CN109702753A - 轨道式高速公路专用垃圾回收机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，包括机架总成、连接于机架总成背部用于将机架总成悬挂于防护栏上并带动机架总成沿护栏行走的行走装置、设置于机架总成上为行走装置提供动力的动力总成、连接于机架总成上并可被驱动的转换方位用于捡拾垃圾的机械臂组件、连接于机架总成上用于存储垃圾的垃圾存储装置以及设置于机架总成上用于识别垃圾并对其进行定位的识别模块；本发明的垃圾回收机器人以现有的公路的护栏作为轨道并延其行走，不占用车道，打破了工作环境的局限性，不影响正常的交通，拓展了服务型机器人的使用范围。

Description

轨道式高速公路专用垃圾回收机器人

技术领域

本发明属于垃圾回收技术领域，涉及一种轨道式高速公路专用垃圾回收机器人。

背景技术

现如今，随着我国大力发展，不断进步，我们的国家高速公路也在不断地建设，目前我国高速公路总长已经超过13.1万公里，即使这样，高速公路还是会出现拥堵，路上还是有垃圾的存在。我国在清扫垃圾机器人这方面已经有了许多研究，但是机器人基本上都是应用于家庭、公共场所等。对于高速公路这种室外作业、高危险性的环境仍是人工清理。

为以机器人替代环卫工人执行高速路上有着危险性的工作，解决高速公路高峰期拥挤产生的垃圾等问题，提供一种轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，使其可沿着双波形防护栏移动，以双波形防护栏为轨道进行前进或者后退运动，用于捡拾高速公路上的易拉罐等垃圾夹住并放入垃圾回收装置中。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，保证人工安全和工作质量的同时，代替了人工作业避免了人工作业带来的危险性，打破了工作环境的局限性，进而拓展了服务型机器人的使用范围。

本发明的轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，包括机架总成、连接于机架总成背部用于将机架总成悬挂于防护栏上并带动机架总成沿护栏行走的行走装置、设置于机架总成上为行走装置提供动力的动力总成、连接于机架总成上并可被驱动的转换方位用于捡拾垃圾的机械臂组件、连接于机架总成上用于存储垃圾的垃圾存储装置以及设置于机架总成上用于识别垃圾并对其进行定位的识别模块。

进一步，所述行走装置包括连接于机架总成上的悬挂装置以及若干个驱动轮组，所述悬挂装置包括连接于机架总成背部的悬挂支架以及连接于悬挂支架上的至少一个悬挂轮，所述悬挂轮与驱动轮组分别用于与防护栏两侧面贴合并对防护栏形成夹持，所述悬挂轮用于与防护栏一侧的波谷处贴合。

进一步，所述驱动轮组设置有两组，驱动轮组位于悬挂轮下方并分设于悬挂轮两侧，每个驱动轮组中包括若干个上下布置的驱动轮。

进一步，所述机械臂至少包括顺序连接的第二关节臂、第三关节臂以及机械爪，所述第二关节臂通过转动副配合连接于机架总成上形成二号关节，所述第二关节臂和第三关节臂通过转动副配合连接形成三号关节，所述机械爪通过转动副配合连接于第三关节臂的末端形成四号关节，所述二号关节、三号关节以及四号关节的中心转轴两两相互垂直，所述二、三以及四号关节处设置有驱动各个关节转动的关节驱动装置。

进一步，所述机械爪包括通过转动副配合连接于第三关节臂末端的末端爪手旋转支架、以转动副配合连接于末端爪手旋转支架上的两个爪手以及连接于末端爪手旋转支架上用于驱动爪手摆动从而实现张开或闭合夹持动作的驱动元件。

进一步，所述驱动元件包括可伸缩滑动设置于末端爪手旋转支架上的滑动本体、设置于滑动本体上互呈夹角的两个滑槽以及设置于末端爪手旋转支架上用于驱动滑动本体往复滑动的滑动驱动装置，所述爪手上设置有滑块，所述滑块位于滑槽内通过滑动本体往复滑动驱动两个爪手形成打开或闭合的夹持动作。

