CN108360428A - 一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人及其控制方法，其中，垃圾拾取机械臂安装在前端能前后伸缩并左右旋转，所述垃圾容纳箱铰接在后侧并向后翻转；通过路径规划机器人自动运动到指定位置后，前端的垃圾拾取机械臂将垃圾捡拾起并存入垃圾存放斗中，当垃圾拾取机械臂前端的垃圾存放斗中的垃圾存满后，垃圾拾取机械臂向后摆动，将拾取的垃圾向后运输至垃圾容纳箱上方，并将垃圾放入垃圾容纳箱中，当垃圾容纳箱中的垃圾装满后，垃圾容纳箱向后翻转，将垃圾倾倒入垃圾站；本发明所述环卫机器人能够实时对景区、公园、小区等公共场所的垃圾进行巡检、运输以及卸载，无需清洁工人们每天定时清扫，智能程度大幅度提高。
Description
技术领域
本发明属于环保设备技术领域，适用于公园小区等公共场所，具体涉及一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人及其控制方法。
背景技术
随着人们生活水平的日益提高，旅游业得到了快速发展，然而随之而来的问题就是公园、景区等一些公共场所的垃圾不能够得到及时的清理，影响公共场所的环境卫生。当今景区、公园、小区、校园等一些公共场所主要依靠清洁工人按时清扫来维持清洁，这就使得清洁工人的工作环境比较恶略，而且通过清洁工人的按时清扫只能实现每天固定时间段进行清洁，这使得清洁效果也不能够达到预期。
现有的垃圾巡检设备对于不同形状的垃圾不能够完全适应，而且都针对于固定地点，应用比较专一且局限性较大。虽然中国专利CN 104074151A公开了一种用于垃圾收集的机器人，该机器人依靠机械臂末端的夹子拾取垃圾，由于夹子本身尺寸原因，该机构对于不同形状垃圾(如烟头和纸屑)的拾取存在一定的局限，而且该机器人通过躯干底端两滑轮实现移动，移动的稳定性较低，同时，该机器人只能用于某一固定场所，无法进行自动的路径规划，这使得机器人的数量必然增加，应用成本大幅增长。
发明内容
根据上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人及其控制方法，以改善现在公共场所的环境卫生，提高环卫工人的工作环境，同时也节约劳动力，结合说明书附图，本发明的技术方案如下：
一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人，由垃圾拾取机械臂1、垃圾容纳箱2和移动车体3组成，所述垃圾拾取机械臂1安装在移动车体3的前端，所述垃圾容纳箱2底部铰接在移动车体3的后端；
所述垃圾拾取机械臂1由底座100、第一拾取臂101、第一电动缸102、第二拾取臂103、第二电动缸104、第三拾取臂105、第三电动缸106、垃圾存放斗107、清扫滚刷108、滚轮电机109以及底座旋转驱动机构组成；
所述第一拾取臂101后端铰接在底座100上，第一拾取臂101、第二拾取臂103和第三拾取臂105依次铰接，第一电动缸102安装在第一拾取臂101前段与底座100之间，第二电动缸104安装在第一拾取臂101与第二拾取臂103之间，第三电动缸106安装在第二拾取臂103和第三拾取臂105之间，在上述三个电动缸的驱动下，上述三个拾取臂之间在竖直平面内相互摆动，实现垃圾拾取机械臂1在竖直平面内摆动；
所述垃圾存放斗107和清扫滚刷108并排安装在第三拾取臂105前端，滚轮电机109输出端与清扫滚刷108的滚轴连接；
所述底座旋转驱动机构与底座100相连，驱动底座100带动其上的垃圾拾取机械臂1在水平面内旋转。
所述底座100通过轴承支撑安装在移动车体3的前侧上方，实现与移动车体3的铰接；
所述底座100的上方设有铰座，第一拾取臂101后端一处通过圆柱销铰接于铰座的前端，第一电动缸102的缸体端铰接于铰座的后端，第一电动缸102的推杆端与第一拾取臂101的前端一处铰接，在第一电动缸102的驱动下，第一拾取臂101相对于铰座在竖直平面内摆动；第二拾取臂103的后端通过圆柱销与第一拾取臂101的前端另一处铰接，第二电动缸104的缸体端部铰接于第一拾取臂101后端另一处，第二电动缸104的推杆端与第二拾取臂103的中部一处铰接，在第二电动缸104的驱动下，第二拾取臂103相对于第一拾取臂101在竖直平面内摆动；第三拾取臂105的后端通过圆柱销与第二拾取臂103的后端铰接，第三电动缸106的缸体端铰接于第二拾取臂103中部另一处，所述第三电动缸106的推杆端与第三拾取臂105的中部铰接，在第三电动缸106的驱动下，第三拾取臂105相对于第二拾取臂103在竖直平面内摆动；
