CN109279237A - 一种用于无人垃圾转运车的垃圾投放系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于无人垃圾转运车的垃圾分类投放系统及其控制方法，该系统包括车架和投放窗口，每个投放窗口上设置一个舱门，舱门绕舱门门轴转动，舱门门轴固定安装在车架上；还包括依次连接的垃圾信息识别装置、舱门启闭控制单元和舱门启闭驱动机构，其中垃圾信息识别装置用于自动识别所要投放的垃圾种类；舱门启闭控制单元用于接收垃圾种类信息，并依据控制策略形成对应的舱门启闭指令并发送给舱门启闭驱动机构；舱门启闭驱动机构用于接收舱门启闭控制单元的控制指令，并依据控制指令驱动对应的舱门门轴转动，从而控制对应的舱门启闭。该系统采用智能化控制方法，实现一个或多个垃圾投放舱门的开启、停止、关闭，可满足用户的垃圾分类投放需求。

Description

一种用于无人垃圾转运车的垃圾投放系统及其控制方法

技术领域

本发明属于汽车工业技术领域，更具体地说，涉及一种用于无人垃圾转运车的垃圾分类投放系统及其控制方法。

背景技术

垃圾分类，指按一定规定或标准将垃圾分类储存、分类投放和分类搬运，从而转变成公共资源的一系列活动的总称。分类的目的是提高垃圾的资源价值和经济价值，力争物尽其用。垃圾分类是对垃圾收集处置传统方式的改革，是对垃圾进行有效处置的一种科学管理方法。人们面对日益增长的垃圾产量和环境状况恶化的局面，如何通过垃圾分类管理，最大限度地实现垃圾资源利用，减少垃圾处置量，改善生存环境质量，是当前世界各国共同关注的迫切问题之一。

目前某些用于特殊转运用途的车辆例如垃圾转运车大多采用较为原始的投放装置，需要人工开启对应舱门并人工关闭，或垃圾分类也是通过人工完成，这种垃圾转运车存在着分类效率低、分类不准确等问题。

发明内容

针对现有技术中的技术空白，本发明的目的是提供一种用于无人垃圾转运车的垃圾分类投放系统及其控制方法，该系统采用智能化控制方法，实现一个或多个垃圾投放舱门的开启、停止、关闭。可满足用户的垃圾分类投放需求，实现了垃圾分类投放与车辆转运的直接对接，提高工作效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的在于提出一种用于无人垃圾转运车的垃圾投放系统，包括车架和若干个投放窗口，所述投放窗口位于车架顶部且并排铺设于车架顶部中心线两侧，每个投放窗口上设置一个舱门，舱门绕舱门门轴转动，所述舱门门轴通过门轴支架固定安装在所述车架上；还包括：

垃圾信息识别装置，所述垃圾信息识别装置连接舱门启闭控制单元，用于自动识别所要投放的垃圾种类，并将得到的信息传递至舱门启闭控制单元；

舱门启闭控制单元，所述舱门启闭控制单元分别与垃圾信息识别装置和舱门启闭驱动机构连接，用于接收垃圾种类信息，并依据控制策略形成对应的舱门启闭指令并发送给舱门启闭驱动机构；

舱门启闭驱动机构，用于接收舱门启闭控制单元的控制指令，并依据控制指令驱动对应的舱门门轴转动，从而控制对应的舱门启闭。

进一步地，所述舱门启闭控制单元包括工控机，所述工控机分别连接垃圾信息识别装置和单片机，所述工控机用于接收垃圾信息识别装置传输的图像信号，根据深度学习建立的图像库对比分析后提取出图像信号中的文字信息，并根据建立的文字信息对应规则向单片机发送相应的触发信号；所述单片机用于将触发信号发送至舱门启闭驱动机构。

