CN116219932B - 一种绿地垃圾智能清理机器人及垃圾清理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绿地垃圾智能清理机器人及垃圾清理方法，包括车体以及设在车体上的摄像头单元、动力单元、第一清扫组件和第二清扫组件；第一清扫组件包括第一垃圾仓和吸入机构，吸入机构的排出端与第一垃圾仓连通，吸入机构的吸入端延伸至车体的下方；第二清扫组件包括第二垃圾仓、升降机构、清扫斗和分类部件，清扫斗设在升降机构的升降端，清扫斗上设有清扫毛刷。通过摄像头单元对垃圾物所在的位置及垃圾的类型进行识别，使得车体在到达垃圾物所在的清扫区域时能根据垃圾物的类型选择采用吸入机构或清扫斗进行清扫，并通过对重垃圾与撞击球撞击产生的声音进行采集来对重垃圾材质的识别，由此实现自动对垃圾的识别和清扫。

Description

一种绿地垃圾智能清理机器人及垃圾清理方法

技术领域

本发明涉及垃圾清理装置技术领域，尤其涉及一种绿地垃圾智能清理机器人。

背景技术

随着休闲方式的变化，越来越多人喜欢在闲暇时间到公共绿地歇息、露营等户外活动，伴随而来是垃圾的数量和种类的不断增加。因此需要对绿地垃圾进行及时清理，以免滋生蚊虫，污染环境。

传统对于绿地垃圾清洁主要依赖清洁人员进行人工清扫，人工清扫的优点是可利用扫把、夹子等清理工具分别对树叶、纸巾、烟头、易拉罐及玻璃瓶等不同种类的绿地垃圾进行清扫，但人工清扫存在劳动强度大、清扫效率低等缺点。为此，近年出现了驾驶式垃圾清扫车，清洁人员可驾驶这种垃圾清扫车，对绿地上的树叶、纸巾、烟头等体积及重量较小的垃圾进行清理，减轻了清洁人员的劳动强度。但现有的驾驶式垃圾清扫车难以对易拉罐、玻璃瓶等体积及重量较大的固体垃圾进行清理，当遇到这些体积及重量较大的固体垃圾时，仍需要清洗人员进行清扫，清扫效率仍然较低，而且需要清洁人员的驾驶进行清扫，无法实现24小时作业。

发明内容

本发明的目的在于提出一种绿地垃圾智能清理机器人及垃圾清理方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种绿地垃圾智能清理机器人，包括车体以及设在所述车体上的摄像头单元、动力单元、第一清扫组件和第二清扫组件；

所述第一清扫组件包括第一垃圾仓和吸入机构，所述吸入机构的排出端与所述第一垃圾仓连通，所述吸入机构的吸入端延伸至所述车体的下方；

所述第二清扫组件包括第二垃圾仓、升降机构、清扫斗和分类部件，所述清扫斗设在所述升降机构的升降端，所述升降机构的底端延伸至所述车体的下方，所述清扫斗上设有清扫毛刷，所述清扫毛刷用于将地面上的垃圾物扫至所述清扫斗上，所述升降机构用于带动清扫斗活动至所述第二垃圾仓的上方，所述第二垃圾仓内设有多个收集腔，所述分类部件用于判断清扫斗内的垃圾类型，并根据判断的垃圾类型将清扫斗内的垃圾投入到相应的所述收集腔中；

所述动力单元用于带动车体沿着预设的路径行驶；所述摄像头单元用于获取车体前进路径上的地面图像，用于根据该地面图像分析车体前进路径上是否存在垃圾物，用于判断该垃圾物的类型。

优选的，所述第二垃圾仓的开口部设有多个落料阀门，所述落料阀门设在所述收集腔的上方，所述第二垃圾仓的开口部设有向内倾斜的斜面。

优选的，所述分类部件包括第一传送带、第二传送带、多个撞击球和声音采集模块，所述第一传送带的始端与所述升降机构的末端相接，所述第二传送带水平设置在所述第一传送带的下方，所述第二传送带的始端突出于所述第一传送带的末端，多个所述撞击球沿所述第二传送带的输送方向通过弹簧固定在所述第二传送带的上方，所述第二传送带的末端与所述第二垃圾仓的开口部上下相对，所述声音采集模块设在所述第二传送带的末端，所述声音采集模块用于采集重垃圾与所述撞击球撞击的声音。