所述第一电动缸102、第二电动缸104和第三电动缸106分别驱动第一拾取臂101、第二拾取臂103和第三拾取臂105在竖直平面内摆动，以实现垃圾拾取机械臂1在竖直平面内的伸展或收缩
所述垃圾存放斗107通过圆柱销铰接安装在第三拾取臂105的前端，垃圾存放斗107的斗口朝前；所述清扫滚轮108的滚轮连接架也通过圆柱销铰接安装在第三拾取臂105的前端，且清扫滚轮108设置于垃圾存放斗107的前方与垃圾存放斗107的斗口相应，所述垃圾存放斗107与清扫滚轮108的铰接处均安装有扭簧，在扭簧的作用下，垃圾存放斗107与清扫滚轮108调整相对位置以适应地面及不同形状垃圾的捡拾；所述滚轮电机109安装在清扫滚轮108一侧的滚轮连接架上；在滚轮连接架的前端沿水平方向向外设有一块矩形的拨板。
所述底座旋转驱动机构由底座驱动电机110、底座主动齿轮111以及底座从动齿轮112组成；
所述底座主动齿轮111固定安装在底座100的下方，所述底座从动齿轮112安装在移动车体3上，底座主动齿轮111与底座从动齿轮112相啮合，所述底座驱动电机110的输出轴与底座从动齿轮112的齿轮轴相连，在底座驱动电机110驱动下，底座主动齿轮111带动底座从动齿轮112旋转，进而带动底座100在水平面上沿圆周方向摆动，最终使垃圾拾取机械臂1相对于移动车体3沿水平圆周方向旋转。
所述垃圾容纳箱2由斗身200、后盖201、底部座耳202以及斗身销轴203组成；所述斗身200的前侧挡板上方设有条形外沿，所述后盖201设置在斗身后侧，后盖201的上方两端与斗身200通过销轴铰接，后盖201的下方与斗身200后侧的底板外沿之间安装有拉紧机构，通过释放或锁止拉近机构，实现后盖201的打开或闭合；所述斗身200与车身3通过斗身销轴203与底部座耳202相配合连接实现铰接。
所述拉紧机构采用公开号为CN201410179170，名称为一种用于轻型自卸车的后门自动锁紧机构的专利文献中所公开的后门自动锁紧机构，所述拉紧机构的一端与后盖201的下方固定连接，拉紧机构的另一端与斗身200后侧的底板外沿固定连接，使得斗身200举升向后翻转时，拉紧机构的锁钩自动开启，使后盖201打开，斗身200降落向回翻转时，拉紧机构的锁钩随斗身200的降落而锁紧后盖201。
一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人的控制方法，所述控制方法为所述机器人在运动到指定位置后，前端的垃圾拾取机械臂1将垃圾捡拾起并存入垃圾存放斗107中，当垃圾拾取机械臂1前端的垃圾存放斗107中的垃圾存满后，垃圾拾取机械臂1向后摆动，将拾取的垃圾向后运输至垃圾容纳箱2上方，并将垃圾放入垃圾容纳箱2中，垃圾容纳箱2用于垃圾的存放，当垃圾容纳箱2中的垃圾装满后，垃圾容纳箱2在移动车体3上方并相对于移动车体3前后翻转，将垃圾倾倒入垃圾站；
上述控制方法的具体过程包括：机器人常规巡检及捡拾过程、垃圾存放斗储满中断过程以及垃圾容纳箱储满中断过程。
所述机器人常规巡检及捡拾过程具体如下：
S1：机器人构建工作区域地图；
S2：机器人进行全局路径规划，并将按照规划路径行走，检测是否发现垃圾；
S3：当机器人检测到垃圾后，控制系统将进行机器人位置局部路径规划，并向移动车体3的轮毂电机发送指令，控制机器人移动到规划的预定位置；
与此同时，控制系统进行机械臂位置路径规划，向垃圾拾取机械臂1的三个驱动缸发送指令，以驱动三个拾取壁在竖直平面内摆动，使垃圾拾取机械臂1运动至预定位置；
S4：在滚轮电机109的驱动下，清扫滚轮108将垃圾清理至垃圾存放斗107内，机械臂执行垃圾拾取动作，并检测垃圾是否被成功拾取；
S5：若垃圾未被捡起，则重新回到上一步骤，机械臂执行垃圾拾取动作，若超过预设的一定循环次数后垃圾仍未被捡起，则跳过该垃圾捡拾步骤，继续下面的步骤；
若垃圾被成功被捡起，则继续下面的步骤；
S6：检测并判断整个区域是否已被清扫完成，若已清扫完成则整个过程结束；
若还有垃圾未被清理，则返回至步骤S2，继续巡检垃圾，直至构建的区域内垃圾全部清扫完成，机器人常规巡检及捡拾过程结束。
所述垃圾存放斗储满中断过程具体如下：
