CN113911586B - 智能垃圾分拣系统及分拣方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能垃圾分拣系统及分拣方法，该分拣系统包括控制模块、移动模块、清扫模块、抓取模块、存储模块和识别模块；控制模块、清扫模块、抓取模块、存储模块和识别模块均安装在移动模块上，且移动模块、清扫模块、抓取模块、存储模块和识别模块均与控制模块电性连接；其中，移动模块用于在控制模块的驱动作用下带动清扫模块、抓取模块、存储模块和识别模块运行到垃圾堆放处；抓取模块用于抓取垃圾；识别模块用于识别抓取模块抓取的垃圾的最终归属类别信息，并将最终归属类别信息反馈至控制模块；存储模块用于根据最终归属类别信息存放抓取模块抓取的垃圾；清扫模块用于在控制模块的驱动作用下对抓取模块无法抓取的碎小垃圾进行清扫。

Description

智能垃圾分拣系统及分拣方法

技术领域

本发明涉及垃圾分拣技术领域，特别涉及一种智能垃圾分拣系统及分拣方法。

背景技术

随着人们对环保意识的逐渐加强，垃圾分类开始受到关注，人们开始意识到垃圾分拣的重要性。现有的垃圾处理大多都是人工推着垃圾清理车不间断的进行清扫，清扫完再对垃圾进行分拣，并放到指定的垃圾箱内，整个工作过程中的工作量很大，需要耗费大量的人力、物力和时间，且人工直接接触各种垃圾对身体本身也会造成一定的损伤。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出了一种智能垃圾分拣系统及分拣方法，以降低人工参与的工作量，有利于节约工作时间，提高工作效率。

根据本申请的第一方面，提供了一种智能垃圾分拣系统，该系统包括：控制模块、移动模块、清扫模块、抓取模块、存储模块和识别模块；所述控制模块、所述清扫模块、所述抓取模块、所述存储模块和所述识别模块均安装在所述移动模块上，且所述移动模块、所述清扫模块、所述抓取模块、所述存储模块和所述识别模块均与所述控制模块电性连接；其中，

所述移动模块，用于在所述控制模块的驱动作用下带动所述清扫模块、抓取模块、存储模块和识别模块运行到垃圾堆放处；

所述抓取模块，用于在所述控制模块的驱动作用下抓取垃圾；

所述识别模块，用于在所述控制模块的驱动作用下识别所述抓取模块抓取的垃圾的最终归属类别信息，并将所述最终归属类别信息反馈至所述控制模块；

所述存储模块，用于根据所述最终归属类别信息，在所述控制模块的驱动作用下存放所述抓取模块抓取的垃圾；

所述清扫模块，用于在所述控制模块的驱动作用下对所述抓取模块无法抓取的碎小垃圾进行清扫。

在上述系统中，所述控制模块包括树莓派微控器和Arduino微控器，所述树莓派微控器作为上位机控制所述移动模块、所述清扫模块和所述识别模块，所述Arduino微控器作为下位机控制所述抓取模块和所述存储模块，所述树莓派微控器与所述Arduino微控器通讯以进行信号传输。

在上述系统中，所述移动模块上设置有IMU传感器和编码器，所述IMU传感器和所述编码器均与所述树莓派微控器电性连接；其中，

所述IMU传感器，用于在所述树莓派微控器的驱动作用下测量所述移动模块的位姿信息；

所述编码器，用于在所述树莓派微控器的驱动作用下结合PID控制算法保持所述移动模块的运行速度。

在上述系统中，所述存储模块包括多个不同种类的独立的箱体单元，所述箱体单元包括箱盖和箱体，所述箱盖与所述箱体的一侧铰接，所述箱盖的尺寸大于所述箱体的开口处的尺寸，所述箱盖上未覆盖箱体的开口处的位置连接有开合机构。

