CN106607925A - 一种新型垃圾处理机械手系统及其智能控制方法 - Google Patents

Abstract

一种新型垃圾处理机械手系统及其智能控制方法，整体结构主要包括支架、两个机械手、传送带、八个分类箱、八个分类板。其中设置两套结构相同的四自由度机械手，机械手的末端执行器采用交错布置的三根夹爪。该机械手系统结构简单，响应快，便于控制，提高了夹持的有效性。采用上述智能控制系统，使机械手能够准确到达目标瓶罐，并实现自动分类。解决了旅游垃圾中瓶罐分拣及分类的问题．为旅游业的健康发展提供了技术支撑。

Description

一种新型垃圾处理机械手系统及其智能控制方法

技术领域

本发明涉及一种新型垃圾处理机械手系统及其智能控制方法，适用于环保领域。

背景技术

据国家旅游局发布的《中国旅游业统计公报》统计，2010年至2013年，国内旅游人数分别为21．03亿、26．41亿、29．57亿、32．62亿，国内旅游人数的快速增长一定程度上体现了旅游业总体的快速发展。然而，旅游垃圾也随着旅游人数的增长而成正比增长。以矿泉水瓶、易拉罐、饮料罐(镀锡铁)、玻璃瓶为主的瓶罐类垃圾是旅游垃圾的主要组成部分之一，均属于可回收类垃圾，而人工将这些瓶罐从旅游垃圾中分拣出来并进行分类，不仅劳动量大，而且效率较低，另外，旅游垃圾中的有害物质也会损害工人的身体健康。故本文提出一种能够将上述瓶罐从旅游垃圾中分拣并自动进行分类的机械手系统，通过智能化控制实现全自动地高效作业。

发明内容

本发明提出了一种新型垃圾处理机械手系统及其智能控制方法，其中设置两套结构相同的四自由度机械手，机械手的末端执行器采用交错布置的三根夹爪。智能控制方法，首先采用摄像机确定目标瓶罐的位姿．然后在机械手靠近目标瓶罐的过程中加入模糊控制．保证对目标瓶罐的准确夹持，最后通过红外传感器来识别夹持瓶罐的种类。采用该智能控制方法控制上述机械手系统，能够将旅游垃圾中的瓶罐高效准确地分拣出来并进行分类。

本发明所采用的技术方案是：

所述机械手系统中设置两个结构相同的机械手同时工作，每个机械手在三个方向上的移送均采用气缸驱动，并加入了一转动自由度，机械手的末端执行器采用三根交错布置的夹爪。智能控制系统中加入模糊控制，并通过红外传感器快速识别夹持瓶罐的种类。

所述械手系统整体结构主要包括支架、两个机械手、传送带、八个分类箱、八个分类板。机械手结构相同，均为四自由度机械手。支1包括4根支柱和根横梁。其中一对相对设置的横梁上分别设置有X向导轨，每个X向导轨上均设有两个X向滑块，四个X向驱动气缸分别固定在上述一对相对设置的横梁1b的两端。两Y向臂与另外一对横梁平行设置，并且每个Y向臂分别与两对应X向滑块固接。Y向臂上设置有Y向导轨和Y向驱动气缸，Y向导轨上设置一Y向滑块。

Y向滑块一侧固定安装有向旋转电机，与输出轴止转连接的齿轮与齿轮啮合。齿轮与Z向旋转轴止转连接，Z向旋转轴通过与Y向滑块固定连接的上连接块和下连接块而保持。Z向旋转轴下端,与连接座的背板止转连接，连接座的横板固接在背板的下端，横板上固定有Z向驱动气缸，并且设置有两个导向孔。安装座包括顶板和两支撑板，顶板上设置两根导向柱。传送带沿X向设置在支架内，间歇性地输送旅游垃圾。八个分类箱3均布在传送带两侧，分类板设置在传送带和分类箱之间，并且分类板靠近传送带的一侧高于与靠近分类箱的一侧，从而在末端执行器将夹持瓶罐在分类板上松开时，瓶罐在自重作用下滑人对应分类箱。

所述机械手采用3根交错设置的夹爪提高了对瓶罐夹持的有效性。末端执行器包括夹持气缸、双面齿条、齿轮和以及三根夹爪。夹持气缸的活塞杆与双面齿条一端固接，齿轮分别与齿轮轴和止转连接，齿轮轴转动连接在两支撑板之间．且齿轮分别与双面齿条的其中一面啮合。两根夹爪与齿轮轴止转连接，并且位于齿轮的两侧，另外一根夹爪与齿轮轴止转连接，且该夹爪与齿轮在齿轮轴上的位置相对应。

诉述智能控制系统包括图像采集模块、图像处理模块、路径规划模块、种类识别模块、运动控制模块、传感器模块。图像采集模块由安装在与Y向臂平行的两横梁上的六个摄像机以及安装在安装座上的摄像机组成。传感器模块包括安装在各夹爪上的压力传感器以及安装在安装座上的红外传感器。

