CN110952489A - 基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人。本发明的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人包括线控底盘，用于驱使环卫机器人行走、转向或刹车；智能控制系统，用于基于机器视觉对前方环卫人员进行跟踪识别并根据识别结果控制线控底盘的工作状态。本发明的环卫机器人通过采用机器视觉识别技术对前方的环卫人员进行跟踪识别，然后根据跟踪识别的结果控制线控底盘的工作状态，无需人为进行驾驶作业，实现了环卫机器人的自跟随清扫作业，大幅度提升了清洁效率、降低了人工劳动强度和运营成本。

Description

基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人

技术领域

本发明涉及环卫机器人技术领域，特别地，涉及一种基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人。

背景技术

现有的公园、风光带、社区等区域的清扫保洁作业，大部分是由纯人工进行清洁，小部分是由小型扫路机进行清洁。其中，人工清洁的方式效率低下、运营成本高、人工劳动强度大，而小型扫路机进行清洁的方式需要人工驾驶扫路机，当遇到需要人力进行清扫的情况时，需要一人驾车和一人清扫，或者一人定点清扫后上车移位再进行下一位置点清扫，仍然没有有效地解决清洁效率低、人工劳动强度大、成本高的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，以解决现有的清扫作业方式存在的清洁效率低、人工劳动强度大、成本高的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，包括

线控底盘，用于驱使环卫机器人行走、转向或刹车；

智能控制系统，用于基于机器视觉对前方环卫人员进行跟踪识别并根据识别结果控制线控底盘的工作状态。

进一步地，所述智能控制系统包括

深度相机，用于拍摄环卫机器人行驶前方的图像；

智能控制模块，用于对深度相机拍摄到的图像进行图像识别处理以识别出前方环卫人员与环卫机器人的距离以及前方环卫人员的动作姿态，并根据识别结果控制线控底盘的工作状态。

进一步地，所述智能控制模块将基于图像识别处理得到的前方环卫人员与环卫机器人的距离与第一安全距离进行比较，

当基于图像识别得到的前方环卫人员与环卫机器人的距离小于等于第一安全距离时，所述智能控制模块控制线控底盘停止驱动环卫机器人行走；

当基于图像识别得到的前方环卫人员与环卫机器人的距离大于第二安全距离时，所述智能控制模块计算两者的差值，并将两者的差值与预设值进行比较，根据比较结果控制线控底盘的工作状态。

进一步地，当基于图像识别得到的前方环卫人员与环卫机器人的距离大于第二安全距离，且两者的差值小于等于预设值时，所述智能控制模块控制线控底盘保持原有状态；

当两者的差值大于预设值时，所述智能控制模块控制线控底盘驱使环卫机器人前进。

进一步地，所述智能控制模块基于深度相机拍摄到的前一帧图像选取环卫人员的人体特征点，进行深度学习处理后确定当前帧图像中环卫人员的人体特征并用检测框X框定；

然后在后一帧图像上建立坐标系，对该帧图像进行特征识别，并将沿纵轴左右偏转θ角范围作为检测区域值Ω，通过坐标判断检测框X与检测区域值Ω的位置关系，并根据判断结果对应地控制线控底盘驱使环卫机器人保持直行或者左转或者右转。

进一步地，所述智能控制系统还包括

超声波雷达，用于检测前方环卫人员与环卫机器人的距离；

所述智能控制模块将超声波雷达检测到的前方环卫人员与环卫机器人的距离与第二安全距离进行比较，

当所述超声波雷达检测到的前方环卫人员与环卫机器人的距离小于等于第二安全距离时，所述智能控制模块控制线控底盘停止驱动环卫机器人行走。

进一步地，所述智能控制系统还包括

遥控器，用于遥控控制环卫机器人，

所述智能控制模块还用于接收遥控器发出的控制指令并根据接收到的控制指令启动自跟随控制模式和/或控制线控底盘的工作状态。

进一步地，所述环卫机器人还包括

驾驶室，设置在线控底盘的上方前部；

垃圾箱，设置在线控底盘的上方，用于存储垃圾；

吸嘴，设置在线控底盘的前端下部并与垃圾箱连通，用于将路面垃圾吸入垃圾箱中；

清扫装置，设置在线控底盘上且位于吸嘴的前方，用于将路面垃圾清扫至吸嘴的前方；

风机，设置在线控底盘上并与垃圾箱连通，用于使垃圾箱和吸嘴产生负压；

液压系统，设置在线控底盘上，用于提供液压动力；

电气控制系统，设置在线控底盘上，用于控制环卫机器人的工作状态。

进一步地，所述线控底盘设置有液压制动系统，所述液压制动系统包括人工刹车系统和线控刹车系统；

所述人工刹车系统包括制动踏板、制动总泵、第一单向阀和第二单向阀，所述制动踏板与制动总泵连接以用于将人力传递至制动总泵形成油压，所述制动总泵与油壶连通，所述制动总泵还通过管路分别与前轮制动轮缸和后轮制动轮缸连通以用于分别输送液压油至前轮制动轮缸和后轮制动轮缸实现制动，所述第一单向阀设置在制动总泵与前轮制动轮缸连通的管路上，所述第二单向阀设置在制动总泵与后轮制动轮缸连通的管路上；