在上述系统中，所述开合机构包括竖直布置的丝杠以及与所述丝杠配合的丝杠螺母，所述丝杠螺母固定安装在所述箱体的外侧面，所述丝杠的上端连接所述箱盖，所述丝杠的下端穿过所述丝杠螺母连接有驱动电机，所述驱动电机悬空设置，所述驱动电机电气连接于所述Arduino微控器。

在上述系统中，所述开合机构包括竖直布置的丝杠以及与所述丝杠配合的丝杠螺母，所述丝杠螺母套装在所述丝杠的外侧，所述丝杠的下端连接有驱动电机，所述驱动电机的机身固定安装在所述箱体的外侧面，所述丝杠螺母朝向所述箱盖的一侧连接有竖直布置的推杆，所述推杆的上端连接所述箱盖，所述驱动电机电气连接于所述Arduino微控器。

在上述系统中，所述识别模块包括激光位移传感器单元、材料检测传感器单元、摄像单元和判断单元，所述激光位移传感器单元、所述材料检测传感器单元、所述摄像单元和所述判断单元均与树莓派微控器电性连接；其中，

所述激光位移传感器单元，用于在所述树莓派微控器的驱动作用下，利用激光来检测待抓取垃圾相对所述移动模块的位置和距离，便于所述移动模块移动以调整所述抓取模块相对所述待抓取垃圾的位置距离；

所述摄像单元，用于在所述树莓派微控器的驱动作用下，对所述抓取模块抓取的垃圾进行拍照以获取被抓取的垃圾的第一归属类别信息；

所述材料检测传感器单元，用于在所述树莓派微控器的驱动作用下，对所述抓取模块抓取的垃圾进行检测，以获取所述被抓取的垃圾的第二归属类别信息；

所述判断单元，用于在所述树莓派微控器的驱动作用下，将所述第一归属类别信息和所述第二归属类别信息进行比对，若所述第一归属类别信息和所述第二归属类别信息一致，则确定所述被抓取的垃圾的最终归属类别信息并发送至所述树莓派微控器。

根据本申请的第二方面，提供了一种垃圾分拣方法，应用于上述智能垃圾分拣系统，所述智能垃圾分拣系统包括控制模块、移动模块、清扫模块、抓取模块、存储模块和识别模块；所述控制模块、所述清扫模块、所述抓取模块、所述存储模块和所述识别模块均安装在所述移动模块上，且所述移动模块、所述清扫模块、所述抓取模块、所述存储模块和所述识别模块均与所述控制模块电性连接；其特征在于，包括以下步骤：

所述控制模块驱动所述移动模块运行至垃圾堆放处；

所述控制模块驱动所述抓取模块抓取垃圾，并将被抓取的垃圾转运至所述识别模块；

所述控制模块驱动所述识别模块识别所述被抓取的垃圾的最终归属类别信息；

所述识别模块将所述最终归属类别信息反馈至所述控制模块；

所述控制模块接收所述最终归属类别信息后，根据所述最终归属类别信息驱动所述抓取模块将所述被抓取的垃圾转运至所述存储模块中对应类别的箱体单元中。

在上述方法中，所述控制模块驱动所述识别模块识别所述被抓取的垃圾的最终归属类别信息的步骤，包括：

所述控制模块驱动所述识别模块中的摄像单元对所述被抓取的垃圾进行拍照，并将拍摄的照片输入预先训练的卷积神经网络模型以获取所述被抓取的垃圾的第一归属类别信息；

所述控制模块驱动所述识别模块中的材料检测传感器单元对所述被抓取的垃圾进行材料检测以获取所述被抓取的垃圾的第二归属类别信息；

所述控制模块驱动所述识别模块中的判断单元将所述第一归属类别信息和所述第二归属类别信息进行比对；若所述第一归属类别信息和所述第二归属类别信息一致，则确定所述被抓取的垃圾的最终归属类别信息。