更进一步地，所述舱门启闭控制单元还包括车载电池，所述车载电池分别连接工控机和单片机。

更进一步地，所述舱门启闭控制单元还连接远程操作平台，所述远程操作平台用于接收垃圾信息识别装置采集的信息、监控舱门状态并实现远程控制垃圾投放。

进一步地，所述舱门启闭驱动机构包括主轴、驱动电机、若干电磁离合器、若干啮合齿轮组和电磁制动器，所述驱动电机、若干电磁离合器和电磁制动器均连接舱门启闭控制单元；所述主轴设置在车架顶部中心线上，主轴一端固定连接驱动电机从而获得所述驱动电机的传动转矩，另一端连接所述电磁制动器；所述电磁离合器的数量与舱门数量相同，且电磁离合器与舱门一一对应；所述电磁离合器的转子与主轴连接，从动盘在主轴上游动；所述啮合齿轮组的数量与电磁离合器数量相同，且啮合齿轮组与电磁离合器一一对应；每组啮合齿轮组包括一对相互啮合的齿轮对，其中主动齿轮中间开孔且与所述电磁离合器从动盘铆接，从动齿轮安装在舱门门轴上。

更进一步地，所述电磁离合器通过电磁离合器支座安装在车架顶部。

进一步地，所述垃圾投放系统还包括储物信息采集装置，所述储物信息采集装置包括采集垃圾桶内装载信息的压应变片式传感器和红外传感器，所述储物信息采集装置连接舱门启闭控制单元。

本发明的第二个目的在于提出上述无人垃圾转运车的垃圾投放系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：接通电源，垃圾信息识别装置采集垃圾图像信息，并将该图像信息发送至舱门启闭控制单元；

步骤2：舱门启闭控制单元接收来自垃圾信息识别装置的图像信息，依据控制策略形成对应的舱门启闭指令并发送至舱门启闭驱动机构；

步骤3：舱门启闭驱动机构接收舱门启闭控制单元的控制指令，并依据控制指令驱动对应的舱门门轴转动，从而控制对应的舱门启闭。

进一步地，所述舱门启闭控制单元包括工控机，所述工控机分别连接垃圾信息识别装置和单片机，所述工控机用于接收垃圾信息识别装置传输的图像信号，根据深度学习建立的图像库对比分析后提取出图像信号中的文字信息，并根据建立的文字信息对应规则向单片机发送相应的触发信号；所述单片机用于将触发信号发送至舱门启闭驱动机构。

进一步地，所述舱门启闭驱动机构为如上述的舱门启闭驱动机构；所述步骤3的具体控制方法包括如下步骤：

S1、驱动电机接收到来自舱门启闭控制单元的控制指令后，驱动电机启动正转并带动主轴旋转，并将启动信号反馈给舱门启闭控制单元；

S2、舱门启闭控制单元接收到驱动电机启动的反馈信号后，向对应的舱门的电磁离合器发出控制指令，所述电磁离合器通电；

S3、所述电磁离合器通电后，对应舱门的啮合齿轮组完成与主轴的接合，对应舱门进入开启状态；

S4、对应舱门开启到主轴转动角度为90°时，舱门启闭控制单元发出指令控制驱动电机断电、电磁制动器通电产生制动，舱门维持开启状态不变，三十秒后，舱门启闭控制单元发出指令控制电磁制动器断电放松制动、驱动电机反转带动主轴反向旋转关闭对应舱门；

S5、舱门关闭后，舱门启闭控制单元对驱动电机、电磁离合器、电磁制动器发出指令控制其断电。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果如下：

(1)本发明的用于无人垃圾转运车的垃圾分类投放系统及其控制方法通过外部触发产生相应数字信号，并通过控制单元控制电机、电磁离合器以及电磁制动器，同时实现一个或多个垃圾投放舱门的开启、停止、关闭。可满足用户的垃圾分类投放需求，实现了垃圾分类投放与车辆转运的直接对接，显著提高了工作效率。

(2)本发明的用于无人垃圾转运车的垃圾分类投放系统在应用过程中可实现高度的智能化，即使是没有使用经验的新用户也可以通过一个简单的外部信号触发器开启对应的舱门，将垃圾投入该舱门下的桶内即可完成投放过程，有效实现垃圾的分类、降低使用门槛、提高工作效率。