优选的，所述第二清扫组件还包括振荡部件，所述第二垃圾仓设在所述振荡部件的活动端。

优选的，所述第一清扫组件还包括第一真空部件、自动套袋器和重量计，所述第一垃圾仓的上方联接所述重量计，所述自动套袋器设在所述第一垃圾仓上，所述自动套袋器用于对所述第一垃圾仓套上真空包装袋，所述第一真空部件用于对第一垃圾仓上的真空包装袋抽气。

优选的，所述吸入机构包括真空管道、第二真空部件和吸入罩，所述吸入罩升降设置在所述车体的底部，所述吸入罩与所述第二真空部件的吸入端通过所述真空管道连通，所述第二真空部件的排出端与所述第一垃圾仓连通。

优选的，还包括照明组件、太阳能板和储能组件，所述太阳能板设在所述车体的顶部，所述太阳能板的输出端与所述储能组件的输入端电连接，所述储能组件设在所述车体内，所述照明组件设在所述车体的前端。

本发明还提供一种绿地垃圾智能清理机器人的垃圾清理方法，该方法包括以下步骤，

步骤S100：设定清扫路径；

步骤S200：动力单元带动车体沿着预设的路径行驶，同时摄像头单元获取车体前进路径上的地面图像，并根据该地面图像分析车体前进路径上是否存在垃圾物，若无垃圾物，车体继续沿着预设的路径行驶，若存在垃圾物，车体则行驶至垃圾物处，并执行步骤S300；

步骤S300：根据该地面图像判断垃圾物的类型，若该垃圾物的类型为轻垃圾，吸入机构下降并将轻垃圾吸入至第一垃圾仓中；

若该垃圾物的类型为重垃圾，则通过清扫毛刷将重垃圾扫入清扫斗，并在升降机构带动下将清扫斗内的重垃圾输送至第二垃圾仓中；

步骤S400：重复步骤S200-S300，直到完成整个清扫路径的清扫。

优选的，步骤S300中，若垃圾物的类型为重垃圾时，通过分类部件判断该重垃圾的材质，并根据判断的垃圾材质将清扫斗内的垃圾投入到第二垃圾仓内相应的收集腔中。

优选的，步骤S400中，判断第一垃圾仓是否已装满，若第一垃圾仓未装满，继续沿预设路径进行清扫，若第一垃圾仓已装满，则对垃圾打包并运送到垃圾站。

本发明的有益效果为：通过摄像头单元对垃圾物所在的位置及垃圾的类型进行识别，使得车体在行驶巡检过程中不开启清扫功能，而在到达垃圾物所在的清扫区域时能根据垃圾物的类型选择采用吸入机构或清扫斗进行清扫，由此实现自动对垃圾的识别和清扫，提高了清扫效率。

附图说明

附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明其中一个实施例的绿地垃圾智能清理机器人的整体结构示意图；

图2是本发明其中一个实施例的车体的底部结构示意图；

图3是本发明其中一个实施例的车体的内部结构示意图；

图4是本发明其中一个实施例的第二垃圾仓的内部结构示意图；

图5是本发明其中一个实施例的垃圾清理方法的方法流程图。

其中：车体0、摄像头单元1、太阳能板2、照明组件3、动力单元4、储能组件6、振荡部件13、第一传送带11、第二传送带12、吸入罩14、真空管道15、重量计16、清扫斗23、升降机构25、清扫毛刷21、第一真空部件7、第二真空部件8、撞击球18、声音采集模块19、第一垃圾仓9、第二垃圾仓10、斜面101、收集腔102、落料阀门103。

实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例的一种绿地垃圾智能清理机器人，参考附图1和2，包括车体0以及设在车体0上的摄像头单元1、动力单元4、第一清扫组件和第二清扫组件；

参考附图3，第一清扫组件包括第一垃圾仓9和吸入机构，吸入机构的排出端与第一垃圾仓9连通，吸入机构的吸入端延伸至车体0的下方；

第二清扫组件包括第二垃圾仓10、升降机构25、清扫斗23和分类部件，清扫斗23设在升降机构25的升降端，升降机构25的底端延伸至车体0的下方，清扫斗23上设有清扫毛刷21，清扫毛刷21用于将地面上的垃圾物扫至清扫斗23上，升降机构25用于带动清扫斗23活动至第二垃圾仓10的上方；参考附图4，第二垃圾仓10内设有多个收集腔102，分类部件用于判断清扫斗23内的垃圾类型，并根据判断的垃圾类型将清扫斗23内的垃圾投入到相应的收集腔102中；