所述路径规划模块根据坐标值最小瓶罐的位姿信息以及机械手当前的位置及姿态信息规划机械手的夹持运动路径，并发送至运动控制模块，控制机械手各向驱动气缸以及Z向旋转电机的运动。同时，路径规划模块根据坐标值最大瓶罐的位姿信息以及机械手当前的位置及姿态信息规划机械手的夹持运动路径，并发送至运动控制模块。控制机械手b各向驱动气缸以及Z向旋转电机的运动。

本发明的有益效果是：系统结构简单，响应快，便于控制，提高了夹持的有效性。采用上述智能控制系统，使机械手能够准确到达目标瓶罐，并实现自动分类。解决了旅游垃圾中瓶罐分拣及分类的问题．为旅游业的健康发展提供了技术支撑。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的机械手整体结构图。

图2是本发明的A处局部放大图。

图3是本发明的末端执行器结构图。

图4是本发明的末端执行器B处局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

械手系统整体结构主要包括支架1、两个机械手a和b、传送带2、八个分类箱3、八个分类板4。机械手a和b结构相同，均为四自由度机械手。支架1包括4根支柱1a和4根横梁1b．其中一对相对设置的横梁1b上分别设置有X向导轨5．每个X向导轨5上均设有两个X向滑块6，四个X向驱动气缸7分别固定在上述一对相对设置的横梁1b的两端。两Y向臂8与另外一对横梁1b平行设置，并且每个Y向臂8分别与两对应X向滑块6固接。Y向臂8上设置有Y向导轨9和Y向驱动气缸10，Y向导轨9上设置一Y向滑块1l。

如图1，Z向旋转轴14下端,与连接座18的背板18a止转连接，连接座18的横板18b固接在背板18a的下端，横板18b上固定有Z向驱动气缸19，并且设置有两个导向孔。安装座21包括顶板21a和两支撑板21b，顶板21a上设置两根导向柱。传送带2沿X向设置在支架1内，间歇性地输送旅游垃圾。八个分类箱3均布在传送带2两侧，分类板4设置在传送带2和分类箱3之间，并且分类板4靠近传送带2的一侧高于与靠近分类箱3的一侧，从而在末端执行器20将夹持瓶罐在分类板4上松开时，瓶罐在自重作用下滑人对应分类箱3。

如图2，Y向滑块11一侧固定安装有Z向旋转电机12，与输出轴止转连接的齿轮与齿轮15啮合。齿轮15与Z向旋转轴14止转连接，Z向旋转轴14通过与Y向滑块11固定连接的上连接块16和下连接块17而保持。

如图3所示，采用3根交错设置的夹爪提高了对瓶罐夹持的有效性。末端执行器包括夹持气缸201、双面齿条202、齿轮203和204以及三根夹爪205。夹持气缸201的活塞杆与双面齿条202一端固接，齿轮203和204分别与齿轮轴206和207止转连接，齿轮轴206和207转动连接在两支撑板21b之间．且齿轮203和204分别与双面齿条202的其中一面啮合。两根夹爪205与齿轮轴206止转连接，并且位于齿轮203的两侧，另外一根夹爪205与齿轮轴207止转连接，且该夹爪与齿轮204在齿轮轴207上的位置相对应。

智能控制系统包括图像采集模块、图像处理模块、路径规划模块a和b、种类识别模块a和b、运动控制模块a和b、传感器模块。图像采集模块由安装在与Y向臂平行的两横梁1b上的六个摄像机a以及安装在安装座21上的摄像机b组成。传感器模块包括安装在各夹爪上的压力传感器以及安装在安装座21上的红外传感器。

Claims (7)

1.一种新型垃圾处理机械手系统及其智能控制方法，其特征是：所述机械手系统中设置两个结构相同的机械手同时工作，每个机械手在三个方向上的移送均采用气缸驱动，并加入了一转动自由度，机械手的末端执行器采用三根交错布置的夹爪。

2.根据权利要求1所述的一种新型垃圾处理机械手系统及其智能控制方法，其特征是：所述智能控制系统中加入模糊控制，并通过红外传感器快速识别夹持瓶罐的种类。

3.根据权利要求1所述的一种新型垃圾处理机械手系统及其智能控制方法，其特征是：所述械手系统整体结构主要包括支架、两个机械手、传送带、八个分类箱、八个分类板，机械手结构相同，均为四自由度机械手。

4.根据权利要求1所述的一种新型垃圾处理机械手系统及其智能控制方法，其特征是：所述机械手采用3根交错设置的夹爪提高了对瓶罐夹持的有效性。

5.根据权利要求1所述的一种新型垃圾处理机械手系统及其智能控制方法，其特征是：所述末端执行器包括夹持气缸、双面齿条、齿轮和以及三根夹爪。

6.根据权利要求1所述的一种新型垃圾处理机械手系统及其智能控制方法，其特征是：所述夹持气缸的活塞杆与双面齿条一端固接，齿轮分别与齿轮轴和止转连接，齿轮轴转动连接在两支撑板之间．且齿轮分别与双面齿条的其中一面啮合。

7.根据权利要求1所述的一种新型垃圾处理机械手系统及其智能控制方法，其特征是：所述路径规划模块根据坐标值最小瓶罐的位姿信息以及机械手当前的位置及姿态信息规划机械手的夹持运动路径，并发送至运动控制模块，控制机械手各向驱动气缸以及Z向旋转电机的运动。