在上述方法中，当待抓取垃圾的位置超过所述抓取模块的抓取范围时，所述控制模块驱动所述识别模块中的激光位移传感器单元检测所述待抓取垃圾相对所述移动模块的位置和距离；

所述激光位移传感器单元将所述待抓取垃圾的位置和距离信息反馈至所述控制模块；

所述控制模块接收所述待抓取垃圾的位置和距离信息后，根据所述待抓取垃圾的位置和距离信息驱动所述移动模块向所述待抓取垃圾移动以便所述抓取模块抓取所述待抓取垃圾。

根据本申请所提供的技术方案，至少具有如下有益效果：通过控制模块驱动移动模块、清扫模块、抓取模块、存储模块和识别模块各自执行对应的功能，整个过程人工参与少，有利于节约工作时间，提高工作效率。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一方面实施例中智能垃圾分拣系统的整体结构框图；

图2为本发明第一方面一个实施例的单个箱体单元的结构示意图；

图3为本发明第一方面另一个实施例的单个箱体单元的结构示意图；

图4为本发明第二方面实施例中垃圾分拣方法的流程框图；

图5为本发明第二方面实施例中确定垃圾的最终归属类别信息的流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而非用于描述特定的顺序或先后次序。涉及到方位描述，术语“中心、纵向、横向、长度、宽度、厚度、上、下、前、后、左、右、竖直、水平、顶、底、内、外、周向、径向、轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”、“布置”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请提供了一种智能垃圾分拣系统及分拣方法，以解决现有技术中垃圾分拣工作量大，需耗费大量的人力、物力和时间的问题。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

本申请的第一方面实施例提供了一种智能垃圾分拣系统，如图1所示，该智能垃圾分拣系统包括控制模块10、移动模块20、清扫模块30、抓取模块40、存储模块50和识别模块60，移动模块20、清扫模块30、抓取模块40、存储模块50和识别模块60均与控制模块10电性连接，且控制模块10、清扫模块30、抓取模块40、存储模块50和识别模块60均安装在移动模块20上，移动模块20在控制模块10的驱动作用下，带动清扫模块30、抓取模块40、存储模块50和识别模块60运行到垃圾堆放处，抓取模块40抓取垃圾后，通过识别模块60判断被抓取垃圾的所属分类，抓取模块40根据被抓取垃圾的所属分类将被抓取的垃圾存放到存储模块50内，在抓取模块40抓取垃圾的过程中，清扫模块30可以不间断动作以对分散的垃圾进行清扫。

在本申请的一些具体实施例中，控制模块10包括树莓派微控器11和Arduino微控器12，Arduino微控器12能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境；树莓派微控器11作为上位机直接控制移动模块20、清扫模块30和识别模块60，Arduino微控器12作为下位机直接控制抓取模块40和存储模块50，树莓派微控器11与Arduino微控器12通讯以进行信号传输。在本实施例中，通过树莓派微控器11和Arduino微控器12来实现对各个模块的分别控制，避免了使用一个微控器控制各个模块时出现的资源不足，资源通道拥挤等问题。

具体地，在移动模块20运行的过程中，当识别模块60检测到垃圾时，识别模块60反馈相关信息给树莓派微控器11，反馈信息包括但不限于垃圾的位置信息等，树莓派微控器11收到反馈信息后向移动模块20发出停止运行命令，移动模块20运行停止，Arduino微控器12驱动抓取模块40抓取垃圾，并将被抓取的垃圾存放到存储模块50内。

在本申请的一些具体实施例中，移动模块20可以是移动小车，移动模块20通过直流减速电机提供动力支持，直流减速电机的机轴携带编码器21，移动模块20上还设置有IMU传感器22，通过IMU传感器22和编码器21实现移动模块20的准确定位。在本申请中，IMU传感器22优选GY85，GY85是一个惯性测量模组，可以对移动模块20进行加速度、方向和磁感应强度的测量，以提供移动模块20的速度和位姿等信息，GY85通过I2C协议与树莓派微控器11进行通讯，以向树莓派微控器11反馈移动模块20的速度和位姿等信息，便于下一步运动决策。编码器21优选霍尔编码器，霍尔编码器与树莓派微控器11电性连接以结合PID控制算法保持移动模块20的运行速度的稳定，还可以测量移动模块20的移动里程。