D1：在执行机器人常规巡检及捡拾过程的同时，对垃圾存放斗内垃圾的存储的状态进行实时检测，检测垃圾存放斗是否已满；
D2：当检测到垃圾存放斗满后，中断执行机器人常规巡检及捡拾过程，此时，控制系统向底座旋转驱动机构发送指令，驱动底座100带动垃圾拾取机械臂1旋转，直至垃圾存放斗107到达垃圾容纳箱2的上方；
D3：控制系统向垃圾拾取机械臂1的三个驱动缸发送指令，执行垃圾存放斗垃圾倾倒动作，垃圾拾取机械臂1在竖直平面内收缩或伸展，直至将垃圾存放斗中的垃圾倒入垃圾容纳箱中；
D4：垃圾拾取机械臂1执行完垃圾存放斗垃圾倾倒后，控制系统向底座旋转驱动机构发送指令，驱动底座100带动垃圾拾取机械臂1回转至原位置，垃圾存放斗储满中断过程结束，继续执行常规巡检及捡拾过程。
所述垃圾容纳箱储满中断过程具体如下：
X1：在执行机器人常规巡检及捡拾过程的同时，对垃圾容纳箱内垃圾的存储的状态进行实时检测，检测垃圾容纳箱是否已满；
X2：当检测到垃圾容纳箱满后，中断执行机器人常规巡检及捡拾过程，此时，机器人以垃圾站为目标进行全局路径规划，控制系统向机器人移动车体3上的轮毂电机发送指令，控制机器人按照规划的路径运动至垃圾站；
X3：机器人到达垃圾站后，执行垃圾容纳箱卸载垃圾指令，控制系统向垃圾拾取机械臂1发出指令，垃圾拾取机械臂1在底座旋转驱动机构的带动下回转至垃圾容纳箱2位置处，在三个驱动缸的作用下，三个拾取臂相对运动，垃圾拾取机械臂1将垃圾容纳箱2前端抬起，使垃圾容纳箱2向后翻转，与此同时，拉紧机构被释放，使垃圾容纳箱2后端打开，垃圾容纳箱2实现卸载垃圾；
X4：垃圾容纳箱完成卸载垃圾后，控制系统向底座旋转驱动机构发送指令，驱动底座带动垃圾拾取机械臂1回转至原位置，垃圾容纳箱2储满中断过程结束，继续执行常规巡检及捡拾过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明所述环卫机器人能够实现对景区、公园、小区等公共场所的垃圾进行巡检、运输以及卸载，实时自动清理，无需清洁工人们每天定时清扫，智能程度大幅度提高，缓解了景区、小区、公园等地垃圾箱定时清理工作，公共场所的垃圾在第一时间被处理，给人们营造一个良好的生活环境；
2、本发明所述环卫机器人能够自行构建区域地图，并进行路径规划，应用限制条件少，可使用一个机器人进行多个场所的垃圾清理，在节约劳动力的同时也减小了使用成本；
3、本发明所述环卫机器人的垃圾拾取机械臂末端设计为滚轮结构，可拾取不同形状的垃圾，适用性强。
附图说明
图1为本发明所述环卫机器人的整体结构示意图；
图2为本发明所述环卫机器人的垃圾拾取机械臂的结构示意图；
图3为本发明所述环卫机器人的垃圾容纳箱的结构示意图；
图4a为本发明所述环卫机器人的控制方法中的主控制过程流程框图；
图4b为本发明所述环卫机器人的控制方法中的垃圾存放斗中断控制过程流程框图；
图4c为本发明所述环卫机器人的控制方法中的垃圾容纳箱中断控制过程流程框图；
图5为本发明所述环卫机器人正常行走时的状态示意图；
图6为本发明所述环卫机器人拾取垃圾时的状态示意图；
图7为本发明所述环卫机器人的垃圾存放斗向垃圾容纳箱倒放垃圾时的状态示意图；
图8为本发明所述环卫机器人的垃圾容纳箱向外倾倒垃圾时的状态示意图。
图中：
1-垃圾拾取机械臂，2-垃圾容纳箱， 3-移动车体；
100-底座， 101-第一拾取臂， 102-第一电动缸， 103-第二拾取臂，
104-第二电动缸， 105-第三拾取臂，106-第三电动缸， 107-垃圾存放斗，
108-清扫滚轮， 109-滚轮电机， 110-底座驱动电机， 111-底座主动齿轮，
112-底座从动齿轮；
200-斗身， 201-后盖， 202-底部座耳， 203-斗身销轴。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的技术方案，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
