CN106564061A - 升降式垃圾传送环卫机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升降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，安装架通过支撑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。

Description

升降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，具体涉及一种升降式垃圾传送环卫机器人及其控制方法。

背景技术

众所周知，环卫工人是一个辛苦而高尚的职业，为了创造良好的生活环境，他们风吹日晒，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。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种升降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，而且可提高清扫效率。

第一方面，本发明提供的一种升降式垃圾传送环卫机器人，包括底盘、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；所述底盘下方设置有通过驱动电机驱动的移动机构，底盘上面设置有垃圾箱体；所述安装架顶部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；所述垃圾铲位于所述底盘的前端；所述传送机构包括卷扬机、吊绳、液压杆和刮板，所述卷扬机安装在所述安装架顶部，所述吊绳上、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，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，所述垃圾铲的底板上设置有压力传感器。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，垃圾铲的底板上设置有压力传感器，能自动感知垃圾铲内垃圾的数量。

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、压力传感器和摄像装置连接，控制模块输出端与所述驱动电机、伺服电机、舵机、卷扬机和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，活动机械手臂，将垃圾清扫至垃圾铲中，当垃圾铲中的垃圾达到一定数量后，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，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，本发明提供的一种升降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，计算出行驶路线并控制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，控制卷扬机转动，将垃圾铲提升至刮板高度；

步骤九，控制液压杆伸长，将垃圾铲内的垃圾推至后侧的垃圾箱体中；

步骤十，控制卷扬机转动，将垃圾铲放回到地面上，然后返回步骤三。

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。

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。

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为本发明实施例的垃圾铲结构示意图；

图4为本发明实施例的控制原理图；

图5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；21表示支撑架；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；41表示挡板；51表示卷扬机；52表示吊绳；53表示液压杆；54表示刮板；6表示移动机构；7表示垃圾箱体；8表示摄像装置；9表示压力传感器。

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升降式垃圾传送环卫机器人，包括底盘1、安装架2、机械手臂3、垃圾铲4、传送机构、蓄电池和主机，安装架2通过支撑架21固定在底盘1的前端且位于底盘上方，垃圾铲4位于底盘1的前端，支撑架21挡在垃圾铲4后面，防止垃圾铲晃动；底盘1下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上面放置有垃圾箱体7，蓄电池和主机均安装在底盘1内。

安装架2顶部设置有转台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。

如图3所示，垃圾铲4的左侧、右侧和后侧均设置有挡板41，能防止垃圾在收集和提升的过程中散落，后侧的挡板41上端通过转动轴分别与左侧和右侧的挡板41可转动地连接，向垃圾箱体7卸垃圾时，推动垃圾使后侧的挡板41被顶起来并绕上端的转动轴转动，使垃圾通过后侧的挡板41进入垃圾箱体7中，卸完后自动回位。

传送机构包括卷扬机51、吊绳52、液压杆53和刮板54，卷扬机51安装在安装架2顶部，吊绳52上、下两端分别与卷扬机51的输出轴和垃圾铲4连接，液压杆53一端固定安装架2的前侧，液压杆53另一端与后侧的刮板54连接，刮板54用于将垃圾铲4内的垃圾推入垃圾箱体7，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32的机械手臂3将垃圾扫入垃圾铲4中，当垃圾铲4内的垃圾数量到达一定数量后，通过卷扬机51将垃圾铲4和收集到的垃圾一并提升至刮板54下，伸长液压杆53，推动刮板54将垃圾推入垃圾箱体7中，然后再将刮板54和垃圾铲4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3挥动扫帚32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。

此外，转台31上安装有摄像装置8，垃圾铲4的底板上设置有压力传感器9，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、压力传感器9和摄像装置8连接，控制模块输出端与驱动电机、伺服电机、舵机、卷扬机51和液压杆53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，控制模块控制机械手臂3的伺服电机和舵机，通过机械手臂3，将垃圾清扫至垃圾铲4中，当垃圾铲4中的垃圾达到一定数量后，压力传感器9将信息传输给控制模块，控制模块控制卷扬机51和液压杆53，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5所示，本发明实施例提供了一种升降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，计算出行驶路线并控制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，将目标垃圾扫入垃圾铲4中；

步骤七，获取压力传感器9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，控制卷扬机51转动，将垃圾铲4提升至刮板54高度；

步骤九，控制液压杆53伸长，将垃圾铲4内的垃圾推至后侧的垃圾箱体7中；

步骤十，控制卷扬机51转动，将垃圾铲4放回到地面上，然后返回步骤三。

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。

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)

1.一种升降式垃圾传送环卫机器人，其特征在于：包括底盘、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；所述底盘下方设置有通过驱动电机驱动的移动机构，底盘上面设置有垃圾箱体；所述安装架顶部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；所述垃圾铲位于所述底盘的前端；所述传送机构包括卷扬机、吊绳、液压杆和刮板，所述卷扬机安装在所述安装架顶部，所述吊绳上、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所述的升降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。

3.根据权利要求1所述的升降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。

4.根据权利要求1所述的升降式垃圾传送环卫机器人，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。

5.根据权利要求1所述的升降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2所述的升降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，所述垃圾铲的底板上设置有压力传感器。

7.根据权利要求6所述的升降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、压力传感器和摄像装置连接，控制模块输出端与所述驱动电机、伺服电机、舵机、卷扬机和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。

8.根据权利要求7所述的升降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所述的升降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，计算出行驶路线并控制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，控制卷扬机转动，将垃圾铲提升至刮板高度；

步骤九，控制液压杆伸长，将垃圾铲内的垃圾推至后侧的垃圾箱体中；

步骤十，控制卷扬机转动，将垃圾铲放回到地面上，然后返回步骤三。