在本申请的一些具体实施例中，清扫模块30用于对抓取模块40无法抓取的垃圾（例如碎屑、尘土等碎小垃圾）进行清扫。清扫模块30包括安装在移动模块20上的密封壳体、清扫电机、叶片和地刷等，密封壳体独立于存储模块50，清扫电机电气连接于树莓派微控器11，地刷与待清扫的垃圾接触，地刷与密封壳体连通，树莓派微控器11驱动清扫电机带动叶片高速旋转，在密封壳体内产生空气负压，通过地刷吸取尘屑后存储在密封壳体内。

在本申请的一些具体实施例中，抓取模块40可以是机械臂，在本申请中，抓取模块40采用六自由度的机械臂，该机械臂主要包括六个转动关节、一个末端执行关节、第一连接臂和第二连接臂，机械臂通过底座安装在移动模块20上，第一转动关节的输出端与底座连接，构成第一个自由度；第二转动关节的输出端与第一转动关节的固定端连接，第二转动关节的固定端与第一连接臂连接，构成第二个自由度；第三转动关节的固定端与第一连接臂连接，构成第三个自由度；第四转动关节的固定端与第三转动关节的输出端连接，第四转动关节的输出端与第二连接臂连接，构成第四个自由度；第五转动关节的固定端与第二连接臂连接，构成第五个自由度；第六转动关节的固定端与第五转动关节的输出端连接，第六转动关节的输出端与末端执行关节连接，构成机械臂的第六个自由度；末端执行关节具有五爪手指结构，以便于抓取更小的垃圾，同时可以使末端执行关节每次只抓取一种垃圾。末端执行关节上安装有探测相机，用于精确定位待抓取的垃圾。需要说明的是，构成每个自由度的关节连接处均设置有舵机，每个舵机均电气连接于Arduino微控器12，当发现待抓取垃圾后，Arduino微控器12向各个舵机发出控制信号，各个舵机接收控制信号后驱动各自对应的关节转动到合适位置以使末端执行关节能够转动到准确的位置抓取垃圾。

在本申请的一些具体实施例中，存储模块50包括多个不同种类的独立的箱体单元51，不同的箱体单元51存放不同的垃圾。例如，可回收箱体单元用于存放可回收垃圾（主要包括废纸、塑料、玻璃、金属和纺织物五大类）；有害垃圾箱体单元用于存放有害垃圾（主要包括废电池、废日光灯管、废水银温度计、过期药品等）；厨余垃圾箱体单元用于存放厨余垃圾（主要包括剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶、果皮等食品类废物）；其他垃圾箱体单元用于存放除上述几类垃圾之外的砖瓦陶瓷、渣土等难以回收的废弃物。

需要说明的是，如图2和图3所示，每个箱体单元51的箱盖512与箱体511的一侧铰接，以使箱盖512能够打开并将垃圾存放入箱体511内。具体地，箱盖512的尺寸大于箱体511的开口处的尺寸，箱盖512上未覆盖箱体511的开口处的位置连接有开合机构513。

在本申请的一些具体实施例中，如图2所示，开合机构513包括竖直布置的丝杠514以及与丝杠514配合的丝杠螺母515，丝杠螺母515固定安装在箱体511的外侧面，丝杠514的上端连接箱盖512，丝杠514的下端穿过丝杠螺母515通过联轴器（图中未示出）连接有驱动电机516，驱动电机516悬空设置，驱动电机516电气连接于Arduino微控器12，Arduino微控器12控制驱动电机516启动以带动丝杠514与丝杠螺母515啮合传动，通过丝杠514的升降打开或关闭箱盖512。

