CN112644922A - 一种全自动智能抓桶机械手装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双目视觉的全自动智能抓桶机械手装置，包括：伸缩滑动机构、提升翻转机构、支撑滑动机构、双液压缸、夹取机构和超声波雷达。本发明通过双目摄像头和超声波雷达向中央控制器提供图像与位置信息，中央控制器根据接收到的信息进行综合处理并向液压系统发出工作指令，通过液压系统控制机械手实现对垃圾桶的自动抓取、提升、翻倒、复位动作。

Description

一种全自动智能抓桶机械手装置

技术领域

本发明涉及垃圾车相关技术领域，尤其涉及侧装式垃圾车的导轨式自动抓桶机械手装置。

背景技术

传统的垃圾车机械提桶装置自动化程度低，工作过程需要人工参与完成，工人的工作环境差，这不仅增加了工人的劳动强度，而且工作效率低。

近些年，虽然出现了很多自动抓取垃圾桶的机械手，但仍然存在一些缺陷。如一些导轨式机械手自由度少，需要依靠驾驶员通过调整垃圾车与垃圾桶的相对位置来准确抓取垃圾桶，这提高了驾驶员的操作难度；一些多自由度的机械臂虽然能够自动调整夹取爪与垃圾桶的相对位置，但关节较多，因此控制困难复杂并且对结构的刚度要求很高。

发明内容

为了解决传统的垃圾车机械提桶装置和现有的自动抓取垃圾桶机械手存在的不足之处，本发明在此提供了一种全自动智能抓桶机械手装置。

本发明提供的技术方案是：一种全自动智能抓桶机械手装置，包括：

伸缩滑动机构，所述伸缩滑动机构包括下滑动导轨、外伸缩臂、滑动底板吊耳、滑动底板、伸缩臂支座、伸缩臂液压缸、内伸缩臂、尼龙滑块，所述下滑动导轨可安装在车辆底盘上，所述下滑动导轨的轨道下底面上刻有油槽，油槽用于减小所述滑动底板在所述下滑动轨道内移动时的摩擦阻力，所述下滑动导轨用于安装所述滑动底板，所述滑动底板可在所述下滑动导轨内沿轨道方向前后移动，所述外伸缩臂和所述伸缩液压缸铰接在所述伸缩臂支座，所述外伸缩臂和所述伸缩液压缸可绕铰接轴转动，所述内伸缩臂与所述伸缩液压缸铰接，所述内伸缩臂安装在所述外伸缩臂内，所述内伸缩臂的底面与所述尼龙滑块接触，所述尼龙滑块可减小所述内伸缩臂在所述外伸缩臂内移动过程中的摩擦阻力。

提升翻转机构，所述提升翻转机构包括提升架、提升导轨、钢拉索、齿轮副、翻转架液压缸、提升转轴套筒、翻转架、翻转架滚筒、提升导轨转轴、拉索滚筒轴、拉索滚筒、液压马达、提升转轴。

作为优选，所述提升架由外滚轮、内滚轴、拉索轴、提升架上吊耳、提升架下吊耳构成。

作为优选，所述提升导轨内设置有翻转架通槽、翻转架导槽、提升架导槽，所述翻转架导槽的深度小于所述提升架导槽的深度，可防止所述内滚轴移动到所述翻转架导槽与所述提升架导槽交叉处时沿所述翻转架导槽向下移动，所述翻转架通槽用于所述翻转架与所述翻转液压缸的铰接。

所述提升架通过所述内滚轴安装在所述提升架导槽内，所述提升架的所述外滚轮与所述提升导轨前端面接触，所述提升架的所述外滚轮用于防止所述提升架在翻转力矩的作用下向所述提升导轨内部翻转，所述提升导轨的下端与所述内伸缩臂铰接，所述钢拉索的两端绕过所属拉索滚筒和翻转架滚筒分别与所述拉索轴和所述提升转轴套筒连接，所述钢拉索用于提升所述提升架，所述齿轮副中的两个齿轮分别与所述提升转轴和所述液压马达通过键连接的方式连接，所述齿轮副用于将所述液压马达的机械能传递到所述提升转轴上，所述提升转轴套筒与所述提升转轴通过键连接，所述提升转轴套筒在齿轮副的带动下通过旋转将所述钢拉索缠绕在所述提升转轴套筒上，所述翻转液压缸安装在所述提升导轨侧面，所述翻转架液压缸用于举升翻转架，所述翻转架安装在所述翻转架导槽，所述翻转架通过所述翻转架通槽与所述翻转架液压缸铰接，所述翻转架滚筒安装在所述翻转架上，所述翻转架滚筒与所述翻转架的上轴为间隙配合，所述翻转架滚筒用于减小所述钢拉索在提升过程中对所述翻转架的摩擦，所述拉索滚筒轴安装在所述提升导轨上，所述拉索滚筒与拉索滚筒轴为间隙配合安装，所述液压马达通过所述齿轮副带动所述提升转轴旋转。