动力单元4用于带动车体0沿着预设的路径行驶；摄像头单元1用于获取车体0前进路径上的地面图像，用于根据该地面图像分析车体0前进路径上是否存在垃圾物，用于判断该垃圾物的类型。

动力单元4采用三角履带机构，能够提高机器人的越障能力，车体0上还设有避障雷达，避免行驶过程中与路人或障碍物发生碰撞。本实施例的摄像头单元1采用双目立体视觉深度相机测距；通过摄像头单元1获取图像，基于OpenCV C++双目三维重建系统测量垃圾及障碍物的位置距离；依据所测量的深度信息确定出机器人的移动路线、移动速度。

本实施例的摄像头单元1还可通过获取的地面图像实现基于机器视觉的垃圾分类；摄像头单元1获取车体0前进路径上的地面图像，对收集到的图像进行必要的预处理，基于caffe深度学习框架以及神经网络mobilenet模型对垃圾进行识别，再根据识别出的垃圾类型进行分类，分成两大组：轻垃圾组与重垃圾组，轻垃圾组主要为树叶、纸巾、烟头、纸盒等体积及重量较小的垃圾；而重垃圾组主要为易拉罐、玻璃瓶、塑料瓶等体积及重量较大的垃圾。

本实施例通过设置第一清扫组件和第二清扫组件从而使得机器人具备吸与扫两种清扫方式，分别适用与轻垃圾及重垃圾的清扫，实现了清垃圾与重垃圾的分类。清扫的过程为：摄像头单元1将收集到的地面图像进行处理识别后，MCU依据图像数据以及分类结果执行清扫方式与清扫路线；当识别出轻垃圾时，吸入机构下降并将轻垃圾吸入至第一垃圾仓9中；当识别出重垃圾时，通过清扫毛刷21将重垃圾扫入清扫斗23，并在升降机构25带动下将清扫斗23内的重垃圾输送至第二垃圾仓10中。由于重垃圾包括塑料、金属、玻璃等具有一定回收价值的材料，为此本实施例还设有分类部件，用于对重垃圾进行进一步分类，将不同材质的重垃圾投放至第二垃圾仓10中不同的收集腔102中，便于回收。

优选的，第二垃圾仓10的开口部设有多个落料阀门103，落料阀门103设在收集腔102的上方，第二垃圾仓10的开口部设有向内倾斜的斜面101。设置斜面101，便于垃圾物滑落第二垃圾仓10中；设置多个落料阀门103，分别用于控制多个收集腔102的启闭，从而能够根据分类部件对垃圾类型的判断来打开相应的收集腔102上的落料阀门103，实现不同材质重垃圾的分类。

进一步的，分类部件包括第一传送带11、第二传送带12、多个撞击球18和声音采集模块19，第一传送带11的始端与升降机构25的末端相接，第二传送带12水平设置在第一传送带11的下方，第二传送带12的始端突出于第一传送带11的末端，多个撞击球18沿第二传送带12的输送方向通过弹簧固定在第二传送带12的上方，第二传送带12的末端与第二垃圾仓10的开口部上下相对，声音采集模块19设在第二传送带12的末端，声音采集模块19用于采集重垃圾与撞击球18撞击的声音。

第一传送带11用于将料斗上的被清扫的垃圾物传送至第二传送带12上，第二传送带12对被清扫垃圾的传送使垃圾物依次与多个撞击球18发生撞击。通过声音采集模块19依次采集重垃圾在第二传送带12上输送的过程中与撞击球18撞击的声音，将声音数据传输到训练好的基于CNN（卷积神经网络）和HMM（隐马尔可夫模型）的声音识别模型进行匹配，识别出垃圾的材质后，控制第二容纳仓上对应的落料阀门103打开，使被清扫的垃圾掉落至存放相应材质垃圾的收集腔102中，由此通过声音采集模块19的采集结果对落料阀门103的控制，实现了重垃圾的分类，便于回收不同材质的垃圾。

优选的，第二清扫组件还包括振荡部件13，第二垃圾仓10设在振荡部件13的活动端。设置振荡组件，通过振荡组件使第二垃圾仓10产生振荡，进一步的便于垃圾物滑落第二垃圾仓10中。