进一步，所述动力总成为设置于机架总成上方的光合发电装置，所述光合发电装置为行走装置和机械臂组件提供动力。

进一步，所述滑动本体包括两个连为一体并互呈夹角的驱动杆，所述驱动杆上有延其走向方向开设有滑槽。

进一步，所述爪手包括手指以及两端分别以转动副配合连接于手指和末端爪手旋转支架上并平行设置的主动连杆和从动连杆，所述滑块连接于主动连杆上。

进一步，两个所述手指的相对侧设置有外凸的卡钳。

本发明的有益效果：

本发明的垃圾回收机器人以现有的公路的护栏作为轨道并延其行走，不占用车道，打破了工作环境的局限性，不影响正常的交通，拓展了服务型机器人的使用范围；

本发明通过驱动轮组与悬挂轮的夹持使得两个轮子贴紧在护栏两侧，并保证悬挂轮贴紧于防护栏波谷处，对整个机器人形成悬挂支撑，并形成有效定位，此结构可提高机器人稳定性，防止悬挂支架由于机器人的重量下移使其与护栏发生干涉，提高了机器人的运行的流畅性；

本发明通过驱动轮与护栏的接触点对悬挂支架形成支撑点，使得悬挂支架以此支撑点形成杠杆结构，通过机器人的自重使得悬挂支架位于旋挂轮一侧有压于护栏上的压紧力，使得悬挂轮压紧于护栏的波谷处，提高了悬挂支架的稳定性和可靠性，悬挂支架对机器人形成有效的支撑；

通过多个驱动轮改善各个驱动轮的受力，使得各个驱动轮受力均匀，避免了应力集中导致驱动轮发生形变而失效，驱动轮组对称设置于悬挂轮两侧，通过三个支点对机器人形成有效的支撑，并改善了悬挂轮的受力，通过每组驱动轮组中的多个驱动轮改善了驱动轮的受力，并增大了驱动轮与护栏的接触面积，增大了驱动轮与护栏在竖向方向的摩擦力，减小了悬挂轮竖向的受力，通过悬挂轮和驱动轮共同作用实现对机器人可靠的支撑，两组驱动轮组中的驱动轮各个接触点形成一个受力面，多个驱动轮共同作用提高了机器人运行的稳定性，可有效防止机器人抖动，此结构避免了由于抖动造成悬挂轮与护栏之间的松动，可进一步保证悬挂轮悬挂的可靠性。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的产品示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为图1的左视结构示意图；

图4为机械爪结构示意图；

图5为悬挂装置结构示意图；

具体实施方式

图1为本发明的产品示意图；图2为图1的俯视结构示意图；图3为图1的左视结构示意图；图4为机械爪结构示意图；图5为悬挂装置结构示意图；

本实施例中内、外、上、下均是根据图1的方向，实际产品可与图1方向一致；

本实施例的机器人配合波浪形防护栏16使用，本实施例中防护栏在外侧设置有两个波谷，在两个波谷之间为平面；

本实施例提供一种轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，包括机架总成1、连接于机架总成背部用于将机架总成悬挂于防护栏上并带动机架总成沿护栏行走的行走装置、设置于机架总成上为行走装置提供动力的动力总成、连接于机架总成上并可被驱动的转换方位用于捡拾垃圾的机械臂组件、连接于机架总成上用于存储垃圾的垃圾存储装置2以及设置于机架总成上用于识别垃圾并对其进行定位的识别模块；识别模块可以为多个摄像头，通过控制系统以及相应的识别算法识别公路上的固体垃圾，并通过多个摄像头采集的数据对其进行空间定位，此处属于现有技术，不再赘述，识别到垃圾后对其进行定位，动力总成驱动行走装置沿着护栏行走，通过机械臂组件转换方位并捡拾垃圾，捡拾垃圾后机械臂组件将垃圾送至存储装置中，存储装置为上端开口的盒状结构，存储装置通过两个连杆固定连接于机架总成上，垃圾回收机器人以现有的公路的护栏作为轨道并延其行走，不占用车道，打破了工作环境的局限性，不影响正常的交通，拓展了服务型机器人的使用范围。