支撑滑动机构，所述支撑滑动机构包括上滑动导轨、提升导轨支座，所述上滑动导轨的内部底面上刻有油槽，所述上滑动导轨用于所述提升导轨支座在轨道内的移动。所述提升导轨支座用于所述提升导轨的安装，所述提升导轨转轴与所述提升导轨支座上的孔铰接，所述提升导轨可绕铰接轴转动。

双目摄像头，所述双目摄像头安装在所述提升导轨的两侧面，用于获取所述夹取机构的所述盖板上的凸块与垃圾桶的相对位置信息，并将相对位置信息传送至中央控制器。

双液压缸，所述双液压缸的上端与所述提升架上吊耳铰接。

夹取机构，所述夹取机构包括夹取爪液压缸、夹取机构吊耳、夹取机构盖板、夹取机构上吊耳、夹取爪、夹取机构底板

作为优选，夹取爪设置有夹取爪第一孔、夹取爪第二孔。

作为优选，夹取机构底板上安装有夹取爪支撑销、夹取爪液压缸支座，所述夹取爪支撑销用于所述夹取爪绕所述夹取爪支撑销转动，所述夹取机构底板上有带孔凸块。

所述夹取爪液压缸的两端分别与所述夹取爪液压缸支座和所述夹取爪第一孔铰接，所述夹取爪液压缸用于调整所述夹取爪的开合，所述夹取机构吊耳与所述提升架下吊耳铰接，所述夹取机构盖板与所述夹取机构底板连接，所述夹取机构盖板上有带孔的凸块，所述夹取机构上吊耳与所述双液压缸的下端铰接，所述夹取爪通过夹取爪第二孔安装在夹取爪支撑销上。

作为优选，所述夹取机构可通过所述双液压缸的调整使所述盖板上的凸块的前端面始终能够正对垃圾桶。

超声波雷达，所述超声波雷达安装在所述夹取机构盖板上的带孔的凸块和所述夹取机构底板上的带孔的凸块内，所述超声波雷达用于探测所述夹取机构前方的垃圾桶，并将垃圾桶的位置信息传送至中央控制器。

作为优选，所述伸缩液压缸，所述翻转液压缸，所述液压马达，所述夹取爪液压缸，所述双液压缸、所述双目摄像头以及所述超声波雷达均与中央控制器相连。

本发明具有如下优点：与现有的侧装式垃圾车机械手相比，本发明可以实现完全的自动化，只需要操作人员启动机械装置的手开关即可，垃圾桶的位置获取、抓取、提升、翻转、复位均由机械手自动完成，双目摄像头和超声波雷达捕获垃圾桶的位置之后，由中央控制器进行信息处理，并控制液压系统操纵机械手完成垃圾桶的抓取、提升、翻转、复位，由于本发明有上、下两个滑动导轨，因此，机械手在液压缸的操纵之下可以在轨道内沿车身长度方向移动，进而使夹取机构可移动到垃圾桶正前方，由于本发明的提升导轨与提升导轨支座铰接，提升导轨可绕铰接轴转动，因此，夹取机构在提升导轨的带动下可调整夹取机构与正前方垃圾桶的距离，由于本发明设置有双液压缸，因此可调整盖板上的凸块前端面始终正对垃圾桶。

进一步的，驾驶员只要把车停靠在靠近垃圾桶的位置，通过双目摄像头、超声波雷达、中央控制器、液压系统便能自动调整夹取机构，使夹取机构能准确对准并接近垃圾桶，进而省去了工作人员通过调整车的位置来使夹取机构对准垃圾桶。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明斜后侧结构示意图。