附图说明

图1是实施例1中用于无人垃圾转运车的垃圾投放系统的结构示意图；

图2是实施例1中垃圾信息识别装置与舱门启闭控制单元的结构示意图；

图3是实施例1中用于无人垃圾转运车的垃圾投放系统的舱门启闭驱动机构局部结构示意图；

图4是实施例2中载垃圾分类投放系统的一个优选舱门启闭控制方法的逻辑框图。

图5是实施例2中车载垃圾分类投放系统实现单个舱门启闭的拓扑图。

图6是实施例2中车载垃圾分类投放系统实现多个舱门启闭的拓扑图。

具体实施方式

下面申请人结合具体实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为本发明请求保护范围的限定。

实施例1

如图1所示，本实施例的用于无人垃圾转运车的垃圾投放系统包括位于垃圾车车身上的车架1和6个投放窗口2，投放窗口2位于车架1顶部且并排铺设于车架顶部中心线两侧，每个投放窗口2上设置一个舱门3，舱门3绕舱门门轴4转动，舱门门轴4通过门轴支架5固定安装在所述车架1上；每个舱门3均由垃圾信息识别装置-舱门启闭控制单元-舱门启闭驱动机构共同作用来控制启闭。

本实施例中的垃圾信息识别装置为工业摄像头(图中未画出)，设置于无人垃圾转运车的车身上，用于自动识别所要投放的垃圾种类。本实施例中的舱门启闭控制单元被密封在车架尾部的密封盒14内，包括工控机6和单片机7，工控机6分别连接工业摄像头和单片机7。工控机6用于接收工业摄像头传输的图像信号，根据深度学习建立的图像库对比分析后提取出图像信号中的文字信息，并根据建立的文字信息对应规则向单片机7发送相应的触发信号；所述单片机7用于将触发信号发送至舱门启闭驱动机构，从而控制相应的舱门启闭(如图2所示)。

结合图1和图3，本实施例中的舱门启闭驱动机构位于车架顶部中间支撑板15上。舱门启闭驱动机构包括主轴8、驱动电机9、6个相同的电磁离合器10、6组相同的啮合齿轮组11和电磁制动器12，驱动电机9、电磁离合器10和电磁制动器12均连接舱门启闭控制单元的单片机8。其中驱动电机9固定安装在支撑板15的一端，电磁制动器12固定安装在支撑板15的另一端。主轴8设置在车架顶部中心线上，主轴8一端通过连轴器16固定连接驱动电机9从而获得驱动电机9的传动转矩，另一端连接电磁制动器12。电磁离合器10通过电磁离合器支座13安装在车架1顶部的支撑板15上，每个电磁离合器10对应控制一个舱门3；电磁离合器10的转子10-1通过平键与主轴8连接，从动盘在主轴8上游动。每组啮合齿轮组11均与一个电磁离合器10配合来实现主轴8和对应舱门门轴4之间的动力传递，每组啮合齿轮组11包括一对相互啮合的齿轮对，其中主动齿轮11-1中间开孔且与所对应的电磁离合器10从动盘铆接，从动齿轮11-2与舱门门轴4以平键连接，实现动力由驱动电机9、主轴8至舱门门轴4的传递。当电磁离合器10有电流通过时，从动盘和主动部件吸合，将主轴上的力矩从主动轴一侧传递到从动轴一侧，从而实现开启或关闭舱门3。同时，为了保证舱门3的转动范围被控制在0-90度范围内，电磁制动器12为通电抱紧式，其底座固定于电磁离合器支座13上，其转子通过平键与主轴8连接。当驱动电机9转动角度达到90度时，单片机7检测到反馈信号，断开电流；此时电磁制动器12因为断电没有磁场，处于制动抱死状态，使主轴8以及通过齿轮组合11与主轴8连接的舱门3停止运动。

由此可见，本实施例中的驱动电机9用于通过接收来自单片机7的控制指令，实现驱动电机9的启停、正(反)转，以达到主轴启停、正(反)转的目的；电磁离合器10通过接收来自单片机7的控制指令，实现电磁离合器10从动盘与转子的结合与放松，以达到驱动电机转矩向啮合齿轮组11及舱门门轴4传递或断开的目的；电磁制动器12通过接收来自单片机7的控制指令，实现对主轴8的抱死与放松，在舱门3开启完毕后使之维持在一个稳定不动的状态。

