CN112974296A - 基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人。机器人的外壳包括上下两个平台，上平台安装有三个垃圾桶以及自动倾倒装置，垃圾桶上分别对应安装有自动开盖装置；下平台安装有主控制微处理器模块、语音识别模块、电源模块、自动循迹模块和无线充电模块。机器人通过自动巡迹，将垃圾运至楼道垃圾回收中转站指定位置，将垃圾直接倒入垃圾中转站的三个管道，避免了学生扔垃圾费事易望，扔垃圾时间集中，治理了寝室楼下垃圾收集压力大的痛点。机器人采用AI技术进行语音识别，判断垃圾类型，打开对应垃圾桶即可进行投掷，可以减少接触式细菌感染；采取无线充电的方式，相较于传统的有线充电模式，减少了插电、收线的麻烦。

Description

基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人

技术领域

本发明属于物联网智能机器人领域，具体涉及一种基于STM32与八路灰度传感器的垃圾分类巡线机器人。

背景技术

垃圾产生的数目与日俱增，不当的处理方式和随意丢弃，给我们的生活环境带来了很大的危害，为贯彻落实垃圾分类政策，减少资源的二次浪费，作为收纳和处理垃圾的垃圾桶的设计就显得尤为重要。随着电子信息技术的飞速发展，智能分类垃圾桶已经有了很大的发展。

传统的固定式垃圾桶仅仅是收集垃圾的容器，只能由用户到固定地点亲自投放，费时费力，甚至还会出现用户将垃圾投放到垃圾桶周围的现象。当垃圾桶中的垃圾满溢时，需要人工定时清理，浪费了大量的人力物力资源。而且人工倾倒垃圾时，无可避免地会接触到垃圾，造成接触式细菌感染。

另一方面，仅仅靠人工判断垃圾种类来丢掷垃圾，容易造成垃圾分类错误、资源浪费。对于无盖的垃圾桶虽方便人们投送垃圾，但存在卫生问题，间接地给人们带来疾病的隐患；对于有盖的垃圾桶相对卫生但不方便，容易造成接触感染。

通过采用现有的灰度传感器巡迹技术、无线充电技术、语音识别等技术，解决垃圾人工倾倒费时费力和细菌感染的问题，提高资源二次利用率。

现有的灰度传感器巡迹技术中，灰度传感器是模拟传感器，有一只发光二极管和一只光敏电阻，灰度传感器利用不同颜色的检测面对光的反射程度不同，光敏电阻对不同检测面返回的光其阻值也不同的原理进行颜色深浅检测。在有效的检测距离内，发光二极管发出白光，照射在检测面上，检测面反射部分光线，光敏电阻检测此光线的强度并将其转换为机器人可以识别的信号。灰度检测传感器主要用于检测不同颜色的灰度值将数据传输到主控制微处理器模块，主控制微处理器模块对接收到的信号发出对机器人运动机构的控制指令，从而实现机器人巡迹的功能。

现有的无线充电技术通过无线充电器与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不用电线连接，只需用电装置中含有接收器，无线充电器中含有磁芯和线圈即可，充电器及用电装置都可以做到无导电接点外露，提高了用电的安全性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人。

基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人包括外壳、运动机构、垃圾桶、主控制微处理器模块、电源模块、无线充电模块、自动倾倒装置、自动开盖装置、语音识别模块和自动循迹模块。

所述的外壳包括上下两个平台，上下平台通过设置在四个角的支撑柱连接，上平台安装有三个垃圾桶以及自动倾倒装置，三个垃圾桶分别为可回收垃圾桶、不可回收垃圾桶、厨余垃圾桶，垃圾桶上分别对应安装有自动开盖装置；下平台安装有主控制微处理器模块、语音识别模块、电源模块、自动循迹模块和无线充电模块。

所述的电源模块连接主控制微处理器模块、无线充电模块、自动倾倒装置、自动开盖装置、语音识别模块和自动循迹模块；所述的主控制微处理器模块连接自动开盖装置、垃圾桶自动倾倒装置、语音识别模块、无线充电模块和自动循迹模块；

所述的主控制微处理器模块采用型号为STM32F103ZET6的嵌入式微处理器，由主控制微处理器模块控制自动倾倒装置、自动开盖装置、语音识别模块、无线充电模块和自动循迹模块，来完成机器人的整体活动。

所述的电源模块用于给主控制微处理器模块、自动倾倒装置、自动开盖装置、语音识别模块和自动循迹模块供电。

进一步的，所述的电源模块为12V锂电池。

所述的无线充电模块包括发射器和连接电源模块的接收器，在主控制微处理器模块的控制下采用现有的无线充电技术，给机器人的电源模块供电。通过主控制微处理器模块对电源模块的电压值与标准电压值进行比对，当电源模块的电量不足20％时，根据预设巡线到达指定充电位置，通过预先安装在插座上的无线充电模块发射器进行无线充电。

