CN203213050U - 道路智能清理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种道路智能清理装置，主要解决现有道路环境卫生的清洁对交通影响大，易引起环卫人员事故频发的问题。该装置包括控制器(2)、双目摄像头(7)、中央处理器(3)、超声测距单元(6)、清理机构(4)和移动机构(5)。控制器(2)读取超声测距单元(6)的数据，编码后上传给中央处理器(3)，中央处理器(3)读取双目摄像头(7)所摄图像、所在路段信号灯状态和超声测距单元(6)数据，并进行识别处理后，确定装置的移动方向及清理动作，下达给控制器(2)，由控制器(2)先控制移动机构(5)驱动整个装置向垃圾方向移动，再控制清理机构(4)清理垃圾。本实用新型具有能自动对道路进行清理的优点，可用于替代或辅助环卫工人在交通繁忙或车速较高的危险路段对道路的清理。

Description

道路智能清理装置

技术领域

本实用新型属于智能机器人技术领域，特别涉及一种道路清理装置，可用于各种场合的垃圾清理。

背景技术

室外道路街道的清扫，历来是一项繁重、危险、又脏又累的工作，要消耗大量的人力物力。特别是在清扫过程中如果会有垃圾出现在公路上，环卫工人清扫时会与高速行驶的车辆产生近距离接触，容易发生被撞事故，对道路清洁人员的生命安全造成了严重威胁。在人均车辆不断增加的情况下，如何在道路清洁的同时保证道路清洁人员的生命安全是一个急需解决的问题。

现行的方案主要有以下三种：

第一种方案如中国专利发明200910111960.4。该方案是一种大型垃圾清理车。这种道路垃圾清理车包括清扫机构、垃圾输送系统、垃圾箱和底盘。其特点是安装在底盘底部的清扫机构由多个滚扫及其外罩构成，包括主滚扫、主滚扫外罩、副滚扫和副滚扫外罩，利用两个滚扫滚动收集垃圾；其垃圾输送系统由链条、带垃圾斗的输送带、输送带电动机、驱动链轮、传动链轮和调节链轮组成，可在凹凸不平的环境下完成清扫并将垃圾通过传送带倒入垃圾箱。该方案的优点是：道路清理效率高，清理速度较快，可以储存大量清理上来的垃圾，是现行方案中最常见的一种。但该方案存在的缺点是：所使用的装置需要人工操作，自动化程度低；所用装置体积大，行动慢，容易造成交通堵塞，不便于进入交通繁忙地带清扫，限制了它的使用时间和使用场合，因此对同一路段清理次数较少，难以应对不时出现的道路垃圾。为了保持路面整洁，环卫工人仍需要不时冒险步入公路进行垃圾清扫。

第二种方案如中国实用新型专利201120517848。该方案是一种微型道路清扫车，这种方案可以看做是普通道路清扫车的小型化版本。其由前车架、驾驶舱和后车架组成。前车架与后车架以铰接相连，缩小车体转弯半径。前车架上有前垃圾箱、清扫装置和吸尘装置，可将垃圾通过清扫装置扫入前垃圾箱内，并通过吸尘装置吸收扫起的尘土。后车架上有后垃圾箱、水箱和出水装置，可以对路面洒水，并储存前垃圾箱收集的垃圾。该方案的优点是：有一定垃圾存储量，清理效率较高，所用装置体积相比第一种方案有所缩小，转弯半径小，使用场合有所扩展，可以作为第一种方案的补充使用，在特大型城市中有所使用。但该方案存在的缺点是：仍是以有人驾驶的车辆为主体，仍旧存在影响道路交通，使用场所与时间受限，清理频率难以保障的问题，且成本较高，不适合大规模使用，仍需环卫工人冒险进行人工清理。

第三种方案如中国专利实用新型201120320493。该方案是一种利用风力收集路面垃圾的装置，该技术在公路中央及两侧连续交替设置双层隔离板，隔离板下与地面留有一定距离，道路下方设有垃圾收集槽。当有风吹过隔离板夹层部分时，隔离板夹层会形成风的通道，造成隔离板内外两侧产生压强差，将垃圾吸入垃圾沟槽内。该方案虽说在清扫过程中无需人工干预，也不需要能源供给，对交通影响小，成本较低，但却需要对道路本身进行整体修改，难以适应各种不同的道路情况，并具有一定规模的工程量，对受到改动的道路周边环境存在难以预知的影响。特别是该方案并没有真正将垃圾清理干净，而是暂存在垃圾收集槽内，需要定期对垃圾收集槽进行清理，这一清理过程存在一定的难度与危险；其收集过程需要借助气候因素，无法因需要而主动清理，其清理频率依天气而定，稳定性不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种道路智能清理装置，以在不对道路本身结构进行改动和人工操作的情况下，对道路主动进行稳定的反复清理。

为了实现上述目的，本实用新型的道路智能清理装置，包括

超声测距单元，控制器，双目摄像头，中央处理器，清理机构，移动机构；

清理机构位于整个装置的中央；中央处理器和移动机构分别固定在清理机构的上部和下部；控制器和超声测距单元分别固定在中央处理器下部和前端；双目摄像头固定在控制器的前端；

所述的中央处理器，从控制器获取超声测距单元的数据及道路智能清理装置所处方向数据，采集双目摄像头的图像数据，识别前方障碍及道路垃圾位置及距离，确定道路智能清理装置的移动及清理动作，向控制器下达动作指令；控制器依据中央处理器动作指令控制移动机构移动方向，控制清理机构清理垃圾。