本实施例中，所述行走装置包括连接于机架总成上的悬挂装置以及若干个驱动轮组，所述悬挂装置包括连接于机架总成背部的悬挂支架3以及连接于悬挂支架上的至少一个悬挂轮4，所述悬挂轮与驱动轮组分别用于与防护栏两侧面贴合并对防护栏形成夹持，所述悬挂轮4用于与防护栏一侧的波谷处贴合；其中悬挂支架从机架总成向上弯曲从护栏的顶部绕至护栏外侧并固定连接有悬挂轮，悬挂轮采用电驱动轮，悬挂轮的外周面呈与护栏外侧波谷处相适配的弧形结构，悬挂轮可沿着护栏走向方向设置多组以提高其悬挂承载能力，悬挂轮下上下方向可设置多行，每行的悬挂轮与护栏的相应波谷处形成配合，具体行数依据护栏的波谷数量决定，此处不再赘述；驱动轮组贴合与护栏的内侧，本实施例中悬挂轮和驱动轮组为别位于护栏的内外侧，机架总成也设置于护栏的内侧，悬挂轮和驱动轮组以及机架总成的布置方式不限于此，可依据防护栏的结构形式进行调整，若防护栏的内侧有波谷，则悬挂轮设置于防护栏内侧，驱动轮组和机架总成设置于防护栏外侧，此结构可进一步释放高速公路的空间；通过驱动轮组与悬挂轮的夹持使得两个轮子贴紧在护栏两侧，并保证悬挂轮贴紧于防护栏波谷处，对整个机器人形成悬挂支撑，并形成有效定位，此结构可提高机器人稳定性，防止悬挂支架由于机器人的重量下移使其与护栏发生干涉，提高了机器人的运行的流畅性；

本实施例中，所述驱动轮组设置有两组，驱动轮组位于悬挂轮下方并分设于悬挂轮两侧，每个驱动轮组中包括若干个上下布置的驱动轮5；驱动轮采用电驱动轮，驱动轮贴合与护栏的平面处，通过驱动轮与护栏的接触点对悬挂支架形成支撑点，使得悬挂支架以此支撑点形成杠杆结构，机器人的重心适当偏向护栏，通过机器人的自重使得悬挂支架位于旋挂轮一侧有压于护栏上的压紧力，使得悬挂轮压紧于护栏的波谷处，提高了悬挂支架的稳定性和可靠性，使得悬挂支架对机器人形成有效的支撑，本实施例中，每个驱动轮组红上下布置有三个驱动轮，驱动轮通过支架连接于机架总成的背部，通过多个驱动轮改善各个驱动轮的受力，使得各个驱动轮受力均匀，避免了应力集中导致驱动轮发生形变而失效，驱动轮组对称设置于悬挂轮两侧，通过三个支点对机器人形成有效的支撑，并改善了悬挂轮的受力，通过每组驱动轮组中的多个驱动轮改善了驱动轮的受力，并增大了驱动轮与护栏的接触面积，增大了驱动轮与护栏在竖向方向的摩擦力，减小了悬挂轮竖向的受力，通过悬挂轮和驱动轮共同作用实现对机器人可靠的支撑，两组驱动轮组中的驱动轮各个接触点形成一个受力面，多个驱动轮共同作用提高了机器人运行的稳定性，可有效防止机器人抖动，此结构避免了由于抖动造成悬挂轮与护栏之间的松动，可进一步保证悬挂轮悬挂的可靠性。