图3是本发明提升翻转机构主视图。

图4是本发明提升架与翻转架初始接触状态示意图。

图5是本发明翻转状态示意图。

图6是本发明提升架示意图。

图7是本发明翻转架结构示意图。

图8是本发明提升导轨局部导槽示意图。

图9是本发明滑动伸缩机构部分结构示意图。

图10是本发明支撑滑动机构示意图。

图11是本发明提升导轨支座结构示意图。

图12是本发明夹取机构局部剖视图。

图13是夹取机构底板结构示意图。

其中，伸缩滑动机构-1、下滑动导轨-101、外伸缩臂-102、滑动底板吊耳-103、滑动底板-104、伸缩臂支座-105、伸缩液压缸-106、内伸缩臂-107、尼龙滑块-108、提升翻转机构-2、提升架-201、外滚轮-2011、内滚轴-2012、拉索轴-2013、提升架上吊耳-2014、提升架下吊耳-2015、提升导轨-202、翻转架通槽-2021、翻转架导槽-2022、提升架导槽-2023、钢拉索-203、齿轮副-204、翻转架液压缸-205、提升转轴套筒-206、翻转架-207、翻转架滚筒-208、提升导轨转轴-209、拉索滚筒轴-210、拉索滚筒-211、液压马达-212、提升转轴-213、支撑滑动机构-3、上滑动导轨-301、提升导轨支座-302、双目摄像头-4、双液压缸-5、夹取机构-6、夹取爪液压缸-601、夹取机构吊耳-602、夹取机构盖板-603、夹取机构上吊耳-604、夹取爪-605、夹取爪第一孔-6051、夹取爪第二孔-6052、夹取机构底板-606、夹取爪支撑销-6061、夹取爪液压缸支座-6062、超声波雷达-7。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-13所示，本发明提供了一种全自动智能抓桶机械手装置，双目摄像头4和超声波雷达7获取垃圾桶的位置信息后，信息可传输至中央控制器，中央控制器对信息进行处理，进而向液压系统发出指令，通过液压系统操纵机械手装置做出相应的动作，可完成机械手沿车身长度方向移动的动作，从而使机械手的夹取机构6移动到垃圾桶正前方；夹取机构6可随着提升翻转机构2绕着提升翻转机构2与支撑滑动机构3形成的铰接轴转动，因此也可完成机械手的夹取机构6靠近正前方垃圾桶的动作，从而使夹取机构6能够移动到可以使夹取爪抓取垃圾桶的位置；双液压缸5可调整夹取机构6与水平面间的角度，因此可以调整夹取机构盖板603的凸块的前端面始终正对垃圾桶，从而便于夹取爪605抓取垃圾桶；也可同通过提升翻转机构2完成垃圾桶的提升、翻倒及复位。

伸缩滑动机构1包括下滑动导轨101、外伸缩臂102、滑动底板吊耳103、滑动底板104、伸缩臂支座105、伸缩液压缸106、内伸缩臂107、尼龙滑块108。下滑动导轨101可安装在车辆的底盘上，也可安装在副车架上再安装到车架上，下滑动导轨101的轨道下底面上刻有油槽，油槽的存在可以减小滑动底板104在轨道内移动时的摩擦和阻力。外伸缩臂102和伸缩液压缸106分别铰接在伸缩臂支座105上，因此外伸缩臂102和伸缩液压缸106可以围绕铰接轴转动。内伸缩臂107安装在外伸缩臂102内并于与伸缩液压缸106铰接，内伸缩臂107底面设置有尼龙滑块108接触。尼龙滑块108可以减小内伸缩臂107在外伸缩臂102内移动时的摩擦。滑动底板104上安装有滑动底板吊耳103，滑动底板吊耳可以与外部动力源连接，外部动力源可通过传动机构带动滑动底板104在下滑动导轨101内沿车身长度方向移动。

进一步的，支撑滑动机构3包括上滑动导轨301、提升导轨支座302，提升导轨支座302可在上滑动导轨301内移动，上滑动导轨301内部底面上刻有油槽，可减小提升导轨支座302在滑动过程中的摩擦阻力，同时降低磨损。