所述线控刹车系统包括电机、油泵、第三单向阀和第四单向阀，所述电机分别与线控底盘上的制动电机控制器和油泵连接并用于在制动电机控制器的控制下驱动油泵，所述油泵与油壶连通，所述油泵还通过管路分别与前轮制动轮缸和后轮制动轮缸连通以用于分别输送液压油至前轮制动轮缸和后轮制动轮缸实现制动，所述第三单向阀设置在油泵与前轮制动轮缸连通的管路上，所述第四单向阀设置在油泵与后轮制动轮缸连通的管路上。

进一步地，所述吸嘴包括吸嘴体、开口调节板、电动推杆、风管和连杆机构，所述吸嘴体通过连杆机构安装在线控底盘上，所述电动推杆安装在吸嘴体上并与开口调节板连接，所述开口调节板位于吸嘴体的前部，所述风管分别与垃圾箱和吸嘴体连通，所述电动推杆还与电气控制系统连接，所述电动推杆在电气控制系统的控制下可进行伸缩以推动开口调节板进行翻转，从而调节吸嘴体前部的开口大小。

本发明具有以下有益效果：

本发明的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，通过采用机器视觉识别技术对前方的环卫人员进行跟踪识别，然后根据跟踪识别的结果控制线控底盘的工作状态，无需人为进行驾驶作业，实现了环卫机器人的自跟随清扫作业，大幅度提升了清洁效率、降低了人工劳动强度和运营成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人的结构示意图。

图2是本发明优选实施例的图1中的线控底盘上的液压制动系统的示意图。

图3是本发明优选实施例的图1中的垃圾箱的结构示意图。

图4是本发明优选实施例的垃圾箱去除顶部和左侧盖板后的内部结构示意图。

图5是本发明优选实施例的垃圾箱内部整体气流流动轨迹的示意图。

图6是本发明优选实施例的垃圾箱内的气流进入过滤网前的气流流动轨迹的示意图。

图7是本发明优选实施例的垃圾箱内的气流进入过滤网后的气流流动轨迹的示意图。

图8是本发明优选实施例的垃圾箱内的斜导板结构及周围气流流动轨迹的剖面示意图。

图9是本发明优选实施例的垃圾箱上的隔板收纳组件中的隔板移动至主吸管与吸嘴连接处的示意图。

图10是本发明优选实施例的垃圾箱通过副吸管与辅助吸管连接进行垃圾抽吸作业的示意图。

图11是本发明优选实施例的图1中的吸嘴的结构示意图。

图12是本发明优选实施例的吸嘴吸取大件垃圾的示意图。

图13是本发明优选实施例的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人进行自跟随作业的示意图。

附图标号说明

1、线控底盘；2、垃圾箱；3、辅助吸管；4、风机；5、清扫装置；6、吸嘴；7、液压系统；8、电气控制系统；9、智能控制系统；10、高压水路；20、驾驶室；21、盖板；22、骨架；23、侧门；24、副吸管；25、风机进风口；26、隔板收纳组件；27、第一过滤网；28、斜导板；29、主吸管；210、风罩；211、第二过滤网；212、水箱；213、卸料门；214、分离板；215、垃圾存储箱；216、隔板；11、制动踏板；12、制动总泵；13、第一单向阀；14、第二单向阀；15、电机；16、油泵；17、比例压力控制阀；18、第三单向阀；19、第四单向阀；110、前轮制动轮缸；111、后轮制动轮缸；112、压力传感器；113、油壶；61、吸嘴体；62、开口调节板；63、电动推杆；64、风管；65、连杆机构；66、挡料装置；91、智能控制模块；92、超声波雷达；93、深度相机；94、遥控器；95、报警器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本发明的优选实施例提供一种基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，包括通讯连接的线控底盘1和智能控制系统9，所述线控底盘1用于驱使环卫机器人行走、转向或刹车，所述智能控制系统9用于基于机器视觉对前方环卫人员进行跟踪识别并根据识别结果控制线控底盘1的工作状态。

在本实施例中，所述基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，通过采用机器视觉识别技术对前方的环卫人员进行跟踪识别，然后根据跟踪识别的结果控制线控底盘1的工作状态，例如驱使环卫机器人行走、转向或者刹车等，无需人为进行驾驶作业，实现了环卫机器人的自跟随清扫作业，大幅度提升了清洁效率、降低了人工劳动强度和运营成本。

具体地，所述线控底盘1包括方向盘总成、制动踏板、油门踏板、传感器总成、行走电机控制器、行走电机、制动电机控制器、制动电机、转向电机控制器、转向电机、前轮总成、后轮总成、车架、悬挂总成、底盘电控系统等，各个部件具体的连接关系及功能与现有的线控底盘相同，故在此不再赘述。