本实施例中，所述机械臂至少包括顺序连接的第二关节臂7、第三关节臂8以及机械爪，所述第二关节臂通过转动副配合连接于机架总成上形成二号关节，所述第二关节臂和第三关节臂通过转动副配合连接形成三号关节，所述机械爪通过转动副配合连接于第三关节臂的末端形成四号关节，所述二号关节、三号关节以及四号关节的中心转轴两两相互垂直，所述二、三以及四号关节处设置有驱动各个关节转动的关节驱动装置；通过三个关节使得机械臂形成在三个方向的转动，提高机械臂使用的灵活性；本实施例中为增加关节臂的灵活性和延展性，增设了第一关节臂17，第一关节臂两端分别通过转动副配合连接于机架总成上以及第二关节臂上，此时第一关节臂与机架总成连接处形成一号关节，第一关节臂与第二关节臂连接处即为第二关节，通过四个关节增加了机械臂转向灵活性，并可增长机械臂，增大了其捡拾垃圾的范围，且通过四个关节方便机械臂的折叠，可有效减小垃圾存储装置与机架总成之间的装配空间限制，即在二者距离较小的情况下，可通过机械臂自身的折叠转向将捡拾的垃圾送至存储装置中，可使得垃圾回收机器人结构紧凑，提高整体一致性；当机架总成设置于护栏外侧时，通过机械臂的折叠性能，可使得机械臂从上方绕过护栏对内侧的公路进行捡拾垃圾的操作，其提高了机器人的使用范围和适应能力；本实施例中关节驱动装置为分别设置于一、二、三和四关节处驱动各个关节转动的一号电机18、二号电机19、三号电机20和四号电机21，其中四号电机驱动机械爪延其自身中心中线自转。

本实施例中，所述机械爪包括通过转动副配合连接于第三关节臂末端的末端爪手旋转支架9、以转动副配合连接于末端爪手旋转支架上的两个爪手以及连接于末端爪手旋转支架上用于驱动爪手摆动从而实现张开或闭合夹持动作的驱动元件；此驱动元件可以为驱动电机，通过驱动电机分别驱动两个爪手在其铰接处转动，使得两个爪手摆动形成夹钳式打开或闭合的夹持动作，当然也可通过多连杆结构例如曲柄摇杆结构实现对各个爪手的驱动，此处不再赘述，通过驱动元件的驱动实现两个爪手的夹持动作，配合于机械臂的转向，可对公路上的垃圾可靠的捡拾，提高了机器人的可靠性。

本实施例中，所述驱动元件包括可伸缩滑动设置于末端爪手旋转支架上的滑动本体10、设置于滑动本体上互呈夹角的两个滑槽11以及设置于末端爪手旋转支架上用于驱动滑动本体往复滑动的滑动驱动装置，所述爪手上设置有滑块，所述滑块位于滑槽内通过滑动本体往复滑动驱动两个爪手形成打开或闭合的夹持动作；滑动驱动装置可为直线电机、液压系统或气压系统实现对滑动本体的直线驱动，当滑动本体滑动时，滑块(本实施例中未示出)在滑槽内相对滑动，改变了两个滑块之间的距离实现两个手爪的摆动，从而实现两个手爪的打开或闭合的夹持动作，此结构通过两个滑槽的夹角精确的实现手爪的摆动，且夹角不同手爪张开或闭合所需要滑动本体滑动的距离不同，可通过调节夹角的大小调节滑动驱动装置所需要的滑动行程以适应不同的驱动装置，可通过增大夹角来缩减滑动驱动装置所需要的滑动行程，当使用直线电机作为滑动驱动装置时，降低电机规格型号，进而减小电机的功率、体积和重量，减小成本，降低机器人的重量，减小能耗，提高续航效果。

本实施例中，所述动力总成为设置于机架总成上方的光合发电装置6，所述光合发电装置为行走装置和机械臂组件提供动力；光合发电装置由太阳电池板、控制器和逆变器三大部分组成，太阳能电池经过串联后进行封装保护形成大面积的太阳电池组件，配合上功率控制器等部件实现对驱动轮和悬挂轮的驱动，具体驱动过程和电路连接为现有技术，此处不再赘述。

本实施例中，所述滑动本体10包括两个连为一体并互呈夹角的驱动杆10a，所述驱动杆上有延其走向方向开设有滑槽；通过杆状结构减小了滑动本体的重量，简化了滑动本体的结构，采用连杆斜滑槽传动方式实现爪手的打开和闭合。