舱门启闭控制单元的单片机7与驱动电机9、电磁离合器10之间为电连接并能够识别车身上的工控机6发送的相关触发信号，向驱动器发出PWM脉冲信号，再连接驱动电机9，控制驱动电机9的正反转，从而将转动力矩传递给主轴8，再由主轴8传递至电磁离合器10主动部件。可以理解地，该舱门启闭控制单元还可以根据外部触发装置所发送的控制信号，控制单个电磁离合器10的电流通断，从而实现特定舱门的开启或关闭；也可以同时控制多个电磁离合器的电流通断，从而实现多个舱门的开启或关闭；也可以通过电流通断控制电磁制动器12的工作状态进而控制舱门3在转动到相应角度后启停。

在其他一些实施例中，本发明的舱门启闭控制单元还包括车载电池及紧停按钮；该车载电池与分别连接工控机6和单片机7，可以在遇到意外或者其他不可避免的突发情况时，关闭或开启舱门3；紧停开关可以作为手动开关，同样在遇到意外或者其他不可避免的突发情况时，可手动采取措施应对突发问题。

在其他一些实施例中，本发明的舱门启闭控制单元还连接远程操作平台，该远程操作平台用于接收垃圾信息识别装置采集的信息、监控舱门状态并实现远程控制垃圾投放。通过远程操作平台与上层监控平台及普通用户对接，将舱门状态上传至电脑端或者手机客户端，方便工作人员进行远程监控及控制，实现无人值守；同时，方便用户操作，简化垃圾投放流程。

对于垃圾分类投放系统还可以布置储物信息采集装置，通过预先设置垃圾桶内装载限值，设置压应变片式传感器与红外传感器模块称量桶内载重、测量桶内物品到桶体顶部的距离以采集桶内装载信息并将其反馈至单片机，与垃圾信息识别装置并行对信号进行处理并最终将其反馈至舱门启闭驱动机构，控制舱门启闭，若桶内载重超出预设值，则停止工作，对应舱门保持关闭。

实施例2：

本发明提供的垃圾分类投放装置的一种工作场景是：当用户存在垃圾投放需求时，需要通过布置在车辆上的垃圾信息识别装置产生外部触发信号，交互系统会自动识别所要投放的垃圾种类，并将得到的信息传递至舱门启闭控制单元，舱门启闭控制单元根据控制策略控制对应的舱门开启。一定时间后，再向舱门启闭控制单元发送信号，控制舱门启闭驱动机构反向转动，实现舱门自动关闭。具体地，图4示出了本发明车载垃圾分类投放系统的一个优选的控制方法，该方法包括以下步骤：

S1、接通电源，垃圾信息识别装置采集垃圾种类信息，并将该信息发送至舱门启闭控制单元；

S2、工控机6接收垃圾信息识别装置传输的图像信号，根据深度学习建立的图像库对比分析后提取出图像信号中的文字信息，并根据建立的文字信息对应规则向单片机发送相应的触发信号；单片机7收到来自工控机6的触发信号，向驱动电机9发出启动(正转)指令；

S3、驱动电机9收到来自单片机7的控制指令，驱动电机启动正转并带动主轴8旋转，并将启动信号反馈给单片机7；

S4、单片机7收到驱动电机9启动的反馈信号后，向对应舱门的电磁离合器10发出控制指令，电磁离合器10通电；

S5、电磁离合器10通电后、对应舱门3的啮合齿轮组11完成与主轴8的接合，对应舱门3进入开启状态；

S6、舱门3开启到主轴8转动角度为90度时，单片机7发出指令控制驱动电机9断电、电磁制动器12通电产生制动，舱门3维持开启状态不变，三十秒后，单片机7发出指令控制电磁制动器12断电放松制动、驱动电机9反转带动主轴8反向旋转关闭对应舱门3；