另外，所述环卫机器人还包括

驾驶室20，设置在线控底盘1的上方前部；

高压水路10，设置在线控底盘1上，用于提供高压清洗用水；

垃圾箱2，设置在线控底盘1的上方，用于收集和存储垃圾，所述垃圾箱2可整体倾翻卸料；

吸嘴6，设置在线控底盘1的前端下部并与垃圾箱2连通，用于将路面垃圾吸入垃圾箱2中；

清扫装置5，设置在线控底盘1上且位于吸嘴6的前方，具有升降、摆出和收回的功能，用于将环卫机器人前方及两侧的路面垃圾清扫至吸嘴6的前方以便于吸嘴6进行吸拾；

风机4，设置在线控底盘1上且位于驾驶室20的后侧并与垃圾箱2连通，风机4的叶轮轴线与环卫机器人的前进方向平行，风机4运转时可以使垃圾箱2和吸嘴6产生负压；

辅助吸管3，设置在风机4的上部并与垃圾箱2连通，用于人工进行特殊区域的垃圾收集；

液压系统7，设置在线控底盘1上且位于风机4的左侧，用于提供液压动力，例如驱动垃圾箱2、清扫装置5、吸嘴6等部件的动作；

电气控制系统8，设置在线控底盘1上且位于风机4的右侧，用于控制环卫机器人的工作状态，例如控制垃圾箱2的卸料、举升、下降，风机4的启停，清扫装置5的升降、摆出及收缩，吸嘴6的升降以及液压系统7的启停等，其主要由电机驱动器、电气控制器、风机驱动电机、液压泵驱动电机以及电气线缆等组成。

可以理解，所述智能控制系统9包括深度相机93和智能控制模块91，所述智能控制模块91分别与深度相机93和线控底盘1通信连接，所述深度相机93用于拍摄环卫机器人行驶前方的图像，该图像中包含有深度信息，所述智能控制模块91用于对深度相机93拍摄到的深度图像进行图像识别处理，从而识别出前方环卫人员与环卫机器人的距离以及前方环卫人员的动作姿态，并根据识别结果控制线控底盘1的工作状态。其中，识别出环卫人员与环卫机器人的距离是为了控制环卫机器人与前方环卫人员之间的距离始终保持在一个合理范围内以便于前方环卫人员进行人工清扫作业，而识别出前方环卫人员的动作姿态是为了判断环卫人员是直行、左转还是右转，从而控制线控底盘1驱使环卫机器人对应地跟随前方环卫人员行走。其中，所述深度相机93安装在驾驶室20的前脸上，具体位于驾驶室20的正前方中轴面的一定高度上，所述深度相机93的距离检测为中远距离检测，所述智能控制模块91安装在驾驶室20内。

可以理解，作为优选的，所述智能控制模块91将基于图像识别处理得到的前方环卫人员与环卫机器人的距离与第一安全距离进行比较，当基于图像识别得到的前方环卫人员与环卫机器人的距离小于等于第一安全距离时，所述智能控制模块91控制线控底盘1停止驱动环卫机器人行走，具体地，所述智能控制模块91分别向线控底盘1的行走电机控制器和制动电机控制器发出控制信号，检测行走电机的转速，若检测到行走电机的转速为0，则控制环卫机器人保持原始静止状态，若检测到行走电机的转速不为0，则控制行走电机停转，环卫机器人的行车动力关闭，并且制动电机控制器控制制动电机驱动制动机构将环卫机器人刹停；当基于图像识别得到的前方环卫人员与环卫机器人的距离大于第二安全距离时，所述智能控制模块91计算两者的差值，并将两者的差值与预设值进行比较，根据比较结果控制线控底盘1的工作状态。例如，当两者的差值小于等于预设值时，意味着前方环卫人员位于辅助吸管3的可伸长范围内或者位于高压水管的覆盖范围内，所述智能控制模块91不发出操作指令，线控底盘1保持原有状态；当两者的差值大于预设值时，意味着前方环卫人员已经超出了辅助吸管3的可伸长范围或者高压水管的覆盖范围，所述智能控制模块91则判定环卫机器人离环卫人员距离过大，所述智能控制模块91控制线控底盘1驱使环卫机器人前进以缩小两者之间的距离。

可以理解，作为优选的，所述深度相机93将采集到的具有深度信息的当前n帧图像信息反馈给智能控制模块91，所述智能控制模块91基于深度相机93拍摄到的前一帧图像选取环卫人员的人体特征点，进行深度学习处理后确定当前帧图像中环卫人员的人体特征并用检测框X框定；然后在后一帧图像上建立坐标系，具体是以相机图像上的坐标系原点和纵轴建立坐标系，对后一帧图像进行特征识别，并将沿纵轴左右偏转θ角范围作为检测区域值Ω，通过坐标判断检测框X与检测区域值Ω的位置关系，并根据判断结果对应地控制线控底盘1驱使环卫机器人保持直行或者左转或者右转。可以理解，基于卷积神经网络进行深度学习已经广泛应用于人脸识别领域，具体内容在此不再赘述。具体控制策略如下：