优选的，第一清扫组件还包括第一真空部件7、自动套袋器和重量计16，重量计16固定在第一垃圾仓9的上方，第一垃圾仓9与重量计16的测量端相连，自动套袋器设在第一垃圾仓9上，自动套袋器用于对第一垃圾仓9套上真空包装袋，第一真空部件7用于对第一垃圾仓9上的真空包装袋抽气。通过第一真空部件7对第一垃圾仓9内的真空包装袋进行抽真空实现对垃圾的真空压缩，节省了空间。自动套袋器用于对第一垃圾仓9套上折叠的成卷真空包装袋；当重量计16检测到第一垃圾仓9内的垃圾达到设定的重量时，启动第一真空部件7抽出真空包装袋中的空气，实现对轻垃圾的压缩与打包。

优选的，吸入机构包括真空管道15、第二真空部件8和吸入罩14，吸入罩14升降设置在车体0的底部，吸入罩14与第二真空部件8的吸入端通过真空管道15连通，第二真空部件8的排出端与第一垃圾仓9连通。本实施例的吸入机构用于对树叶、纸巾、烟头等轻垃圾进行清理，由于这些轻垃圾的体积及重量较小，因此可利用第二真空部件8产生的负压使轻垃圾吸入至第一垃圾仓9中。

通过设置可升降的吸入罩14，初始状态时吸入罩14具有一定的离地高度，而在需要对轻垃圾进行清扫时，使吸入罩14下降至与地面贴合罩住待清扫的轻垃圾，然后在第二真空部件8的作用下，使真空管道15形成负压，由此实现将吸入罩14内的轻垃圾吸入至第一垃圾仓9中，便于回收。

优选的，还包括照明组件、太阳能板2和储能组件6，太阳能板2设在车体0的顶部，太阳能板2的输出端与储能组件6的输入端电连接，储能组件6设在车体0内，照明组件设在车体0的前端。照明组件用于为摄像头单元1的图像获取提供光源。储能组件6采用锂电池；太阳能板2设在车体0的顶部用于对储能组件6进行太阳能充电。

本实施例还提供一种绿地垃圾智能清理机器人的垃圾清理方法，参考附图5，该方法包括以下步骤：

步骤S100：设定清扫路径，并检查电量是否充足，检查第一垃圾仓9和第二垃圾仓10内空间是否足够，若电量充足且第一垃圾仓9和第二垃圾仓10的空间足够，继续执行以下步骤S200，若电量不足，使动力单元4根据设定的充电路径移动到充电桩处进行充电，若第一垃圾仓9和第二垃圾仓10内空间不足，则使动力单元4根据设定的运送垃圾路径移动到垃圾站；

步骤S200：动力单元4带动车体0沿着预设的路径行驶，同时摄像头单元1获取车体0前进路径上的地面图像，并根据该地面图像分析车体0前进路径上是否存在垃圾物，若无垃圾物，车体0继续沿着预设的路径行驶，若存在垃圾物，车体0则行驶至垃圾物处，并执行步骤S300；

步骤S300：根据该地面图像判断垃圾物的类型，若该垃圾物的类型为轻垃圾，吸入机构下降并将轻垃圾吸入至第一垃圾仓9中；

若该垃圾物的类型为重垃圾，则通过清扫毛刷21将重垃圾扫入清扫斗23，并在升降机构25带动下将清扫斗23内的重垃圾输送至第一传送带11中，经过第一传送带11后，被清扫的垃圾物传送至第二传送带12上，第二传送带12对被清扫垃圾的传送使垃圾物依次与多个撞击球18发生撞击，声音采集模块19依次采集重垃圾在第二传送带12上输送的过程中与撞击球18撞击的声音来判断该垃圾物的材质，识别出垃圾的材质后，控制第二容纳仓上对应的落料阀门103打开，使被清扫的垃圾掉落至存放相应材质垃圾的收集腔102中；

步骤S400：判断第一垃圾仓9是否已装满，若第一垃圾仓9未装满，继续沿预设路径进行清扫，若第一垃圾仓9已装满，则对垃圾打包并使动力单元4根据设定的运送垃圾路径移动到垃圾站；重复步骤S200-S300，直到完成整个预设清扫路径的清扫。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种绿地垃圾智能清理机器人，其特征在于，包括车体以及设在所述车体上的摄像头单元、动力单元、第一清扫组件和第二清扫组件；