S7、舱门关闭后，单片机7对驱动电机9、电磁离合器10、电磁制动器12发出指令控制其断电。

在S4、S5步骤中，单片机7在得到来自驱动电机9的反馈信号后，发出指令来控制对应舱门的单个或多个电磁离合器10的电流通断，电磁离合器10通电后，其从动盘与内部的转子接合，来自驱动电机9的转矩经由转子、从动盘传递到对应舱门的啮合齿轮组，而后带动舱门门轴转动，从而实现对应舱门开始开启；

在S6步骤中，单片机7在监控到主轴正向转过90°后，单片机7向驱动电机9和电磁制动器12发出指令，此时驱动电机9断电，电磁制动器12通电，电磁制动器衔铁在磁场作用下，压紧在其底座上，从而与衔铁相连的主轴8被制动抱死而维持舱门处于稳定的开启状态；三十秒后，单片机7控制电磁制动器12断电，衔铁放松，制动效果消失，与此同时单片机7控制驱动电机9反转，舱门逐渐关闭，当主轴8反转过45°后，单片机7控制驱动电机9、电磁离合器10断电，舱门在重力作用下自由下落关闭。

图5是本发明车载垃圾分类投放系统实现单个舱门启闭的拓扑图，舱门启闭控制单元启动驱动电机9，驱动电机9通过联轴器17带动主轴8转动，同时舱门启闭控制单元的单片机7接通某一个舱门3对应的电磁离合器10的电流，该电磁离合器10吸合，打开对应的舱门3。

图6是本发明车载垃圾分类投放系统实现多个舱门启闭的拓扑图，舱门启闭控制单元启动驱动电机9，驱动电机9通过联轴器17带动主轴8转动，同时舱门启闭控制单元的单片机7接通多个舱门对应的多个电磁离合器的电流，这些对应的电磁离合器同时吸合，打开对应的多个舱门。

因此，本发明的车载垃圾分类投放系统采用智能化控制方法，实现一个或多个垃圾投放舱门的开启、停止、关闭。可满足用户的垃圾分类投放需求，实现了垃圾分类投放与车辆转运的直接对接，提高工作效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于无人垃圾转运车的垃圾投放系统，包括车架(1)和若干个投放窗口(2)，所述投放窗口(2)位于车架(1)顶部且并排铺设于车架顶部中心线两侧，每个投放窗口(2)上设置一个舱门(3)，舱门(3)绕舱门门轴(4)转动，所述舱门门轴(4)通过门轴支架(5)固定安装在所述车架(1)上；其特征在于，还包括：

垃圾信息识别装置，所述垃圾信息识别装置连接舱门启闭控制单元，用于自动识别所要投放的垃圾种类，并将得到的信息传递至舱门启闭控制单元；

舱门启闭控制单元，所述舱门启闭控制单元分别与垃圾信息识别装置和舱门启闭驱动机构连接，用于接收垃圾种类信息，并依据控制策略形成对应的舱门启闭指令并发送给舱门启闭驱动机构；

舱门启闭驱动机构，用于接收舱门启闭控制单元的控制指令，并依据控制指令驱动对应的舱门门轴(4)转动，从而控制对应的舱门(3)启闭。

2.根据权利要求1所述的一种用于无人垃圾转运车的垃圾投放系统，其特征在于，所述舱门启闭控制单元包括工控机(6)，所述工控机分别连接垃圾信息识别装置和单片机(7)，所述工控机(6)用于接收垃圾信息识别装置传输的图像信号，根据深度学习建立的图像库对比分析后提取出图像信号中的文字信息，并根据建立的文字信息对应规则向单片机(7)发送相应的触发信号；所述单片机(7)用于将触发信号发送至舱门启闭驱动机构。

3.根据权利要求2所述的一种用于无人垃圾转运车的垃圾投放系统，其特征在于，所述舱门启闭控制单元还包括车载电池，所述车载电池分别连接工控机和单片机。

4.根据权利要求2所述的一种用于无人垃圾转运车的垃圾投放系统，其特征在于，所述舱门启闭控制单元还连接远程操作平台，所述远程操作平台用于接收垃圾信息识别装置采集的信息、监控舱门状态并实现远程控制垃圾投放。