进一步的，内伸缩臂107与伸缩液压缸106铰接，伸缩液压缸106、外伸缩臂102与滑动底板104铰接，内伸缩臂107、伸缩液压缸106、外伸缩臂102三者组成伸缩臂，伸缩臂在伸缩的过程中可绕与滑动底板104形成的铰接轴转动。提升翻转机构2的上端通过提升导轨转轴209与提升导轨支座302铰接，提升翻转机构2的下端与内伸缩臂107铰接。提升导轨支座302可在上滑动导轨301内沿车身长度方向移动，滑动底板104在下滑动导轨101内沿车身长度方向移动的过程中，可通过伸缩臂带动提升翻转机构2运动，进而提升翻转机构2与提升导轨支座302形成的铰接件可在上滑动导轨301内沿车身长度方向移动。提升翻转机构2在伸缩液压缸106伸缩的过程中，可绕提升翻转机构2和提升导轨支座302形成的铰接轴转动，进而可使夹取机构6朝向靠近垃圾桶的方向移动。

进一步的，车辆驾驶员将垃圾车安装有机械手装置的一侧停靠至垃圾桶附近时，按下驾驶室内的机械手装置的开关按钮，此时本发明提供的机械手启动，首先通过双目摄像4头获取机械手附近垃圾桶与夹取机构盖板603上的凸块之间的相对位置图像信息，图像信息经中央控制器处理之后，向外部动力源发出工作指令，外部动力源通过相应的传动机构带动滑动底板104在下滑动导轨101内沿车身长度方向移动，从而带动内伸缩臂107、伸缩液压缸106、外伸缩臂102三者组成的伸缩臂、提升翻转机构2、夹取机构6沿车身长度方向移动，夹取机构6移动到垃圾桶正前方时，双目摄像头将图像信息传送到中央控制器，中央控制器发出指令，使机械手在沿车身长度方向的运动停止，夹取机构6停在垃圾桶正前方，夹取机构盖板603内置水平位置传感器向中央控制器反馈夹取机构6与水平面之间的位置信息，通过中央控制器控制双液压缸5调整夹取机构6与水平面之间的位置关系，使夹取机构盖板603和夹取机构底板607上的凸块的前端面正对垃圾桶。

进一步的，夹取机构盖板603和夹取机构底板607上的凸块的孔内安装有超声波雷达7，通过超声波雷达7探测正前方垃圾桶的位置信息之后，信息传送到中央控制器，中央控制器向伸缩液压缸106发出指令，操纵提升翻转机构2，进而带动垃圾桶正前方的夹取机构6朝向垃圾桶移动，夹取机构6移动到与垃圾桶的距离为设定值时，伸缩液压缸106停止运动，夹取机构6停靠在可抓取垃圾桶的位置。

进一步的，夹取机构6停靠在抓取垃圾桶的位置后，在中央控制器的指令下，夹取爪液压缸601操纵夹取爪605抓取垃圾桶，夹取爪605内置压力传感器，夹取爪605抓取垃圾桶的力到达设定值时，夹取液压缸601停止运动。

进一步的，提升翻转机构2包括提升架201、外滚轮2011、内滚轴2012、拉索轴2013、提升架上吊耳2014、提升架下吊耳2015、提升导轨202、翻转架通槽2021、翻转架导槽2022、提升架导槽2023、钢拉索203、齿轮副204、翻转架液压缸205、提升转轴套筒206、翻转架207、翻转架滚筒208、提升导轨转轴209、拉索滚筒轴210、拉索滚筒211、液压马达212、提升转轴213。内滚轴2012安装在提升架导槽2023内，可以在提升架导槽2023内上下移动，内滚轴2012与拉索轴2013同轴，外滚轮2011与提升导轨202的前端面接触，可防止提升架在重力作用下向提升轨道202内部翻转。钢拉索203绕过拉索滚筒211、翻转架滚筒208表面后，两端分别与拉索轴2013和提升转轴套筒206连接，提升转轴套筒206通过键连接与提升转轴213相连，提升转轴213通过键连接与齿轮副204中的一个齿轮相连，齿轮副204中的另一个齿轮通过键连接与液压马达212相连，液压马达212安装在提升导轨202上。液压马达202将液压能转变为机械能通过齿轮副204、提升转轴213传递到提升转轴套筒206，提升转轴套筒206通过转动使钢拉索203缠绕在提升转轴套筒206表面，从而带动与钢拉索203连接的拉索轴2013在拉力的作用下使提升架201在提升架导槽2023内向上移动。翻转架液压缸205安装在提升导轨202的侧面，翻转架207安装在翻转架导槽2022内，并通过翻转架通槽2021与翻转架液压2缸205铰接。提升导轨转轴209与提升导轨支座302铰接，并可以绕铰接轴转动。拉索滚筒轴210安装在提升导轨202上，拉索滚筒211套装在拉索转轴210，并于拉索滚筒轴210行程间隙配合，在钢拉索203摩擦力的作用下拉索滚筒211可在拉索滚筒轴上转动。