所述第一清扫组件包括第一垃圾仓和吸入机构，所述吸入机构的排出端与所述第一垃圾仓连通，所述吸入机构的吸入端延伸至所述车体的下方；

所述第二清扫组件包括第二垃圾仓、升降机构、清扫斗和分类部件，所述清扫斗设在所述升降机构的升降端，所述升降机构的底端延伸至所述车体的下方，所述清扫斗上设有清扫毛刷，所述清扫毛刷用于将地面上的垃圾物扫至所述清扫斗上，所述升降机构用于带动清扫斗活动至所述第二垃圾仓的上方，所述第二垃圾仓内设有多个收集腔，所述分类部件用于判断清扫斗内的垃圾类型，并根据判断的垃圾类型将清扫斗内的垃圾投入到相应的所述收集腔中；

所述动力单元用于带动车体沿着预设的路径行驶；所述摄像头单元用于获取车体前进路径上的地面图像，用于根据该地面图像分析车体前进路径上是否存在垃圾物，用于判断该垃圾物的类型；

所述第二垃圾仓的开口部设有多个落料阀门，所述落料阀门设在所述收集腔的上方，所述第二垃圾仓的开口部设有向内倾斜的斜面；

所述分类部件包括第一传送带、第二传送带、多个撞击球和声音采集模块，所述第一传送带的始端与所述升降机构的末端相接，所述第二传送带水平设置在所述第一传送带的下方，所述第二传送带的始端突出于所述第一传送带的末端，多个所述撞击球沿所述第二传送带的输送方向通过弹簧固定在所述第二传送带的上方，所述第二传送带的末端与所述第二垃圾仓的开口部上下相对，所述声音采集模块设在所述第二传送带的末端，所述声音采集模块用于采集重垃圾与所述撞击球撞击的声音；

所述第一清扫组件还包括第一真空部件、自动套袋器和重量计，所述第一垃圾仓的上方联接所述重量计，所述自动套袋器设在所述第一垃圾仓上，所述自动套袋器用于对所述第一垃圾仓套上真空包装袋，所述第一真空部件用于对第一垃圾仓上的真空包装袋抽气；

所述吸入机构包括真空管道、第二真空部件和吸入罩，所述吸入罩升降设置在所述车体的底部，所述吸入罩与所述第二真空部件的吸入端通过所述真空管道连通，所述第二真空部件的排出端与所述第一垃圾仓连通。

2.根据权利要求1所述的一种绿地垃圾智能清理机器人，其特征在于，所述第二清扫组件还包括振荡部件，所述第二垃圾仓设在所述振荡部件的活动端。

3.根据权利要求1所述的一种绿地垃圾智能清理机器人，其特征在于，还包括照明组件、太阳能板和储能组件，所述太阳能板设在所述车体的顶部，所述太阳能板的输出端与所述储能组件的输入端电连接，所述储能组件设在所述车体内，所述照明组件设在所述车体的前端。

4.一种绿地垃圾智能清理机器人的垃圾清理方法，其特征在于，使用如权利要求1-3任一项所述的绿地垃圾智能清理机器人，该方法包括以下步骤，

步骤S100：设定清扫路径；

步骤S200：动力单元带动车体沿着预设的路径行驶，同时摄像头单元获取车体前进路径上的地面图像，并根据该地面图像分析车体前进路径上是否存在垃圾物，若无垃圾物，车体继续沿着预设的路径行驶，若存在垃圾物，车体则行驶至垃圾物处，并执行步骤S300；

步骤S300：根据该地面图像判断垃圾物的类型，若该垃圾物的类型为轻垃圾，吸入机构下降并将轻垃圾吸入至第一垃圾仓中；

若该垃圾物的类型为重垃圾，则通过清扫毛刷将重垃圾扫入清扫斗，并在升降机构带动下将清扫斗内的重垃圾输送至第二垃圾仓中；

步骤S400：重复步骤S200-S300，直到完成整个清扫路径的清扫。

5.根据权利要求4所述的一种绿地垃圾智能清理机器人的垃圾清理方法，其特征在于，步骤S300中，若垃圾物的类型为重垃圾时，通过分类部件判断该重垃圾的材质，并根据判断的垃圾材质将清扫斗内的垃圾投入到第二垃圾仓内相应的收集腔中。

6.根据权利要求4所述的一种绿地垃圾智能清理机器人的垃圾清理方法，其特征在于，步骤S400中，判断第一垃圾仓是否已装满，若第一垃圾仓未装满，继续沿预设路径进行清扫，若第一垃圾仓已装满，则对垃圾打包并运送到垃圾站。