本实施例中，所述爪手包括手指12以及两端分别以转动副配合连接于手指和末端爪手旋转支架9上并平行设置的主动连杆13和从动连杆14，所述滑块连接于主动连杆上；此结构采用平行四边形的铰链机构，即双曲柄铰链四连杆机构，结合连杆斜滑槽传动方式以实现垃圾回收机器人手指元件的平移，保证手指的夹持动作；在手指内侧面上可设置传感装置，当手指接触到垃圾时，传感装置采集到信号，将此信号传递到导致系统中，通过控制系统执行滑动本体的滑动动作，使得爪手闭合形成夹持。

本实施例中，两个所述手指12的相对侧设置有外凸的卡钳13；此卡钳设置于手指的边缘处，呈薄壁状结构，通过卡钳的作用可有效对垃圾形成夹紧，提高了爪手的捡拾效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，其特征在于：包括机架总成、连接于机架总成背部用于将机架总成悬挂于防护栏上并带动机架总成沿护栏行走的行走装置、设置于机架总成上为行走装置提供动力的动力总成、连接于机架总成上并可被驱动的转换方位用于捡拾垃圾的机械臂组件、连接于机架总成上用于存储垃圾的垃圾存储装置以及设置于机架总成上用于识别垃圾并对其进行定位的识别模块。

2.根据权利要求1所述的轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，其特征在于：所述行走装置包括连接于机架总成上的悬挂装置以及若干个驱动轮组，所述悬挂装置包括连接于机架总成背部的悬挂支架以及连接于悬挂支架上的至少一个悬挂轮，所述悬挂轮与驱动轮组分别用于与防护栏两侧面贴合并对防护栏形成夹持，所述悬挂轮用于与防护栏一侧的波谷处贴合。

3.根据权利要求2所述的轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，其特征在于：所述驱动轮组设置有两组，驱动轮组位于悬挂轮下方并分设于悬挂轮两侧，每个驱动轮组中包括若干个上下布置的驱动轮。

4.根据权利要求1所述的轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，其特征在于：所述机械臂至少包括顺序连接的第二关节臂、第三关节臂以及机械爪，所述第二关节臂通过转动副配合连接于机架总成上形成二号关节，所述第二关节臂和第三关节臂通过转动副配合连接形成三号关节，所述机械爪通过转动副配合连接于第三关节臂的末端形成四号关节，所述二号关节、三号关节以及四号关节的中心转轴两两相互垂直，所述二、三以及四号关节处设置有驱动各个关节转动的关节驱动装置。

5.根据权利要求4所述的轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，其特征在于：所述机械爪包括通过转动副配合连接于第三关节臂末端的末端爪手旋转支架、以转动副配合连接于末端爪手旋转支架上的两个爪手以及连接于末端爪手旋转支架上用于驱动爪手摆动从而实现张开或闭合夹持动作的驱动元件。

6.根据权利要求5所述的轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，其特征在于：所述驱动元件包括可伸缩滑动设置于末端爪手旋转支架上的滑动本体以及设置于滑动本体上互呈夹角的两个滑槽以及设置于末端爪手旋转支架上用于驱动滑动本体往复滑动的滑动驱动装置，所述爪手上设置有滑块，所述滑块位于滑槽内通过滑动本体往复滑动驱动两个爪手形成打开或闭合的夹持动作。

7.根据权利要求1所述的轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，其特征在于：所述动力总成为设置于机架总成上方的光合发电装置，所述光合发电装置为行走装置和机械臂组件提供动力。

8.根据权利要求6所述的轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，其特征在于：所述滑动本体包括两个连为一体并互呈夹角的驱动杆，所述驱动杆上有延其走向方向开设有滑槽。

9.根据权利要求6所述的轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，其特征在于：所述爪手包括手指以及两端分别以转动副配合连接于手指和末端爪手旋转支架上并平行设置的主动连杆和从动连杆，所述滑块连接于主动连杆上。

10.根据权利要求9所述的轨道式高速公路专用垃圾回收机器人，其特征在于：两个所述手指的相对侧设置有外凸的卡钳。