进一步的，夹取机构6抓取垃圾桶后，中央控制器通过液压系统操纵液压马达212转动。如图4所示，提升架201被提升到提升架导槽2023的顶端，此时液压马达开始处于保压状态，提升架在拉力作用下始终位于提升架导槽2023的顶端而不会上下移动，但是可以在提升架导槽2023的顶端绕内滚轴2012的轴线转动，提升架201的内面压靠在翻转架滚筒208表面。

进一步的，如图5所示，翻转架液压缸205推动翻转架207在翻转架导槽2022内向上移动，由于内滚轴2012与拉索轴2013同轴，因此在翻转架207的推动下，提升架201绕内滚轴2012的轴线向上翻转，进而完成垃圾桶的翻倒动作，此时翻转架液压缸205开始处于保压状态，并保压一定的时间间隔，从而保证垃圾桶内的垃圾充分倾倒入箱体中。

进一步的，提升架201完成翻转动作，将垃圾倾倒进车厢内之后，翻转架液压缸205泄压，翻转架液压缸205的推杆复位，翻转架207在提升架201压力以及自身重力的作用下沿翻转架导槽2022向下移动，提升架201随着翻转架207的向下移动而逐渐复位，翻转架207复位之后，提升架复位至如图4所示状态，随后，液压马达212泄压，提升架201在自身重力以及双液压缸4的重力、夹取机构5的重力的作用下沿提升架导槽2023向下移动复位至夹取垃圾桶的位置，垃圾桶复位后，夹取爪液压缸601泄压，夹取爪605复位至抓取垃圾桶前的位置，然后伸缩液压缸106复位、双液压缸5复位、外部动力源复位，最终机械手装置复位至初始状态。

至此，机械手装置的一个完整的垃圾桶抓取、提升、翻转、复位动作完成。

需要说明的是，双目摄像头4在如图1所示的安装位置上的安装角度在不与机械手运动部件发生运动干涉的情况下，对本领域的一般技术人员而言，可视具体情况做出具体的调整，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是与滑动底板吊耳链接的外部动力源可以是液压、可以是电机等，对本领域的一般技术人员而言，具体使用何种形式的外部动力源可视实际情况而定。

Claims (8)

1.一种全自动智能抓桶机械手装置，用于侧装式垃圾车，其特征在于：包括伸缩滑动机构（1）、提升翻转机构（2）、支撑滑动机构（3）、双目摄像头（4）、双液压缸（5）、夹取机构（6）、超声波雷达（7）。

2.根据权利要求1所述的一种全自动智能抓桶机械手装置，其特征在于：所述伸缩滑动机构（1）还包括下滑动导轨（101）、外伸缩臂（102）、滑动底板吊耳（103）、滑动底板（104）、伸缩臂支座（105）、伸缩液压缸（106）、内伸缩臂（107）、尼龙滑块（108），所述下滑动导轨（101）安装在车辆底盘，所述滑动底板（104）安装于所述下滑动导轨（101）轨道内，所述滑动底板吊耳（103）可与外部动力源机构铰接，所述外伸缩臂（102）铰接于所述伸缩臂支座（105），所述伸缩液压缸（106）铰接于所述伸缩臂支座（105），所述内伸缩臂（107）与所述伸缩液压缸（106）铰接，所述外伸缩臂（102）下底面设置有尼龙滑块（108）。