如图1所示，本发明提供了一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人，主要由垃圾拾取机械臂1、垃圾容纳箱2和移动车体3组成，所述移动车体3采用轮车式底盘，所述垃圾拾取机械臂1安装在移动车体3的前端，垃圾拾取机械臂1能够相对于移动车体3沿竖直方向在移动车体3上方前后摆动，以及相对于移动车体3在水平方向上左右摆动；所述垃圾容纳箱2安装在移动车体3的后端，垃圾容纳箱2的后方底部与移动车体3的后方铰接，垃圾容纳箱2能够相对于移动车体3沿竖直方向向后翻动；所述垃圾拾取机械臂1用于拾取垃圾并将垃圾收集在其前端的垃圾存放斗中，待垃圾存放斗中垃圾收集满后向垃圾容纳箱2倾倒，所述垃圾容纳箱2用于来的临时存放，待垃圾容纳箱2装满后，移动车体3将其自动运输到垃圾站，由垃圾拾取机械臂1配合垃圾容纳箱2实现垃圾的卸载。
如图2所示，所述垃圾拾取机械臂1由底座100、第一拾取臂101、第一电动缸102、第二拾取臂103、第二电动缸104、第三拾取臂105、第三电动缸106、垃圾存放斗107、清扫滚刷108、滚轮电机109、底座驱动电机110、底座主动齿轮111以及底座从动齿轮112组成。
所述底座100通过轴承支撑安装在移动车体3的前侧上方，实现与移动车体3的铰接；
所述底座100的上方设有铰座，所述第一拾取臂101后端一处通过圆柱销铰接于铰座的前端，所述第一电动缸102的缸体端铰接于铰座的后端，所述第一电动缸102的推杆端与第一拾取臂101的前端一处铰接，在第一电动缸102的驱动下，第一拾取臂101相对于铰座在竖直平面内摆动；所述第二拾取臂103的后端通过圆柱销与第一拾取臂101的前端另一处铰接，所述第二电动缸104的缸体端部铰接于第一拾取臂101后端另一处，所述第二电动缸104的推杆端与第二拾取臂103的中部一处铰接，在第二电动缸104的驱动下，第二拾取臂103相对于第一拾取臂101在竖直平面内摆动；所述第三拾取臂105的后端通过圆柱销与第二拾取臂103的后端铰接，所述第三电动缸106的缸体端铰接于第二拾取臂103中部另一处，所述第三电动缸106的推杆端与第三拾取臂105的中部铰接，在第三电动缸106的驱动下，第三拾取臂105相对于第二拾取臂103在竖直平面内摆动。
所述第一电动缸102、第二电动缸104和第三电动缸106分别驱动第一拾取臂101、第二拾取臂103和第三拾取臂105在竖直平面内摆动，以实现垃圾拾取机械臂1的伸展或收缩；
所述垃圾存放斗107通过圆柱销铰接安装在第三拾取臂105的前端，垃圾存放斗107的斗口朝前；所述清扫滚轮108的滚轮连接架也通过圆柱销铰接安装在第三拾取臂105的前端，且清扫滚轮108设置于垃圾存放斗107的前方与垃圾存放斗107的斗口相应，所述垃圾存放斗107与清扫滚轮108的铰接处均安装有扭簧，当垃圾拾取机械臂1处于行走或其他不处于垃圾拾取状态下时，如图5所示，垃圾存放斗107与清扫滚轮108处于悬空状态，且在扭簧的作用下，二者之间的距离较近，当垃圾拾取机械臂1处于拾取垃圾的状态时，清扫滚轮108与垃圾存放斗107被放置到地面上，如图6所示，并在扭簧的作用下，二者之间的相对位置可调，以适应地面及不同形状垃圾的捡拾；所述滚轮电机109安装在清扫滚轮108一侧的滚轮连接架上，滚轮电机109的输出端与清扫滚轮108的轮轴相连，从而驱动清扫滚轮108运转，实现将不同形状垃圾捡拾至垃圾存放斗107中；在滚轮连接架的前端沿水平方向向外设有一块矩形的拨板。
所述底座主动齿轮111固定安装在底座100的下方，所述底座从动齿轮112安装在移动车体3上，底座主动齿轮111与底座从动齿轮112相啮合，所述底座驱动电机110通过电机支座安装在移动车体3上，底座驱动电机110的输出轴与底座从动齿轮112的齿轮轴相连，在底座驱动电机110驱动下，底座主动齿轮111带动底座从动齿轮112旋转，进而带动底座100在水平面上沿圆周方向摆动，最终使垃圾拾取机械臂1相对于移动车体3沿水平圆周方向上的摆动。
当垃圾存放斗107中的垃圾存满后，在基于第一电动缸102、第二电动缸104和第三电动缸106分别驱动第一拾取臂101、第二拾取臂103和第三拾取臂105在竖直平面内摆动，实现垃圾拾取机械臂1的伸展或收缩的同时；在底座驱动电机110驱动下，底座100带动垃圾拾取机械臂1在水平面上沿圆周方向向后旋转180度，使垃圾拾取机械臂1拾取末端的垃圾存放斗107运动至垃圾容纳箱2上方，将垃圾存放斗107内的垃圾倾倒入垃圾容纳箱2内，如图7所示。