所述的自动倾倒装置包括自动倾倒舵机、满溢红外传感器和连轴。所述的连轴安装在外壳上平台一侧，连轴上设置有固定结构，所述的固定结构与垃圾桶底部相连接，三个垃圾桶通过连轴连为一体，连轴的一端连接自动倾倒舵机，自动倾倒舵机与主控制微处理器模块相连，所述的满溢红外传感器安装在垃圾桶内壁上方，用于检测垃圾满溢情况。

所述的自动开盖装置包括自动开盖舵机和自动开盖红外传感器，所述的自动开盖舵机连接垃圾桶盖转轴，所述的自动开盖红外传感器安装在垃圾桶盖上，实时对接近的物体进行检测，当检测到物体距离垃圾桶距离小于设定阈值时，将电信号传送给主控制微处理器模块，主控制微处理器模块控制对应自动开盖舵机转动，对应自动开盖舵机带动转轴完成自动开盖。

所述的语音识别模块包括语音模块、麦克风和喇叭，所述的语音模块连接主控制微处理器模块、麦克风和喇叭；通过麦克风采集语音信息，并传输至语音模块进行判断，通过语音模块对语音信号进行识别判断垃圾类型，并将识别结果发送至主控制微处理器模块，主控制微处理器模块根据识别结果控制对应垃圾桶的自动开盖装置完成自动开盖，同时通过喇叭播报垃圾对应的分类名称。

进一步的，所述的语音模块型号为LD3320。

所述的自动巡迹模块包括八路灰度传感器和运动机构，所述的运动机构和八路灰度传感器连接主控制微处理器模块，其中运动机构安装在外壳的下平台上，用于驱动机器人运动，且运动方向可控，通过所述的八路灰度传感器，采用现有的灰度传感器巡迹技术，通过预先设置的机器人巡迹路线控制机器人实现自动巡迹。

进一步的，所述的运动机构包括安装在外壳下平台的四个车轮和连接四个车轮的四个直流电机，所述的四个直流电机连接主控制微处理器模块，通过主控制微处理器模块控制直流电机转动从而驱动车轮完成机器人的运动。

工作过程如下：

当人走近垃圾桶投掷垃圾时，若未知所扔垃圾类型，可说出垃圾名称，机器人自行判别垃圾所属类型并通过喇叭播报，打开相应的桶盖，一定时间后垃圾桶盖会自动关闭；若已知垃圾类型，直接将垃圾靠近垃圾所属的桶盖附近，经自动开盖红外传感器识别，通过主控制微处理器模块控制对应自动开盖舵机转动，完成垃圾桶自动开盖。

当三个垃圾桶其中任意一个达到垃圾桶的最大容量之后，垃圾桶顶部的红外传感器检测到垃圾满溢，发出信号给主控制微处理器模块，主控制微处理器模块判定垃圾满溢持续时间超过设定阈值，则发出倒垃圾指令，首先控制自动循迹模块根据预设的路径，控制机器人到达指定的垃圾中转站，然后通过主控制微处理器模块控制三个自动开盖舵机，使垃圾桶盖打开90度后，控制自动倾倒舵机转动，自动倾倒舵机带动连轴转动，从而带动垃圾桶向垃圾倾倒口倾斜，将三个垃圾桶并排翻转135度，利用惯性完成垃圾倾倒，倾倒完毕后，主控制微处理器模块控制自动开盖舵机使垃圾桶关闭，并使自动倾倒舵机复位，完成完整的垃圾自动倾倒动作。

倾倒完毕后机器人会沿着巡线回到原寝室暂停点。在电量低于20％时，机器人会自动前往无线充电桩(即无线充电模块的发射器)位置进行充电，电满后回到暂停点。

本发明有益效果是：

(1)机器人通过自动巡迹，将垃圾运至楼道垃圾回收中转站指定位置，将垃圾直接倒入垃圾中转站的三个管道。垃圾中转站的三个管道是直接连通到一楼的垃圾回收场，节省了高校学生倒垃圾的时间，也减少了每层楼的垃圾回收压力。本发明应用在高校寝室内，避免了学生扔垃圾费事易望，扔垃圾时间集中，治理了寝室楼下垃圾收集压力大的痛点。