1)、判定若X-Ω＞0，意味着前方环卫人员右转，则所述智能控制模块91向线控底盘1的转向电机控制器发出右转指令，从而驱使环卫机器人右转，右转的角度按照以下公式计算得到，

α＝λ*(X-Ω)

2)判定若X-Ω＜0，意味着前方环卫人员左转，则所述智能控制模块91向线控底盘1的转向电机控制器发出左转指令，从而驱使环卫机器人左转，左转的角度按照以下公式计算得到，

α＝λ*|X-Ω|；

3)、判定若X-Ω＝0，意味着前方环卫人员直行，则所述智能控制模块91控制线控底盘1驱使环卫机器人保持直行状态。其中，α表示右转或左转的角度，λ为转向角转向系数。

可以理解，作为优选的，所述智能控制系统9还包括超声波雷达92，用于检测前方环卫人员与环卫机器人的距离，所述智能控制模块91将超声波雷达92检测到的前方环卫人员与环卫机器人的距离与第二安全距离进行比较，所述超声波雷达92检测到的前方环卫人员与环卫机器人的距离小于等于第二安全距离时，所述智能控制模块91控制线控底盘1停止驱动环卫机器人行走。具体地，所述智能控制模块91分别向线控底盘1的行走电机控制器和制动电机控制器发出控制信号，检测行走电机的转速，若检测到行走电机的转速为0，则控制环卫机器人保持原始静止状态，若检测到行走电机的转速不为0，则控制行走电机停转，环卫机器人的行车动力关闭，并且制动电机控制器控制制动电机驱动制动机构将环卫机器人刹停。其中，所述超声波雷达92安装在驾驶室20的前脸上，位于前脸的中部和上部，所述超声波雷达92的距离检测为近距检测，即第二安全距离小于第一安全距离，从而在深度相机93出现故障时起到辅助功能，采用深度相机93结合超声波雷达92的检测方式，具有防撞避险的双保险作用，环卫机器人的行驶安全性更高。

可以理解，作为优选的，所述智能控制系统9还包括遥控器94，用于遥控控制环卫机器人，所述智能控制模块91还用于接收遥控器94发出的控制指令并根据接收到的控制指令控制自跟随控制模式的启停和/或控制线控底盘1的工作状态，例如，可以通过遥控器94控制自跟随模式的启停、线控底盘1的行走和启停控制。另外，还可以通过遥控器94控制风机4、清扫装置5、高压水路10的启停，以及清扫装置5的扫盘的转速、风机4的转速调节等。自跟随模式开启后，具有2挡定速行走，低档速度为作业行走，高档速度为转场行走，可由遥控器94进行控制切换。另外，还可以理解，启动自跟随模式后(环卫机器人上启动或无线遥控启动)，智能控制系统9检测深度相机93和超声波雷达92等传感器，串口通信(检测遥控器是否可正常连接)、Can通信(检测环卫机器人转向灯、作业警示灯、油门踏板、制动电机、底盘行走电机、电机控制器等是否正常)、以太网通信(检测转向电机是否正常)等元件和通信是否正常，若不正常，系统语音和显示屏提示不正常信息且不能启动自跟随模式，只有当所有检测都正常后，才能启动自跟随模式，并语音和显示屏提示自跟随模式开始执行。

可以理解，作为优选的，所述智能控制系统9还包括报警器95，所述报警器95设置在驾驶室20的顶部，所述智能控制模块91在控制线控底盘1停止驱动环卫机器人行走时还发出控制指令给报警器95以发出警报，提示环卫人员进行人工处理。所述报警器95发出警报的方式包括声音报警、灯光报警或者两者的结合。

可以理解，如图2所示，所述线控底盘1上设置有液压制动系统，所述液压制动系统包括人工刹车系统和线控刹车系统，所述人工刹车系统包括制动踏板11、制动总泵12、第一单向阀13和第二单向阀14，所述制动踏板11与制动总泵12连接以用于将人力传递至制动总泵12形成油压，所述制动总泵12与油壶113连通，所述制动总泵12还通过管路分别与前轮制动轮缸110和后轮制动轮缸111连通以用于分别输送液压油至前轮制动轮缸110和后轮制动轮缸111实现制动，所述第一单向阀13设置在制动总泵12与前轮制动轮缸110连通的管路上，所述第二单向阀14设置在制动总泵12与后轮制动轮缸111连通的管路上，通过设置第一单向阀13和第二单向阀14，可以防止液压油回流至制动总泵12中。所述线控刹车系统包括电机15、油泵16、第三单向阀18和第四单向阀19，所述电机15分别与线控底盘1上的制动电机控制器和油泵16连接并用于在制动电机控制器的控制下驱动油泵16，所述油泵16与油壶113连通，所述油泵16还通过管路分别与前轮制动轮缸110和后轮制动轮缸111连通以用于分别输送液压油至前轮制动轮缸110和后轮制动轮缸111实现制动，所述第三单向阀18设置在油泵16与前轮制动轮缸110连通的管路上，所述第四单向阀19设置在油泵16与后轮制动轮缸111连通的管路上，通过设置第三单向阀18和第四单向阀19，防止液压油回流至油泵16中。其中，所述电机15即为线控底盘1上的制动电机。