如图3所示，所述垃圾容纳箱2由斗身200、后盖201、底部座耳202以及斗身销轴203组成。所述斗身200为撮形，且斗身200的撮口朝后，所述斗身200的前侧挡板上方设有条形外沿，所述后盖201设置在斗身后侧撮口处，后盖201的上方两端与斗身200通过销轴铰接，后盖201的下方通过拉紧机构与斗身200后侧的底板外沿相贴合，所述拉紧机构采用公开号为CN201410179170，名称为一种用于轻型自卸车的后门自动锁紧机构的专利文献中所公开的后门自动锁紧机构，所述拉紧机构的一端与后盖201的下方固定连接，拉紧机构的另一端与斗身200后侧的底板外沿固定连接，使得斗身200举升向后翻转时，拉紧机构的锁钩自动开启，使后盖201打开，斗身200降落向回翻转时，拉紧机构的锁钩随斗身200的降落而锁紧后盖201；所述底部座耳202固定在斗身200底部靠后的位置，所述斗身200与车身3通过斗身销轴203与底部座耳202相配合连接实现铰接。
所述垃圾容纳箱2用于存放垃圾，当垃圾容纳箱2中的垃圾存储量达到一定数量后，环卫机器人将运动到指定的垃圾站，然后控制垃圾拾取机械臂1向后旋转摆动约180度，从移动车体3的前方摆动至斗身200前端的条形外沿处，使垃圾拾取机械臂1前端滚轮连接架前端的拨板搭靠在斗身200前端的条形外沿的下方，通过垃圾拾取机械臂1的摆动将斗身200的前端向上抬高，使得斗身200相对于移动车体3向后翻转，并释放拉紧机构，使得后盖201在重力的作用下与斗身200分离，实现垃圾容纳箱2后端打开，使垃圾容纳箱2内的垃圾向外倾倒，如图8所示；当垃圾倾倒结束后，垃圾拾取机械臂1反向摆动，斗身200在自身重力的作用下，其前端随之下降，斗身200反向翻转回原来状态，后盖200通过拉紧机构再次与斗身200贴合。
基于前述一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人的结构，本发明还提供了一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人的控制方法，整个控制过程为所述机器人在运动到指定位置后，前端的垃圾拾取机械臂1将垃圾捡拾起并存入垃圾存放斗107中，当垃圾拾取机械臂1前端的垃圾存放斗107中的垃圾存满后，垃圾拾取机械臂1向后摆动，将拾取的垃圾向后运输至垃圾容纳箱2上方，并将垃圾放入垃圾容纳箱2中，垃圾容纳箱2用于垃圾的存放，当垃圾容纳箱2中的垃圾装满后，垃圾容纳箱2在移动车体3上方并相对于移动车体3前后翻转，将垃圾倾倒入垃圾站，实现了对景区、公园、小区等公共场所垃圾的自动巡检、运输及卸载的智能控制。
所述控制过程具体包括：机器人常规巡检及捡拾过程、垃圾存放斗储满中断过程以及垃圾容纳箱储满中断过程。
如图4a、图5和图6所示，所述机器人常规巡检及捡拾过程具体如下：
S1：将所述机器人放到指定工作区域后，机器人首先通过其所搭载的三维激光雷达和双目摄像头自动构建工作区域地图；
S2：全局的区域地图构建完成后，机器人将进行全局路径规划，规划出一个可以覆盖整个工作区域的行驶轨迹，规划完成后，机器人将按照规划路径行走，进行巡检，检测是否发明垃圾；
S3：当机器人检测到垃圾后，控制系统将进行机器人位置局部路径规划，即根据机器人本身位置和检测到的垃圾所在位置进行局部路径规划，规划出一条可以捡拾起该垃圾的合理路径，并向机器人移动车体上的轮毂电机发送指令，使轮毂电机动作，控制机器人按照规划的路径行走，最终移动到规划的预定位置；与此同时，控制系统还将进行机械臂位置路径规划，并向机械臂驱动缸发送指令，使机械臂驱动缸动作，所述机械驱动臂驱动缸包括第一电动缸102、第二电动缸104和第三电动缸106，所述第一电动缸102、第二电动缸104和第三电动缸106分别驱动第一拾取臂101、第二拾取臂103和第三拾取臂105在竖直平面内摆动，并最终使机械臂及其末端的拾取端均运动至预定位置。
S4：当机器人和机械臂都已到达预定位置后，滚轮电机驱动清扫滚轮旋转，清扫滚轮将不停形状尺寸的垃圾清理至垃圾存放斗107内，机械臂执行垃圾拾取动作；接着检测垃圾是否被成功捡起；
S5：若垃圾未被捡起，则重新回到上一步骤，机械臂执行垃圾拾取动作，若超过预设的一定循环次数后垃圾仍未被捡起，则跳过该垃圾捡拾步骤，继续下面的步骤，若垃圾被成功被捡起，则继续下面的步骤；
S6：检测并判断整个区域是否已被清扫完成，若已清扫完成则整个过程结束，若还有垃圾未被清理，则返回至全局路径规划步骤，并继续下面的步骤，继续巡检垃圾，直至构建的区域内垃圾全部清扫完成，机器人常规巡检及捡拾过程结束。