进一步地，箱盖512上未覆盖箱体511的开口处的位置开设有长条形的缺口槽517，丝杠514的外径小于缺口槽517的宽度，防止发生运动干涉。丝杠514的上端设置两个限位片518，限位片518的最小尺寸大于缺口槽517的宽度，丝杠514的上端从缺口槽517中穿过，并使箱盖512位于两个限位片518之间（另一个限位片518图中未示出），以防止在箱盖512在打开或关闭的过程中脱离丝杠514。在丝杠514上升打开箱盖512或者丝杠514下降关闭箱盖512的过程中，丝杠514的上端沿缺口槽517的长度方向会产生相对滑动的趋势。在本实施例中，对限位片518的形状不做具体限定，仅需满足，限位片518在跟随丝杠514转动的过程中不会影响箱盖512的打开或关闭即可。

在本申请的一些具体实施例中，如图3所示，开合机构513包括竖直布置的丝杠514以及与丝杠514配合的丝杠螺母515，丝杠螺母515套装在丝杠514的外侧，丝杠514的下端通过联轴器（图中未示出）连接有驱动电机516，驱动电机516的机身固定安装在箱体511的外侧面，丝杠螺母515朝向箱盖512的一侧连接有竖直布置的推杆519，推杆519的上端连接箱盖512，驱动电机516电气连接于Arduino微控器12，Arduino微控器12控制驱动电机516启动以带动丝杠514转动，通过丝杠514转动带动丝杠螺母515沿丝杠514做往复直线运动，从而使丝杠螺母515带动推杆519做直线升降运动，通过推杆519的升降打开或关闭箱盖512。

进一步地，丝杠514的顶端设置有限位块520，以限制丝杠螺母515向上运动的位移，防止丝杠螺母515脱离丝杠514。

进一步地，箱盖512上未覆盖箱体511的开口处的位置开设有长条形的缺口槽517，推杆519的外径小于缺口槽517的宽度，防止发生运动干涉。推杆519的上端设置两个限位片518，限位片518的最小尺寸大于缺口槽517的宽度，推杆519的上端从缺口槽517中穿过，并使箱盖512位于两个限位片518之间（另一个限位片518图中未示出），以防止在箱盖512在打开或关闭的过程中脱离推杆519。在推杆519上升打开箱盖512或者推杆519下降关闭箱盖512的过程中，推杆519的上端沿缺口槽517的长度方向会产生相对滑动的趋势。在本实施例中，对限位片518的形状不做具体限定。

需要说明的是，在本实施例中，丝杠514的上下两端可以分别通过支座（图中未示出）安装在箱体511的外侧面，丝杠514与支座转动连接，位于丝杠514上端的支座可以代替限位块520限制丝杠螺母515向上运动的位移，防止丝杠螺母515脱离丝杠514。

在其它实施例中，还可以通过电动推杆实现箱盖512的打开或关闭。

在本申请的一些具体实施例中，每个箱体外侧底部均设置有称重传感器（图中未示出），称重传感器电气连接于Arduino微控器12。称重传感器用于对箱体内的垃圾进行称重，以确定箱体中的垃圾的重量，并将垃圾的重量数值发送至Arduino微控器12，Arduino微控器12将垃圾的重量数值与预设的重量阈值进行对比，以判断箱体是否装满。

在本申请的一些具体实施例中，识别模块60包括激光位移传感器单元61、材料检测传感器单元62、摄像单元63和判断单元64，激光位移传感器单元61、材料检测传感器单元62、摄像单元63和判断单元64均与树莓派微控器11电性连接。

其中，

激光位移传感器单元61利用激光来检测待抓取垃圾的位置和距离，便于移动模块20移动以调整抓取模块40相对待抓取垃圾的位置和距离，进而便于抓取模块40抓取垃圾；材料检测传感器单元62用于检测垃圾的材料属性，材料检测传感器单元62可以包括多个材料检测传感器，每个材料检测传感器检测一种材料，或者包括一个多功能的材料检测传感器以检测所有材料的信息，或者通过X射线荧光光谱分析的方式进行垃圾的材料元素分析，并根据元素分析结果确定对应的垃圾材料信息。例如，若垃圾中的主要元素为纤维及纤维集合体，则该垃圾为纺织物；若垃圾中的主要元素为聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等类似物，则该垃圾为塑料；若垃圾中的主要元素为铁或铜等，则该垃圾为金属等等。摄像单元63采用树莓派摄像头，该树莓派摄像头具有自动白平衡及自动补光功能使得拍摄图像更加清晰；判断单元64用于判断垃圾的最终归属类别信息。