在本实施例中，线控底盘1可以同时实现人力制动和线控制动，并且人力刹车系统和线控刹车系统通过四个单向阀形成绝对隔离，两者可以独立工作，也可以同时工作，并且很方便地在有人驾驶和无人驾驶间切换液压制动模式，保证了无人驾驶采用线控制动失效时人工制动可以快速介入，提高了无人驾驶的安全性。

可以理解，作为优选的，所述线控刹车系统还包括比例压力控制阀17，所述比例压力控制阀17一端与油泵16的输出管路连通，另一端与油泵16的输入管路连通，所述比例压力控制阀17还与线控底盘1上的底盘电控系统连接并用于在底盘电控系统的控制下调节油泵16输出的液压油的压力。在本实施例中，可以通过底盘电控系统输出电信号比例控制比例压力控制阀17的压力，从而便于控制线控刹车系统的油压大小。

可以理解，作为优选的，所述线控刹车系统还包括设置在油泵16的输出管路上并用于检测油泵16输出液压油的压力大小的压力传感器112，所述压力传感器112还与线控底盘1上的底盘电控系统连接，底盘电控系统根据压力传感器112的检测结果控制电机15的转速和/或比例压力控制阀17的工作状态。例如，压力传感器112可以实时检测油泵16输出的液压油的压力大小，当检测到油泵16输出的液压油的压力小于期望值时，车辆控制器可以控制电机15加大转速以提高油泵16的转速，从而可以从油壶113中抽取更多的液压油进行输送，和/或车辆控制器还可以同时控制比例压力控制阀17的压力减小，从而增大主管路的油压，即增大油泵16输出端的油压；当检测到油泵16输出的液压油的压力大于期望值时，车辆控制器可以控制电机15减小转速以降低油泵16的转速，从而减少从油壶113中抽取的液压油量，和/或车辆控制器还可以同时控制比例压力控制阀17的压力增大，从而增大主管路的油压，即增大油泵16输出端的油压。在本实施例中，通过压力传感器112实时检测并反馈油泵16输出的液压油的压力大小，然后根据压力传感器112的检测结果对应地调节电机15的转速和/或比例压力控制阀17的压力大小，从而形成反馈调节，调节精准度高。

可以理解，如图3至图10所示，所述垃圾箱2包括盖板21、骨架22、风机进风口25、主吸管29、风罩210、垃圾存储箱215，所述盖板21、风罩210和垃圾存储箱215均安装在骨架22上，具体地，所述骨架22通过焊接、螺栓连接等方式与其它各个部件连接起来，从而可以形成一个牢固稳定的整体。所述盖板21设置在垃圾存储箱215的左右两侧以及上部，从而对垃圾存储箱215进行封装使其形成一个半封闭式的空间。可以理解，所述盖板21采用非金属材料制成，质量轻且便于设计成各种不同的造型，以满足垃圾箱2整体外形个性化设计的需求。所述主吸管29安装在垃圾存储箱215的侧壁上并用于吸取路面垃圾进入到垃圾存储箱215内，具体地，所述主吸管29通过与吸嘴6连接以对路面垃圾进行抽吸。所述风罩210位于在垃圾存储箱215的顶部并用于对主吸管29吸入的携带有垃圾的气流进行垃圾沉降，具体地，所述风罩210设置在主吸管29位于垃圾存储箱215内的出口位置的正上方，优选的，所述风罩210的形状为台体形。所述风机进风口25安装在垃圾存储箱215的侧壁上并用于与风机4连接，所述风机进风口25与垃圾存储箱215的内部连通以使风机4可以从垃圾存储箱215内部抽吸空气。风机4通过风机进风口25从垃圾存储箱215内不停地抽吸空气，从而在垃圾存储箱215内形成负压真空状态，从而使主吸管29产生一定的负压值，从而通过与主吸管29连接的吸嘴6将路面上的垃圾吸进垃圾存储箱215内，携带有垃圾的气流进入垃圾存储箱215后触碰到风罩210的底部，不仅可以防止抽吸进来的高速垃圾，尤其是大颗粒石头等砸坏垃圾存储箱215顶部的盖板21，而且减少了垃圾的动能，使降速后的垃圾在气流的带动下形成涡流沉降，从而将垃圾遗留在垃圾存储箱215内，而空气从风机进风口25处被风机4抽走，防止垃圾被风机4抽出而引起二次污染。

在本实施例中，所述垃圾存储箱215的顶部设置有风罩210，当主吸管29处抽吸进来的带有垃圾的高速气流碰撞到风罩210的底部表面时，垃圾的动能减少从而在气流的带动下形成涡流沉降，将垃圾遗留在垃圾存储箱215内，空气则被风机4抽走，防止垃圾被风机4抽出而引起二次污染。