如图4b和图7所示，所述垃圾存放斗储满中断过程为：当机器人执行前述常规巡检及捡拾过程的同时，对垃圾存放斗内的垃圾存储状态进行实施检测，当检测到垃圾存放斗内的垃圾量已达到预设的上限时，则此时中断机器人常规巡检及捡拾过程，开始执行垃圾存放斗储满中断过程，将垃圾存放斗内垃圾倾倒入垃圾容纳箱内，垃圾存放斗储满中断过程具体如下：
D1：在执行机器人常规巡检及捡拾过程的同时，对垃圾存放斗内垃圾的存储的状态进行实时检测，检测垃圾存放斗是否已满；
D2：当检测到垃圾存放斗满后，中断执行机器人常规巡检及捡拾过程，此时，控制系统向底座驱动电机发送指令，使底座驱动电机动作，驱动底座带动机械臂回转，并检测机械臂是否旋转到位，即机械臂末端的垃圾存放斗是否到达垃圾容纳箱的上方位置；
D3：当机械臂旋转到位后，控制系统向机械臂驱动缸发送指令，执行垃圾存放斗垃圾倾倒动作，即控制机械臂驱动缸动作，使所述第一电动缸、第二电动缸和第三电动缸分别驱动第一拾取臂、第二拾取臂和第三拾取臂在竖直平面内摆动，将垃圾存放斗中的垃圾倒入垃圾容纳箱中；
D4：机械臂执行完垃圾存放斗垃圾倾倒指令后，控制系统向底座驱动电机发送指令，使底座驱动电机动作，驱动底座带动机械臂回转至原位置，垃圾存放斗储满中断过程结束，继续执行常规巡检及捡拾过程。
如图4c和图8所示，所述垃圾容纳箱储满中断过程为：当机器人执行前述常规巡检及捡拾过程的同时，对垃圾容纳箱内的垃圾存储状态进行实施检测，当检测到垃圾容纳箱内的垃圾量已达到预设的上限时，则此时中断机器人常规巡检及捡拾过程，开始执行垃圾容纳箱储满中断过程，将垃圾容纳箱内垃圾倾倒入垃圾站处，垃圾容纳箱储满中断过程具体如下：
X1：在执行机器人常规巡检及捡拾过程的同时，对垃圾容纳箱内垃圾的存储的状态进行实时检测，检测垃圾容纳箱是否已满；
X2：当检测到垃圾容纳箱满后，中断执行机器人常规巡检及捡拾过程，此时，控制系统以垃圾站为目标进行全局路径规划，规划出路径后，控制系统向机器人移动车体上的轮毂电机发送指令，使轮毂电机动作，控制机器人按照规划的路径向垃圾站运动；
X3：当机器人到位后，即机器人到达垃圾站预定位置后，执行垃圾容纳箱卸载垃圾指令，控制系统向机械臂发出指令，机械臂回转至垃圾容纳箱位置处，并配合各机械臂驱动缸控制机械臂动作，将垃圾容纳箱前端抬起，使垃圾容纳箱向后翻转，与此同时，拉紧机构被释放，使垃圾容纳箱后端打开，实现垃圾容纳箱卸载垃圾；
X4：机器人执行完垃圾容纳箱卸载垃圾指令后，控制系统向底座驱动电机发送指令，使底座驱动电机动作，驱动底座带动机械臂回转至原位置，垃圾容纳箱储满中断过程结束，继续执行常规巡检及捡拾过程。
Claims (10)
1.一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人，由垃圾拾取机械臂(1)、垃圾容纳箱(2)和移动车体(3)组成，其特征在于：
所述垃圾拾取机械臂(1)安装在移动车体(3)的前端，所述垃圾容纳箱(2)底部铰接在移动车体(3)的后端；
所述垃圾拾取机械臂(1)由底座(100)、第一拾取臂(101)、第一电动缸(102)、第二拾取臂(103)、第二电动缸(104)、第三拾取臂(105)、第三电动缸(106)、垃圾存放斗(107)、清扫滚刷(108)、滚轮电机(109)以及底座旋转驱动机构组成；
所述第一拾取臂(101)后端铰接在底座(100)上，第一拾取臂(101)、第二拾取臂(103)和第三拾取臂(105)依次铰接，第一电动缸(102)安装在第一拾取臂(101)前段与底座(100)之间，第二电动缸(104)安装在第一拾取臂(101)与第二拾取臂(103)之间，第三电动缸(106)安装在第二拾取臂(103)和第三拾取臂(105)之间，在上述三个电动缸的驱动下，上述三个拾取臂之间在竖直平面内相互摆动，实现垃圾拾取机械臂(1)在竖直平面内摆动；
所述垃圾存放斗(107)和清扫滚刷(108)并排安装在第三拾取臂(105)前端，滚轮电机(109)输出端与清扫滚刷(108)的滚轴连接；
所述底座旋转驱动机构与底座(100)相连，驱动底座(100)带动其上的垃圾拾取机械臂(1)在水平面内旋转。
2.如权利要求1所述一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人，其特征在于：
所述底座(100)通过轴承支撑安装在移动车体(3)的前侧上方，实现与移动车体(3)的铰接；