3.根据权利要求1所述的一种全自动智能抓取机械手装置，其特征在于：所述提升翻转机构（2）还包括提升架（201）、提升导轨（202）、钢拉索（203）、齿轮副（204）、翻转架液压缸（205）、提升转轴套筒（206）、翻转架（207）、翻转架滚筒（208）、提升导轨转轴（209）、拉索滚筒轴（210）、拉索滚筒（211）、液压马达（212）、提升转轴（213）；

所述提升架（201）包括外滚轮（2011）、内滚轴（2012）、拉索轴（2013）、提升架上吊耳（2014）、提升架下吊耳（2015），所述内滚轴（2012）与所述拉索轴（2013）同轴；

所述提升导轨（202）包括翻转架通槽（2021）、翻转架导槽（2022）、提升架导槽（2023），所述提升架导槽（2023）由直导槽和曲型导槽组成；

所述提升架（201）的所述内滚轴（2012）安装在所述提升架导槽（2023）内，所述外滚轮（2011）与所述提升导轨（202）前端面接触，所述钢拉索（203）的两端绕过所述拉索滚筒（211）和翻转架滚筒（208）分别与所述拉索轴（2013）和所述提升转轴套筒（206）相连，所述齿轮副（204）中的两个齿轮分别与所述提升转轴（213）和所述液压马达（212）通过键连接，所述翻转架液压缸（205）通过螺栓安装在所述提升导轨（202）侧面，所述提升转轴套筒（206）安装在提升转轴（213）上，所述提升转轴（213）安装在所述提升导轨（202）上，所述翻转架（207）安装于所述翻转架导槽（2022）并通过所述翻转架通槽（2021）与所述翻转架液压缸（205）铰接，所述翻转架套筒（208）套装在所述翻转架（207）的轴上并形成间隙配合，所述提升导轨转轴（209）与所述支撑滑动机构（3）铰接，所述拉索滚筒轴（210）安装在所述提升导轨（202）上，所述拉索滚筒（211）套装在所述拉索滚筒轴（210）上并形成间隙配合，所述液压马达（212）安装在所述提升导轨（202）上。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的一种全自动智能抓桶机械手装置，其特征在于：所述支撑滑动机构（3）还包括上滑动导轨（301）、提升导轨支座（302），所述上滑动导轨（301）安装在车厢上侧，所述提升导轨支座（302）与所述提升导轨转轴（209）铰接。

5.根据权利要求4所述的一种全自动智能抓桶机械手装置，其特征在于：所述双目摄像头（4）安装在所述提升导轨（202）侧面。

6.如权利要求5所述的一种全自动智能抓桶机械手装置，其特征在于：所述双液压缸（5）的两端分别与所述提升架上吊耳（2014）和所述夹取机构（6）铰接。

7.根据权利要求6所述的一种全自动智能抓桶机械手装置，其特征在于：所述夹取机构（6）还包括夹取爪液压缸（601）、夹取机构吊耳（602）、夹取机构盖板（603）、夹取机构上吊耳（604）、夹取爪（605）、夹取机构底板（606）；

所述夹取盖板（603）内置水平位置传感器，所述夹取爪（605）内置压力传感器；

所述夹取爪（605）包括夹取爪第一孔（6051）、夹取爪第二孔（6052）；

所述夹取机构底板（606）上安装有夹取爪支撑销（6061）、夹取爪液压缸支座（6062）；

所述夹取爪液压缸（601）两端分别与所述夹取爪液压缸支座（6062）和所述夹取爪第一孔（6051）铰接，所述夹取机构吊耳（602）与所述提升架下吊耳（2015）铰接，所述夹取机构盖板（603）安装在所述夹取机构底板（606）上，所述夹取机构上吊耳（604）安装在所述夹取机构盖板（603）上，所述夹取机构上吊耳（604）与所述双液压缸（5）铰接，所述夹取爪第二孔（6052）与所述夹取爪支撑销（6061）铰接。

8.根据权利要求6所述的一种全自动智能抓取机械手装置，其特征在于：所述超声波雷达（7）分别安装在所述夹取机构盖板（603）的凸块的孔和所述夹取机构底板（606）底部凸块的孔内。

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