可以理解，作为优选的，所述垃圾箱2还包括安装在骨架22上且位于垃圾存储箱215的顶部并用于对风机4从垃圾存储箱215内抽吸的空气进行过滤的过滤网，具体地，所述过滤网设置在风机进风口25与垃圾存储箱215内部连通的通道上，优选设置在垃圾存储箱215的出风口处，垃圾存储箱215内的空气必须经过过滤网的过滤处理才能通往风机进风口25，由于气流中夹杂的一些质量较大的垃圾在风罩210的涡流沉降作用下已经沉降下来，气流中仅剩一些质量很小的轻飘物，而过滤网可以对气流中仅剩的轻飘物进行过滤，形成过滤网沉降，并且过滤网还可以对气流的流动轨迹进行限制，使沉降后的干净空气沿着设定的线路从风机进风口25处通入风机4，再从风机4的排风口排出。作为优选的，所述过滤网包括分别位于风罩210左右两侧的第一过滤网27和第二过滤网211，对应地，所述风机进风口25与垃圾存储箱215内连通的通道有两条，所述第一过滤网27和第二过滤网211分别位于其中一条通道上，从而可以形成两条气流过滤通道，提升了风机4的抽吸效率。可以理解，所述第一过滤网27和第二过滤网211还可以分别位于风罩210的前后两侧；或者第一过滤网27和第二过滤网211位于风罩210的同一侧以实现两次过滤网沉降，进一步提升垃圾沉降效果。作为进一步优选的，所述第一过滤网27和第二过滤网211的下部竖向设置有用于对气流进行导向的分离板214，从主吸管29吸入的一股气流撞击到风罩210的底表面后分成左右两股气流，然后左右两股气流分别撞击到左右两侧的分离板214上，不仅加强了涡流沉降的效果，并且再一次降低了气流和垃圾的动能，迫使气流的流动方向变成向下运动，同时垃圾在重力作用下形成重力沉降。

可以理解，作为优选的，所述垃圾箱2还包括与垃圾存储箱215内部连通并用于与辅助吸管3连接的副吸管24，所述垃圾存储箱215左右两侧的盖板21上均设置有侧门23。具体地，所述副吸管24设置在垃圾存储箱215的侧壁上，所述副吸管24配套的快接接头上的堵头通过挂钩挂在骨架22上，另一端伸入到垃圾存储箱215内部，当需要对路面上一些主吸管29无法进行垃圾吸取的位置进行清扫时，例如犄角疙瘩处，可以将副吸管24配套的快接接头上的堵头拆下，再将辅助吸管3通过快接接头与副吸管24对接，从而可以对主吸管29无法进行垃圾吸取的位置进行人工清扫，副吸管24与主吸管29相辅相成，大大增强了环卫机器人的作业范围和作业能力，并且副吸管24采用前置隐藏式设计，垃圾箱2的结构更加精简、紧凑。同时，所述垃圾存储箱215左右两侧的盖板21上均设置有侧门23，当需要使用副吸管24进行清扫作业时，可以打开左侧或者右侧的侧门23以便于将辅助吸管3与副吸管24对接，操作十分方便，并且通过打开左右两侧的侧门23，还便于对垃圾箱2内部的其它组件进行维修。

进一步优选的，所述垃圾箱2还包括设置在垃圾存储箱215外壁上的隔板收纳组件26，所述隔板收纳组件26中放置有用于阻隔主吸管29与吸嘴6连通的隔板216。当需要单独使用副吸管24时，可以将隔板216从隔板收纳组件26中取下并放置在主吸管29与吸嘴6的连接处，从而堵上主吸管29与吸嘴6的连接通道，切断主吸管29的吸气通道，仅通过副吸管24进行垃圾清理工作，提升副吸管24处的负压值，从而提升了清理洁净度。

可以理解，作为优选的，所述风机进风口25的前端，即靠近垃圾存储箱215的一端设置有斜导板28，所述斜导板28靠近风机进风口25的一端设置有一折弯段，且所述折弯段靠近风机进风口25的一端的高度位置低于风机进风口25的开口下端的高度位置，所述折弯段远离风机进风口25的一端的高度位置要高于风机进风口25的开口下端的高度位置，斜导板28的下表面可以防止从主吸管29通入的带有垃圾的气流直接通入风机进风口25内，从而直接被风机4排出造成二次污染，只有按照预设轨迹经过气流降速、过滤网过滤后的气流才能经斜导板28的上方区域通入风机进风口25内；另一方面，斜导板28倾斜设置，具有明显的防积尘效果，避免了风机4每次启动时将斜导板28上的灰尘吸入风机4内。其中，所述斜导板28的倾斜角度为15°～45°，在此范围内时，防积尘效果较佳。

可以理解，由于环卫机器人的容积有限，为了节省空间，作为优选的，所述垃圾箱2还包括水箱212，所述水箱212与高压水路10连通，所述水箱212设置在所述垃圾存储箱215的左右两侧且在垃圾存储箱215的前端下部连通，或者所述水箱212设置在垃圾存储箱215的底部，使得整个垃圾箱2不仅能储运垃圾，同时还兼具水箱功能，一箱两用，空间利用率更高。