所述底座(100)的上方设有铰座，第一拾取臂(101)后端一处通过圆柱销铰接于铰座的前端，第一电动缸(102)的缸体端铰接于铰座的后端，第一电动缸(102)的推杆端与第一拾取臂(101)的前端一处铰接，在第一电动缸(102)的驱动下，第一拾取臂(101)相对于铰座在竖直平面内摆动；第二拾取臂(103)的后端通过圆柱销与第一拾取臂(101)的前端另一处铰接，第二电动缸(104)的缸体端部铰接于第一拾取臂(101)后端另一处，第二电动缸(104)的推杆端与第二拾取臂(103)的中部一处铰接，在第二电动缸(104)的驱动下，第二拾取臂(103)相对于第一拾取臂(101)在竖直平面内摆动；第三拾取臂(105)的后端通过圆柱销与第二拾取臂(103)的后端铰接，第三电动缸(106)的缸体端铰接于第二拾取臂(103)中部另一处，所述第三电动缸(106)的推杆端与第三拾取臂(105)的中部铰接，在第三电动缸(106)的驱动下，第三拾取臂(105)相对于第二拾取臂(103)在竖直平面内摆动；
所述第一电动缸(102)、第二电动缸(104)和第三电动缸(106)分别驱动第一拾取臂(101)、第二拾取臂(103)和第三拾取臂(105)在竖直平面内摆动，以实现垃圾拾取机械臂(1)在竖直平面内的伸展或收缩。
3.如权利要求1所述一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人，其特征在于：
所述垃圾存放斗(107)通过圆柱销铰接安装在第三拾取臂(105)的前端，垃圾存放斗(107)的斗口朝前；所述清扫滚轮(108)的滚轮连接架也通过圆柱销铰接安装在第三拾取臂(105)的前端，且清扫滚轮(108)设置于垃圾存放斗(107)的前方与垃圾存放斗(107)的斗口相应，所述垃圾存放斗(107)与清扫滚轮(108)的铰接处均安装有扭簧，在扭簧的作用下，垃圾存放斗(107)与清扫滚轮(108)调整相对位置以适应地面及不同形状垃圾的捡拾；所述滚轮电机(109)安装在清扫滚轮(108)一侧的滚轮连接架上；在滚轮连接架的前端沿水平方向向外设有一块矩形的拨板。
4.如权利要求1-3中任意一项所述一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人，其特征在于：
所述底座旋转驱动机构由底座驱动电机(110)、底座主动齿轮(111)以及底座从动齿轮(112)组成；
所述底座主动齿轮(111)固定安装在底座(100)的下方，所述底座从动齿轮(112)安装在移动车体(3)上，底座主动齿轮(111)与底座从动齿轮(112)相啮合，所述底座驱动电机(110)的输出轴与底座从动齿轮(112)的齿轮轴相连，在底座驱动电机(110)驱动下，底座主动齿轮(111)带动底座从动齿轮(112)旋转，进而带动底座(100)在水平面上沿圆周方向摆动，最终使垃圾拾取机械臂(1)相对于移动车体(3)沿水平圆周方向旋转。
5.如权利要求1所述一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人，其特征在于：
所述垃圾容纳箱(2)由斗身(200)、后盖(201)、底部座耳(202)以及斗身销轴(203)组成；所述斗身(200)的前侧挡板上方设有条形外沿，所述后盖(201)设置在斗身后侧，后盖(201)的上方两端与斗身(200)通过销轴铰接，后盖(201)的下方与斗身(200)后侧的底板外沿之间安装有拉紧机构，通过释放或锁止拉近机构，实现后盖(201)的打开或闭合；所述斗身(200)与车身(3)通过斗身销轴(203)与底部座耳(202)相配合连接实现铰接。
6.如权利要求5所述一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人，其特征在于：
所述拉紧机构采用公开号为CN201410179170，名称为一种用于轻型自卸车的后门自动锁紧机构的专利文献中所公开的后门自动锁紧机构，所述拉紧机构的一端与后盖(201)的下方固定连接，拉紧机构的另一端与斗身(200)后侧的底板外沿固定连接，使得斗身(200)举升向后翻转时，拉紧机构的锁钩自动开启，使后盖(201)打开，斗身(200)降落向回翻转时，拉紧机构的锁钩随斗身(200)的降落而锁紧后盖(201)。
7.一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人的控制方法，其特征在于：
