能自动卸垃圾的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，计算出行驶路线并控制移动机构驱动电机行驶至该网格区域；

步骤三，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，进入步骤四，当发现目标垃圾时，进入步骤五；

步骤四，获取下一网格区域的坐标信息，控制驱动电机行驶至下一网格区域，然后返回步骤三；

步骤五，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；

步骤六，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，将目标垃圾扫入垃圾铲中；

步骤七，获取垃圾铲压力传感器的信息，压力达到设定阈值时，进入步骤八，未达到设定阈值时，返回步骤三；

步骤八，控制传送机构卷扬机转动，将垃圾铲提升至刮板高度；

步骤九，控制传送机构液压杆伸长，将垃圾铲内的垃圾推至后侧的垃圾箱体中；

步骤十，获取垃圾箱体压力传感器的信息，压力未达到设定阈值时，进入步骤十一，达到设定阈值时，进入步骤十二；

步骤十一，控制传送机构卷扬机转动，将垃圾铲放回到地面上，然后返回步骤三；

步骤十二，获取当前坐标和垃圾倾卸位置的坐标信息，计算出行驶路线并控制移动机构驱动电机行驶至垃圾倾卸位置；

步骤十三，控制吊架卷扬机和伺服电机，吊起垃圾箱体并将垃圾箱体移动至倾倒处上方；

步骤十四，控制垃圾箱体伺服电机，打开垃圾箱体的底板，达到设定时间后，合上垃圾箱体的底板；

步骤十五，控制吊架伺服电机和卷扬机，将垃圾箱体移回至底盘上；

步骤十六，控制移动机构驱动电机返回至原网格区域，然后返回步骤十一。