可以理解，所述垃圾存储箱215的尾部还设置有卸料门213，所述卸料门213在作业模式下处于关闭状态以保障垃圾存储箱215内的负压状态，当垃圾达到一定数量后，可以打开卸料门213，倾斜垃圾箱2以倒出垃圾，操作十分方便。

可以理解，如图11和图12所示，所述吸嘴6包括吸嘴体61、开口调节板62、电动推杆63、风管64和连杆机构65，所述吸嘴体61通过连杆机构65安装在线控底盘1上，所述电动推杆63安装在吸嘴体61上并与开口调节板62连接，所述开口调节板62位于吸嘴体61的前部，所述风管64分别与垃圾箱2和吸嘴体61连通，所述电动推杆63还与电气控制系统8连接，所述电动推杆63在电气控制系统8的控制下可进行伸缩以推动开口调节板62进行翻转，从而调节吸嘴体61前部的开口大小。例如，所述电动推杆63可以伸出以推动开口调节板62翻转以增大吸嘴体61前部的开口，从而可以将大件垃圾吸入到吸嘴体61内，进而通过风管64吸入到垃圾箱2中；待大件垃圾收集完后，电动推杆63再缩回以拉动开口调节板62复位，缩小吸嘴体61前部的开口，从而可以保证吸嘴体61处的负压值，以确保良好的清扫效果。可以理解，所述吸嘴6还包括挡料装置66，用于阻拦垃圾以使垃圾仅能从吸嘴体61的开口处被吸入，防止垃圾由于清扫装置5的清扫动作而跑向吸嘴体61的上方从而导致部分垃圾无法被吸入吸嘴体61内。

可以理解，如图13所示，本发明的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人的具体工作过程为：

当人工驾驶环卫机器人进行清洁作业时，先启动液压系统7，再将吸嘴6下放，清扫装置5展开、下放并驱动扫盘旋转清扫路面，位于清扫装置5上部的喷头喷出水雾降尘，同时系统启动风机4在垃圾箱2及吸嘴6内产生负压，通过吸嘴6进行垃圾吸拾，然后启动环卫机器人前进，按作业路径行驶对路面进行保洁。当垃圾箱2收满时，停止清洁作业，将吸嘴6提升，清扫装置5收回、提升，扫盘停止旋转，喷头停止喷洒水雾，风机4停止转动，环卫机器人进行转场作业，将垃圾运至垃圾站处理，然后再返回指定区域继续进行清洁作业。

其中，对于窄缝、绿化带、花坛、高台等环卫设备不便进入的特殊区域进行清洁时，首先，作业人员将环卫机器人停驶于需保洁作业的区域，取出辅助吸管3，将辅助吸管3无手柄的一端连接至垃圾箱2的副吸管24配套的快接接头，开启风机4，操作人员把持辅助吸管3另一端的手柄站立于环卫机器人的侧前方，按下遥控器94上的自跟随作业按钮，环卫机器人自主跟随环卫人员移动，从而对窄缝、绿化带、花坛、高台等处的垃圾进行移动清洁，即只需一个操作人员即可实现环卫机器人的移动操作和清洁作业同步进行，避免了现有需两个环卫工人一人驾车、一人手持辅助吸管3配合作业，以及一个环卫工人定点清洁-上车移位-下车清洁循环繁琐操作，极大提高了作业效率和减轻了环卫工人的劳动强度。

此外，当环卫机器人需进行清扫+冲洗组合作业，或需对某一区域进行定点清污或区域冲洗作业时，环卫人员取下高压冲洗喷枪，按下遥控器94上的自跟随作业按钮，环卫机器人自主跟随环卫人员移动，对需清理区域进行移动冲洗作业。避免了现有需两个环卫工人一人驾车、一人手持高压喷枪配合作业，以及一个环卫工人定点冲洗-上车移位-下车冲洗循环繁琐操作，极大提高了冲洗作业效率和减轻了环卫工人的劳动强度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，其特征在于，

包括

线控底盘(1)，用于驱使环卫机器人行走、转向或刹车；

智能控制系统(9)，用于基于机器视觉对前方环卫人员进行跟踪识别并根据识别结果控制线控底盘(1)的工作状态。

2.如权利要求1所述的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，其特征在于，

所述智能控制系统(9)包括

深度相机(93)，用于拍摄环卫机器人行驶前方的图像；

智能控制模块(91)，用于对深度相机(93)拍摄到的图像进行图像识别处理以识别出前方环卫人员与环卫机器人的距离以及前方环卫人员的动作姿态，并根据识别结果控制线控底盘(1)的工作状态。

3.如权利要求2所述的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，其特征在于，

所述智能控制模块(91)将基于图像识别处理得到的前方环卫人员与环卫机器人的距离与第一安全距离进行比较，

当基于图像识别得到的前方环卫人员与环卫机器人的距离小于等于第一安全距离时，所述智能控制模块(91)控制线控底盘(1)停止驱动环卫机器人行走；

当基于图像识别得到的前方环卫人员与环卫机器人的距离大于第二安全距离时，所述智能控制模块(91)计算两者的差值，并将两者的差值与预设值进行比较，根据比较结果控制线控底盘(1)的工作状态。