(2)机器人采用AI技术进行语音识别，判断垃圾类型，打开对应垃圾桶即可进行投掷，这样可以减少接触式细菌感染。

(3)机器人采取无线充电的方式，相较于传统的有线充电模式，减少了插电、收线的麻烦。

附图说明

图1是本发明的整体系统框图；

图2是本发明实施例的自动巡迹模块结构框图；

图3是本发明实施例的整体框架结构图；

图4是本发明实施例的整体框架解剖图；

图5是本发明实施例的自动开盖装置结构图；

图6是本发明实施例的满溢红外传感器装置图；

图7是本发明实施例的自动倾倒装置结构图；

图8是本发明实施例的垃圾中转站结构图；

图9是本发明实施例的场景演示结构框图。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本发明进行进一步描述。

如图1所示，基于物联网技术和STM32的高校寝室垃圾分类机器人系统包括主控制微处理器模块(即嵌入式微处理器)控制下的语音识别模块、无线充电模块、自动巡迹模块、自动开盖装置和自动倾倒装置。

如图2所示，所述的自动巡迹模块包括八路灰度传感器和运动机构，所述的运动机构和八路灰度传感器连接主控制微处理器模块，其中运动机构安装在外壳的下平台上，用于驱动机器人运动，且运动方向可控，通过所述的八路灰度传感器，采用现有的灰度传感器巡迹技术，通过预先设置的机器人巡迹路线控制机器人实现自动巡迹。八路灰度传感器通过检测不同颜色的灰度值将数据传输到主控制微处理器模块，主控制微处理器模块对收到的信号进行分析判断后，给出指令传达给到直流电机驱动模块，在直流电机驱动下前轮和后轮做出前进、转向、后退等动作，从而实现机器人巡迹的功能。

如图3、图4所示，本发明机器人的外壳包括上下两个平台，上下平台通过设置在四个角的支撑柱连接，上平台安装有三个垃圾桶以及自动倾倒装置，三个垃圾桶分别为可回收垃圾桶、不可回收垃圾桶、厨余垃圾桶，垃圾桶上分别对应安装有自动开盖装置；下平台安装有主控制微处理器模块、语音识别模块、电源模块、自动循迹模块和无线充电模块。

电源模块连接主控制微处理器模块、无线充电模块、自动倾倒装置、自动开盖装置、语音识别模块和自动循迹模块；主控制微处理器模块连接自动开盖装置、垃圾桶自动倾倒装置、语音识别模块、无线充电模块和自动循迹模块；

如图5所示，本发明的自动开盖装置包括自动开盖舵机和自动开盖红外传感器，自动开盖舵机连接垃圾桶盖转轴，自动开盖红外传感器安装在垃圾桶盖上，实时对接近的物体进行检测，当检测到物体距离垃圾桶距离小于设定阈值时，将电信号传送给主控制微处理器模块，主控制微处理器模块控制对应自动开盖舵机转动，对应自动开盖舵机带动转轴完成自动开盖。

如图6、图7所示，本发明的自动倾倒装置包括自动倾倒舵机、满溢红外传感器和连轴。所述的连轴安装在外壳上平台一侧，连轴上设置有固定结构，所述的固定结构与垃圾桶底部相连接，三个垃圾桶通过连轴连为一体，连轴的一端连接自动倾倒舵机，自动倾倒舵机与主控制微处理器模块相连，所述的满溢红外传感器安装在垃圾桶内壁上方，用于检测垃圾满溢情况，当任一垃圾桶内垃圾满时，满溢红外传感器将满溢信息传送给主控制微处理器模块。当开始自动倾倒时，自动倾倒舵机转动带动连轴转动一定角度，实现自动倾倒功能。

如图8所示，为本发明的垃圾中转站示意图，当机器人沿着巡线到达垃圾中转站时，主控制微处理器模块控制三个自动开盖舵机，使垃圾桶盖打开90度后，自动倾倒舵机开始转动，将三个垃圾桶并排翻转135度倾倒垃圾，倾倒完毕后，主控制微处理器模块控制自动开盖舵机使垃圾桶关闭，并使自动倾倒舵机复位，完成垃圾的自动倾倒功能。垃圾中转站会有三个相应的管道，这三个管道直接连通到寝室楼下垃圾处理场，大大提高了高校寝室学生扔垃圾的便捷度。

如图9所示，本发明的适用场景主要在高校寝室。机器人运行的区域在寝室内的门口部分区域和寝室楼道地面，布有巡线。当人走近垃圾桶投掷垃圾时，若未知所扔垃圾类型，可说出垃圾名称，机器人自行判别垃圾所属类型并通过喇叭播报，打开相应的桶盖，一定时间后垃圾桶盖会自动关闭；若已知垃圾类型，直接将垃圾靠近垃圾所属的桶盖附近，经自动开盖红外传感器识别盖子会自动打开。当三个垃圾桶其中一个达到垃圾桶最大容量之后，机器人根据楼道内的巡线，开启巡迹模式，可按照图中巡线，行至垃圾回收中转站完成垃圾自动倾倒。倾倒完毕后机器人会沿着巡线回到原寝室暂停点。在电量低于20％时，机器人会自动前往无线充电桩(即无线充电模块的发射器)位置进行充电，电量满后回到暂停点。