所述控制方法为所述机器人在运动到指定位置后，前端的垃圾拾取机械臂(1)将垃圾捡拾起并存入垃圾存放斗(107)中，当垃圾拾取机械臂(1)前端的垃圾存放斗(107)中的垃圾存满后，垃圾拾取机械臂(1)向后摆动，将拾取的垃圾向后运输至垃圾容纳箱(2)上方，并将垃圾放入垃圾容纳箱(2)中，垃圾容纳箱(2)用于垃圾的存放，当垃圾容纳箱(2)中的垃圾装满后，垃圾容纳箱(2)在移动车体(3)上方并相对于移动车体(3)前后翻转，将垃圾倾倒入垃圾站；
上述控制方法的具体过程包括：机器人常规巡检及捡拾过程、垃圾存放斗储满中断过程以及垃圾容纳箱储满中断过程。
8.如权利要求7所述一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人的控制方法，其特征在于：
所述机器人常规巡检及捡拾过程具体如下：
S1：机器人构建工作区域地图；
S2：机器人进行全局路径规划，并将按照规划路径行走，检测是否发现垃圾；
S3：当机器人检测到垃圾后，控制系统将进行机器人位置局部路径规划，并向移动车体(3)的轮毂电机发送指令，控制机器人移动到规划的预定位置；
与此同时，控制系统进行机械臂位置路径规划，向垃圾拾取机械臂(1)的三个驱动缸发送指令，以驱动三个拾取壁在竖直平面内摆动，使垃圾拾取机械臂(1)运动至预定位置；
S4：在滚轮电机(109)的驱动下，清扫滚轮(108)将垃圾清理至垃圾存放斗(107)内，机械臂执行垃圾拾取动作，并检测垃圾是否被成功拾取；
S5：若垃圾未被捡起，则重新回到上一步骤，机械臂执行垃圾拾取动作，若超过预设的一定循环次数后垃圾仍未被捡起，则跳过该垃圾捡拾步骤，继续下面的步骤；
若垃圾被成功被捡起，则继续下面的步骤；
S6：检测并判断整个区域是否已被清扫完成，若已清扫完成则整个过程结束；
若还有垃圾未被清理，则返回至步骤S2，继续巡检垃圾，直至构建的区域内垃圾全部清扫完成，机器人常规巡检及捡拾过程结束。
9.如权利要求8所述一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人的控制方法，其特征在于：
所述垃圾存放斗储满中断过程具体如下：
D1：在执行机器人常规巡检及捡拾过程的同时，对垃圾存放斗内垃圾的存储的状态进行实时检测，检测垃圾存放斗是否已满；
D2：当检测到垃圾存放斗满后，中断执行机器人常规巡检及捡拾过程，此时，控制系统向底座旋转驱动机构发送指令，驱动底座(100)带动垃圾拾取机械臂(1)旋转，直至垃圾存放斗(107)到达垃圾容纳箱(2)的上方；
D3：控制系统向垃圾拾取机械臂(1)的三个驱动缸发送指令，执行垃圾存放斗垃圾倾倒动作，垃圾拾取机械臂(1)在竖直平面内收缩或伸展，直至将垃圾存放斗中的垃圾倒入垃圾容纳箱中；
D4：垃圾拾取机械臂(1)执行完垃圾存放斗垃圾倾倒后，控制系统向底座旋转驱动机构发送指令，驱动底座(100)带动垃圾拾取机械臂(1)回转至原位置，垃圾存放斗储满中断过程结束，继续执行常规巡检及捡拾过程。
10.如权利要求8所述一种用于垃圾自动拾取、搬运及卸载的环卫机器人的控制方法，其特征在于：
所述垃圾容纳箱储满中断过程具体如下：
X1：在执行机器人常规巡检及捡拾过程的同时，对垃圾容纳箱内垃圾的存储的状态进行实时检测，检测垃圾容纳箱是否已满；
X2：当检测到垃圾容纳箱满后，中断执行机器人常规巡检及捡拾过程，此时，机器人以垃圾站为目标进行全局路径规划，控制系统向机器人移动车体(3)上的轮毂电机发送指令，控制机器人按照规划的路径运动至垃圾站；
X3：机器人到达垃圾站后，执行垃圾容纳箱卸载垃圾指令，控制系统向垃圾拾取机械臂(1)发出指令，垃圾拾取机械臂(1)在底座旋转驱动机构的带动下回转至垃圾容纳箱(2)位置处，在三个驱动缸的作用下，三个拾取臂相对运动，垃圾拾取机械臂(1)将垃圾容纳箱(2)前端抬起，使垃圾容纳箱(2)向后翻转，与此同时，拉紧机构被释放，使垃圾容纳箱(2)后端打开，垃圾容纳箱(2)实现卸载垃圾；
X4：垃圾容纳箱完成卸载垃圾后，控制系统向底座旋转驱动机构发送指令，驱动底座带动垃圾拾取机械臂(1)回转至原位置，垃圾容纳箱(2)储满中断过程结束，继续执行常规巡检及捡拾过程。
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