4.如权利要求3所述的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，其特征在于，

当基于图像识别得到的前方环卫人员与环卫机器人的距离大于第二安全距离，且两者的差值小于等于预设值时，所述智能控制模块(91)控制线控底盘(1)保持原有状态；

当两者的差值大于预设值时，所述智能控制模块(91)控制线控底盘(1)驱使环卫机器人前进。

5.如权利要求2所述的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，其特征在于，

所述智能控制模块(91)基于深度相机(93)拍摄到的前一帧图像选取环卫人员的人体特征点，进行深度学习处理后确定当前帧图像中环卫人员的人体特征并用检测框X框定；

然后在后一帧图像上建立坐标系，对该帧图像进行特征识别，并将沿纵轴左右偏转θ角范围作为检测区域值Ω，通过坐标判断检测框X与检测区域值Ω的位置关系，并根据判断结果对应地控制线控底盘(1)驱使环卫机器人保持直行或者左转或者右转。

6.如权利要求2所述的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，其特征在于，

所述智能控制系统(9)还包括

超声波雷达(92)，用于检测前方环卫人员与环卫机器人的距离；

所述智能控制模块(91)将超声波雷达(92)检测到的前方环卫人员与环卫机器人的距离与第二安全距离进行比较，

当所述超声波雷达(92)检测到的前方环卫人员与环卫机器人的距离小于等于第二安全距离时，所述智能控制模块(91)控制线控底盘(1)停止驱动环卫机器人行走。

7.如权利要求2所述的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，其特征在于，

所述智能控制系统(9)还包括

遥控器(94)，用于遥控控制环卫机器人，

所述智能控制模块(91)还用于接收遥控器(94)发出的控制指令并根据接收到的控制指令启动自跟随控制模式和/或控制线控底盘(1)的工作状态。

8.如权利要求1所述的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，其特征在于，

所述环卫机器人还包括

驾驶室(20)，设置在线控底盘(1)的上方前部；

垃圾箱(2)，设置在线控底盘(1)的上方，用于存储垃圾；

吸嘴(6)，设置在线控底盘(1)的前端下部并与垃圾箱(2)连通，用于将路面垃圾吸入垃圾箱(2)中；

清扫装置(5)，设置在线控底盘(1)上且位于吸嘴(6)的前方，用于将路面垃圾清扫至吸嘴(6)的前方；

风机(4)，设置在线控底盘(1)上并与垃圾箱(2)连通，用于使垃圾箱(2)和吸嘴(6)产生负压；

液压系统(7)，设置在线控底盘(1)上，用于提供液压动力；

电气控制系统(8)，设置在线控底盘(1)上，用于控制环卫机器人的工作状态。

9.如权利要求8所述的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，其特征在于，

所述线控底盘(1)设置有液压制动系统，所述液压制动系统包括人工刹车系统和线控刹车系统；

所述人工刹车系统包括制动踏板(11)、制动总泵(12)、第一单向阀(13)和第二单向阀(14)，所述制动踏板(11)与制动总泵(12)连接以用于将人力传递至制动总泵(12)形成油压，所述制动总泵(12)与油壶(113)连通，所述制动总泵(12)还通过管路分别与前轮制动轮缸(110)和后轮制动轮缸(111)连通以用于分别输送液压油至前轮制动轮缸(110)和后轮制动轮缸(111)实现制动，所述第一单向阀(13)设置在制动总泵(12)与前轮制动轮缸(110)连通的管路上，所述第二单向阀(14)设置在制动总泵(12)与后轮制动轮缸(111)连通的管路上；

所述线控刹车系统包括电机(15)、油泵(16)、第三单向阀(18)和第四单向阀(19)，所述电机(15)分别与线控底盘(1)上的制动电机控制器和油泵(16)连接并用于在制动电机控制器的控制下驱动油泵(16)，所述油泵(16)与油壶(113)连通，所述油泵(16)还通过管路分别与前轮制动轮缸(110)和后轮制动轮缸(111)连通以用于分别输送液压油至前轮制动轮缸(110)和后轮制动轮缸(111)实现制动，所述第三单向阀(18)设置在油泵(16)与前轮制动轮缸(110)连通的管路上，所述第四单向阀(19)设置在油泵(16)与后轮制动轮缸(111)连通的管路上。

10.如权利要求8所述的基于机器视觉进行自跟随控制的环卫机器人，其特征在于，

所述吸嘴(6)包括吸嘴体(61)、开口调节板(62)、电动推杆(63)、风管(64)和连杆机构(65)，所述吸嘴体(61)通过连杆机构(65)安装在线控底盘(1)上，所述电动推杆(63)安装在吸嘴体(61)上并与开口调节板(62)连接，所述开口调节板(62)位于吸嘴体(61)的前部，所述风管(64)分别与垃圾箱(2)和吸嘴体(61)连通，所述电动推杆(63)还与电气控制系统(8)连接，所述电动推杆(63)在电气控制系统(8)的控制下可进行伸缩以推动开口调节板(62)进行翻转，从而调节吸嘴体(61)前部的开口大小。

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