在本申请中，可以先通过摄像单元63对抓取模块40抓取的垃圾进行拍照以获取被抓取的垃圾的第一归属类别信息；然后再通过材料检测传感器单元62对抓取模块40抓取的垃圾进行检测，进一步根据垃圾的材料属性来获取被抓取的垃圾的第二归属类别信息；判断单元64将被抓取的垃圾的第一归属类别信息和第二归属类别信息进行比对，若二者信息一致，则确定被抓取的垃圾的最终归属类别信息并发送至树莓派微控器11，若二者信息不一致，则重新获取被抓取的垃圾的第一归属类别信息和第二归属类别信息进行比对。通过两次归属类别信息对比的方式可以有效地保证垃圾的最终归属类别信息的准确性。

识别模块60确定被抓取的垃圾的最终归属类别信息后，将被抓取的垃圾的最终归属类别信息反馈给树莓派微控器11，树莓派微控器11将该信息转发至Arduino微控器12，Arduino微控器12收到该信息后向抓取模块40发出将该垃圾存放至对应的箱体单元51的指令，同时Arduino微控器12控制对应的驱动电机516动作以打开对应的箱体单元51的箱盖512，抓取模块40根据收到的指令将抓取的垃圾存放至对应的箱体511中。

本发明的第二方面实施例提供了一种垃圾分拣方法，应用于上述智能垃圾分拣系统，该智能垃圾分拣系统包括控制模块10、移动模块20、清扫模块30、抓取模块40、存储模块50和识别模块60，控制模块10、清扫模块30、抓取模块40、存储模块50和识别模块60均安装在移动模块20上，且移动模块20、清扫模块30、抓取模块40、存储模块50和识别模块60均与控制模块10电性连接，如图4所示，该垃圾分拣方法包括以下步骤：

S100、控制模块驱动移动模块运行至垃圾堆放处；

S110、控制模块驱动抓取模块抓取垃圾，并将被抓取的垃圾转运至识别模块；

S120、控制模块驱动识别模块识别被抓取的垃圾的最终归属类别信息；

S130、识别模块将该最终归属类别信息反馈至控制模块；

S140、控制模块接收该最终归属类别信息后，根据该最终归属类别信息驱动抓取模块将被抓取的垃圾转运至存储模块中对应类别的箱体单元中。

在本申请的一些具体实施例中，如图5所示，步骤S120包括：

S121、控制模块驱动识别模块中的摄像单元对被抓取的垃圾进行拍照，并将拍摄的照片输入预先训练的卷积神经网络模型以获取被抓取的垃圾的第一归属类别信息；

S122、控制模块驱动识别模块中的材料检测传感器单元对被抓取的垃圾进行材料检测以获取被抓取的垃圾的第二归属类别信息；

S123、控制模块驱动识别模块中的判断单元将被抓取的垃圾的第一归属类别信息和第二归属类别信息进行比对；若二者信息一致，则确定被抓取的垃圾的最终归属类别信息；若二者信息不一致，则重复执行步骤S121至S123。