5.根据权利要求1所述的一种用于无人垃圾转运车的垃圾投放系统，其特征在于，所述舱门启闭驱动机构包括主轴(8)、驱动电机(9)、若干电磁离合器(10)、若干啮合齿轮组(11)和电磁制动器(12)，所述驱动电机(9)、若干电磁离合器(10)和电磁制动器(12)均连接舱门启闭控制单元；所述主轴(8)设置在车架顶部中心线上，主轴(8)一端固定连接驱动电机(9)从而获得所述驱动电机(9)的传动转矩，另一端连接所述电磁制动器(12)；所述电磁离合器(10)的数量与舱门(3)数量相同，且电磁离合器(10)与舱门(3)一一对应；所述电磁离合器(10)的转子(10-1)与主轴(8)连接，从动盘在主轴(8)上游动；所述啮合齿轮组(11)的数量与电磁离合器(10)数量相同，且啮合齿轮组(11)与电磁离合器(10)一一对应；每组啮合齿轮组(11)包括一对相互啮合的齿轮对，其中主动齿轮(11-1)中间开孔且与所述电磁离合器(10)从动盘铆接，从动齿轮(11-2)安装在舱门门轴(4)上。

6.根据权利要求5所述的一种用于无人垃圾转运车的垃圾投放系统，其特征在于，所述电磁离合器(10)通过电磁离合器支座(13)安装在车架(1)顶部。

7.根据权利要求1所述的一种用于无人垃圾转运车的垃圾投放系统，其特征在于，所述垃圾投放系统还包括储物信息采集装置，所述储物信息采集装置包括采集垃圾桶内装载信息的压应变片式传感器和红外传感器，所述储物信息采集装置连接舱门启闭控制单元。

8.如权利要求1-7任一项所述无人垃圾转运车的垃圾投放系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：接通电源，垃圾信息识别装置采集垃圾图像信息，并将该图像信息发送至舱门启闭控制单元；

步骤2：舱门启闭控制单元接收来自垃圾信息识别装置的图像信息，依据控制策略形成对应的舱门启闭指令并发送至舱门启闭驱动机构；

步骤3：舱门启闭驱动机构接收舱门启闭控制单元的控制指令，并依据控制指令驱动对应的舱门门轴转动，从而控制对应的舱门启闭。

9.根据权利要求8所述的一种无人垃圾转运车的垃圾投放系统的控制方法，其特征在于，所述舱门启闭控制单元包括工控机(6)，所述工控机分别连接垃圾信息识别装置和单片机(7)，所述工控机(6)用于接收垃圾信息识别装置传输的图像信号，根据深度学习建立的图像库对比分析后提取出图像信号中的文字信息，并根据建立的文字信息对应规则向单片机(7)发送相应的触发信号；所述单片机(7)用于将触发信号发送至舱门启闭驱动机构。

10.根据权利要求8所述的一种无人垃圾转运车的垃圾投放系统的控制方法，其特征在于，所述舱门启闭驱动机构为如权利要求4所述的舱门启闭驱动机构；所述步骤3的具体控制方法包括如下步骤：

S1、驱动电机(9)接收到来自舱门启闭控制单元的控制指令后，驱动电机(9)启动正转并带动主轴(8)旋转，并将启动信号反馈给舱门启闭控制单元；

S2、舱门启闭控制单元接收到驱动电机(9)启动的反馈信号后，向对应的舱门(3)的电磁离合器(10)发出控制指令，所述电磁离合器通电；

S3、所述电磁离合器通电后，对应舱门(3)的啮合齿轮组(11)完成与主轴(8)的接合，对应舱门(3)进入开启状态；

S4、对应舱门开启到主轴(8)转动角度为90°时，舱门启闭控制单元发出指令控制驱动电机(9)断电、电磁制动器(12)通电产生制动，舱门(3)维持开启状态不变，三十秒后，舱门启闭控制单元发出指令控制电磁制动器(12)断电放松制动、驱动电机(9)反转带动主轴(8)反向旋转关闭对应舱门(3)；

S5、舱门(3)关闭后，舱门启闭控制单元对驱动电机(9)、电磁离合器(10)、电磁制动器(12)发出指令控制其断电。