Claims (10)

1.基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人，其特征在于，包括外壳、运动机构、垃圾桶、主控制微处理器模块、电源模块、无线充电模块、自动倾倒装置、自动开盖装置、语音识别模块和自动循迹模块；

所述的外壳包括上下两个平台，上下平台通过设置在四个角的支撑柱连接，上平台安装有三个垃圾桶以及自动倾倒装置，三个垃圾桶分别为可回收垃圾桶、不可回收垃圾桶、厨余垃圾桶，垃圾桶上分别对应安装有自动开盖装置；下平台安装有主控制微处理器模块、语音识别模块、电源模块、自动循迹模块和无线充电模块；

所述的电源模块连接主控制微处理器模块、无线充电模块、自动倾倒装置、自动开盖装置、语音识别模块和自动循迹模块；所述的主控制微处理器模块连接自动开盖装置、垃圾桶自动倾倒装置、语音识别模块、无线充电模块和自动循迹模块。

2.根据权利要求1所述的所述的基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人，其特征在于，主控制微处理器模块采用型号为STM32F103ZET6的嵌入式微处理器，由主控制微处理器模块控制自动倾倒装置、自动开盖装置、语音识别模块、无线充电模块和自动循迹模块，来完成机器人的整体活动。

3.根据权利要求1所述的所述的基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人，其特征在于，所述的电源模块用于给主控制微处理器模块、自动倾倒装置、自动开盖装置、语音识别模块和自动循迹模块供电。

4.根据权利要求1或2或3所述的所述的基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人，其特征在于，所述的无线充电模块包括发射器和连接电源模块的接收器，在主控制微处理器模块的控制下采用现有的无线充电技术，给机器人的电源模块供电；通过主控制微处理器模块对电源模块的电压值与标准电压值进行比对，当电源模块的电量不足20％时，根据预设巡线到达指定充电位置，通过预先安装在插座上的无线充电模块发射器进行无线充电。

5.根据权利要求4所述的所述的基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人，其特征在于，所述的自动倾倒装置包括自动倾倒舵机、满溢红外传感器和连轴；所述的连轴安装在外壳上平台一侧，连轴上设置有固定结构，所述的固定结构与垃圾桶底部相连接，三个垃圾桶通过连轴连为一体，连轴的一端连接自动倾倒舵机，自动倾倒舵机与主控制微处理器模块相连，所述的满溢红外传感器安装在垃圾桶内壁上方，用于检测垃圾满溢情况。

6.根据权利要求5所述的所述的基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人，其特征在于，所述的自动开盖装置包括自动开盖舵机和自动开盖红外传感器，所述的自动开盖舵机连接垃圾桶盖转轴，所述的自动开盖红外传感器安装在垃圾桶盖上，实时对接近的物体进行检测，当检测到物体距离垃圾桶距离小于设定阈值时，将电信号传送给主控制微处理器模块，主控制微处理器模块控制对应自动开盖舵机转动，对应自动开盖舵机带动转轴完成自动开盖。

7.根据权利要求6所述的所述的基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人，其特征在于，所述的语音识别模块包括语音模块、麦克风和喇叭，所述的语音模块连接主控制微处理器模块、麦克风和喇叭；通过麦克风采集语音信息，并传输至语音模块进行判断，通过语音模块对语音信号进行识别判断垃圾类型，并将识别结果发送至主控制微处理器模块，主控制微处理器模块根据识别结果控制对应垃圾桶的自动开盖装置完成自动开盖，同时通过喇叭播报垃圾对应的分类名称。

8.根据权利要求7所述的所述的基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人，其特征在于，所述的语音模块型号为LD3320。

9.根据权利要求7所述的所述的基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人，其特征在于，所述的自动巡迹模块包括八路灰度传感器和运动机构，所述的运动机构和八路灰度传感器连接主控制微处理器模块，其中运动机构安装在外壳的下平台上，用于驱动机器人运动，且运动方向可控，通过所述的八路灰度传感器，采用现有的灰度传感器巡迹技术，通过预先设置的机器人巡迹路线控制机器人实现自动巡迹。

10.根据权利要求9所述的所述的基于物联网技术的高校寝室垃圾分类机器人，其特征在于，进一步的，所述的运动机构包括安装在外壳下平台的四个车轮和连接四个车轮的四个直流电机，所述的四个直流电机连接主控制微处理器模块，通过主控制微处理器模块控制直流电机转动从而驱动车轮完成机器人的运动。

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