在本申请的一些具体实施例中，该垃圾分拣方法还包括：

S200、在抓取模块抓取垃圾的过程中，当待抓取垃圾的位置超过抓取模块的抓取范围时，控制模块驱动识别模块中的激光位移传感器单元检测待抓取垃圾的位置和距离；

S210、激光位移传感器单元将待抓取垃圾的位置和距离信息反馈至控制模块；

S220、控制模块接收待抓取垃圾的位置和距离信息后，根据该位置和距离信息驱动移动模块向待抓取垃圾移动以便抓取模块抓取垃圾。

在本申请的一些具体实施例中，该垃圾分拣方法还包括：

S300、当抓取模块未能抓取碎小垃圾时，控制模块驱动识别模块中的激光位移传感器单元检测碎小垃圾的位置和距离；

S310、激光位移传感器单元将碎小垃圾的位置和距离信息反馈至控制模块；

S320、控制模块接收碎小垃圾的位置和距离信息后，根据该位置和距离信息驱动移动模块向碎小垃圾移动，同时驱动清扫模块30对碎小垃圾进行清扫。

在本申请的一些具体实施例中，该垃圾分拣方法还包括：

S400、通过称重传感器测量存储模块中的箱体单元中的垃圾的重量，控制模块将箱体单元中的垃圾的重量数值与预设的重量阈值进行对比；若垃圾的重量数值大于等于预设的重量阈值，则控制模块控制对应的箱体单元的箱盖关闭。

采用本申请中的智能垃圾分拣系统和分拣方法，通过控制模块驱动移动模块、清扫模块、抓取模块、存储模块和识别模块各自执行对应的功能，整个过程人工参与少，有利于节约工作时间，提高工作效率。

以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种智能垃圾分拣系统，其特征在于，包括：控制模块、移动模块、清扫模块、抓取模块、存储模块和识别模块；所述控制模块、所述清扫模块、所述抓取模块、所述存储模块和所述识别模块均安装在所述移动模块上，且所述移动模块、所述清扫模块、所述抓取模块、所述存储模块和所述识别模块均与所述控制模块电性连接；其中，

所述控制模块包括树莓派微控器和Arduino微控器，所述树莓派微控器作为上位机控制所述移动模块、所述清扫模块和所述识别模块，所述Arduino微控器作为下位机控制所述抓取模块和所述存储模块，所述树莓派微控器与所述Arduino微控器通讯以进行信号传输；

所述移动模块，用于在所述树莓派微控器的驱动作用下带动所述清扫模块、抓取模块、存储模块和识别模块运行到垃圾堆放处；

所述抓取模块，用于在所述Arduino微控器的驱动作用下抓取垃圾；

所述识别模块，用于在所述树莓派微控器的驱动作用下识别所述抓取模块抓取的垃圾的最终归属类别信息，并将所述最终归属类别信息反馈至所述控制模块；所述识别模块包括材料检测传感器单元、摄像单元和判断单元，所述摄像单元用于对所述抓取模块抓取的垃圾进行拍照以获取被抓取的垃圾的第一归属类别信息；所述材料检测传感器单元用于对所述抓取模块抓取的垃圾进行检测，以获取所述被抓取的垃圾的第二归属类别信息；所述判断单元用于将所述第一归属类别信息和所述第二归属类别信息进行比对，若所述第一归属类别信息和所述第二归属类别信息一致，则确定所述被抓取的垃圾的最终归属类别信息；

所述存储模块，用于根据所述最终归属类别信息，在所述Arduino微控器的驱动作用下存放所述抓取模块抓取的垃圾；所述存储模块包括多个不同种类的独立的箱体单元，所述箱体单元包括箱盖和箱体，所述箱盖与所述箱体的一侧铰接，所述箱盖的尺寸大于所述箱体的开口处的尺寸，所述箱盖上未覆盖箱体的开口处的位置连接有开合机构；所述开合机构包括竖直布置的丝杠以及与所述丝杠配合的丝杠螺母，所述丝杠螺母套装在所述丝杠的外侧，所述丝杠的下端连接有驱动电机，所述驱动电机的机身固定安装在所述箱体的外侧面，所述丝杠螺母朝向所述箱盖的一侧连接有竖直布置的推杆，所述推杆的上端连接所述箱盖；所述丝杠的顶端设置有限位块以防止所述丝杠螺母脱离所述丝杠；所述箱盖上未覆盖所述箱体的开口处的位置开设有长条形的缺口槽；所述推杆的外径小于所述缺口槽的宽度；所述推杆的上端设置两个限位片，所述限位片的最小尺寸大于所述缺口槽的宽度，所述推杆的上端从所述缺口槽中穿过，以使所述箱盖位于两个所述限位片之间；

所述清扫模块，用于在所述树莓派微控器的驱动作用下对所述抓取模块无法抓取的碎小垃圾进行清扫。

2.根据权利要求1所述的智能垃圾分拣系统，其特征在于，所述移动模块上设置有IMU传感器和编码器，所述IMU传感器和所述编码器均与所述树莓派微控器电性连接；其中，

所述IMU传感器，用于在所述树莓派微控器的驱动作用下测量所述移动模块的位姿信息；

所述编码器，用于在所述树莓派微控器的驱动作用下结合PID控制算法保持所述移动模块的运行速度。

3.根据权利要求1所述的智能垃圾分拣系统，其特征在于，所述开合机构包括竖直布置的丝杠以及与所述丝杠配合的丝杠螺母，所述丝杠螺母固定安装在所述箱体的外侧面，所述丝杠的上端连接所述箱盖，所述丝杠的下端穿过所述丝杠螺母连接有驱动电机，所述驱动电机悬空设置，所述驱动电机电气连接于所述Arduino微控器。

4.根据权利要求1所述的智能垃圾分拣系统，其特征在于，所述识别模块还包括激光位移传感器单元，所述激光位移传感器单元、所述材料检测传感器单元、所述摄像单元和所述判断单元均与所述树莓派微控器电性连接；其中，

所述激光位移传感器单元，用于在所述树莓派微控器的驱动作用下，利用激光来检测待抓取垃圾相对所述移动模块的位置和距离，便于所述移动模块移动以调整所述抓取模块相对所述待抓取垃圾的位置距离；

所述判断单元，用于将所述被抓取的垃圾的最终归属类别信息并发送至所述树莓派微控器。

5.一种垃圾分拣方法，应用于权利要求1至4中任意一项所述的智能垃圾分拣系统，所述智能垃圾分拣系统包括控制模块、移动模块、清扫模块、抓取模块、存储模块和识别模块；所述控制模块、所述清扫模块、所述抓取模块、所述存储模块和所述识别模块均安装在所述移动模块上，且所述移动模块、所述清扫模块、所述抓取模块、所述存储模块和所述识别模块均与所述控制模块电性连接；其特征在于，包括以下步骤：

所述控制模块驱动所述移动模块运行至垃圾堆放处；

所述控制模块驱动所述抓取模块抓取垃圾，并将被抓取的垃圾转运至所述识别模块；

所述控制模块驱动所述识别模块识别所述被抓取的垃圾的最终归属类别信息；所述控制模块驱动所述识别模块中的摄像单元对所述被抓取的垃圾进行拍照，并将拍摄的照片输入预先训练的卷积神经网络模型以获取所述被抓取的垃圾的第一归属类别信息；

所述控制模块驱动所述识别模块中的材料检测传感器单元对所述被抓取的垃圾进行材料检测以获取所述被抓取的垃圾的第二归属类别信息；

所述控制模块驱动所述识别模块中的判断单元将所述第一归属类别信息和所述第二归属类别信息进行比对；若所述第一归属类别信息和所述第二归属类别信息一致，则确定所述被抓取的垃圾的最终归属类别信息；

所述识别模块将所述最终归属类别信息反馈至所述控制模块；

所述控制模块接收所述最终归属类别信息后，根据所述最终归属类别信息驱动所述抓取模块将所述被抓取的垃圾转运至所述存储模块中对应类别的箱体单元中。

6.根据权利要求5所述的垃圾分拣方法，其特征在于，还包括：

当待抓取垃圾的位置超过所述抓取模块的抓取范围时，所述控制模块驱动所述识别模块中的激光位移传感器单元检测所述待抓取垃圾相对所述移动模块的位置和距离；

所述激光位移传感器单元将所述待抓取垃圾的位置和距离信息反馈至所述控制模块；

所述控制模块接收所述待抓取垃圾的位置和距离信息后，根据所述待抓取垃圾的位置和距离信息驱动所述移动模块向所述待抓取垃圾移动以便所述抓取模块抓取所述待抓取垃圾。

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