作为优选，所述的超声测距单元，由3个超声测距传感器组成，并排固定在中央处理器的前端，持续发射超声波并采集回波。

作为优选，所述的控制器内固定有两块控制板、两个电机驱动板、摄像头支架和摄像头固定板，两块控制板并排固定在控制器内的后部，两个电机驱动板并排固定在控制器中的前部，摄像头支架固定在控制器内的前端，摄像头固定板与摄像头支架连接，摄像头固定板可用于固定双目摄像头。

作为优选，所述的中央处理器包括：通讯模块，视觉模块，决策模块，自动驾驶模块，垃圾清理模块和硬件控制模块；

所述的通讯模块，获取道路智能清理装置所在路段的信号灯状态和该路段车流量数据，传输给决策模块；视觉模块，识别障碍物及垃圾位置数据，传输给决策模块，自动驾驶模块和垃圾清理模块；决策模块判断系统的移动模式及清理模式，分别传输给自动驾驶模块和垃圾清理模块；自动驾驶模块确定移动方向数据，传输给硬件控制模块；垃圾清理模块确定清理机构动作数据，传输给硬件控制模块；硬件控制模块将移动方向数据和清理机构的动作数据编码后发送给控制器。

作为优选，所述的清理机构内固定有电池、电机、丝杆、推板、滑板和一对机械臂。电池固定在清理机构后部，电机固定在电池的外壳上，并与丝杆连接；电机的轴上设有凸起，丝杆的后端面设有凹槽，通过凸起与凹槽相咬合实现电机与丝杆两者之间的连接。丝杆与推板连接，该推板的前端与滑板连接；丝杆的圆柱面上设有螺纹，推板上设有对应螺纹孔，通过螺纹与螺纹孔啮合，实现了丝杆与推板的连接。一对机械臂分别固定在清理机构外部两侧。

作为优选，所述的移动机构内固定有4个全向轮，4个电机及对应的电机固定器；所述4个电机固定在所述电机固定器上，固定器固定在移动机构的底板上；每个电机轴上设有凸起，每个全向轮设有对应凹槽，通过凸起与凹槽相咬合实现电机与全向轮的对应连接。

本实用新型具有如下优点：

1）本实用新型由于设有清理机构，可以在机体较小的情况下清理较大的垃圾；同时由于体积小，故能驶入由于传统技术方案难以清理的车流量较大和道路较窄路段进行工作。

2）本实用新型由于设有具有较高处理性能的中央处理器和控制器，可以通过信号灯状态、双目摄像头和超声测距单元的数据，为不同道路情况规划不同路线，主动寻找垃圾，并避开各种障碍，其间不需要人工干预，因此较传统技术方案可以降低人力成本，同时清理次数可以满足道路需要。

3）本实用新型具有可以全向行驶的移动机构，使得本实用新型机动性远高于传统技术方案，可以更好地避开车辆和行人，因此对交通秩序的影响远低于传统技术方案。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型中的控制器结构示意图；

图3为本实用新型中的清理机构结构示意图；

图4为本实用新型中的移动机构结构示意图；

图5为本实用新型中的中央处理器结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型的道路智能清理装置，包括顶盖1，控制器2，中央处理器3，清理机构4，移动机构5，超声测距单元6和双目摄像头7。

其中，清理机构5位于道路智能清理装置的中央，在控制器2的控制下进行垃圾清理。移动机构6固定在清理机构5的下层，在控制器2的控制下驱动智能清理装置整体移动。中央处理器3固定在清理机构5的上层，用于识别前方障碍和道路垃圾的位置及距离，确定道路智能清理装置的移动及清理动作，下达给控制器2。超声测距单元6固定在中央处理器3前端，其有并排的三个超声测距传感器组成，每个超声测距传感器均持续发射超声波，并接收其各自的回波，将该回波信号上传至控制器2，由控制器2编码后上传给中央处理器3。控制器2固定在中央处理器3上层，对超声测距传感器6的数据进行编码，上传给中央处理器3，并依据中央处理器3的指令控制移动机构4和清理机构5。双目摄像头7固定在控制器2前端，连续采集其所见图像，以供中央处理器3读取。顶盖1覆盖在控制器2的上面，各层之间相互贴合，该顶盖1是道路智能清理装置顶层的防护盖，可以从控制器2上拆卸下，方便机体维修调整。

如图2所示，所述的控制器2，包括外壳22、两块控制板211和212、两个电机驱动板231和232、摄像头支架24及摄像头固定板25。其中：

第一控制板211和第二控制板212并排固定在外壳22内是后部。第一控制板211主要负责读取超声测距单元6的数据，并对该数据编码后上传给中央处理器3，同时，第一控制板211还集成有电子罗盘传感器，用以采集道路智能清理装置所处方向数据，并上传给中央处理器3。第二控制板212直接驱动清理机构4的小功率电机运转，并通过控制第一电机驱动板231和第二电机驱动板232，驱动移动机构5的4个大功率电机运转。

第一电机驱动板231和第二电机驱动板232并排固定在控制器2中的前部。第二控制板212向第一电机驱动板231和第二电机驱动板232提供控制信号，第一电机驱动板231和第二电机驱动板232在第二控制板212的控制下，分别依据中央处理器3的指令驱动移动机构5的2个电机，完成移动动作。

摄像头支架24固定在外壳22的前端，装有摄像头固定板25，用以安装双目摄像头7。

如图5所示，所述的中央处理器3，采用但不局限于一块集成有64位处理器的主板，它包括通讯模块31、视觉模块32、决策模块33、自动驾驶模块34、垃圾清扫模块35和硬件控制模块36。其中：

通讯模块31，负责与道路智能清理装置外部进行通信，获取道路智能清理装置所在路段的信号灯状态，并将其编码为控制指令数据，传输给决策模块33；

视觉模块32，负责从双目摄像头7中读取其当前所摄图像数据，同时接收控制器2传来的超声测距单元数据，依据超声测距单元数据生成一张黑白二值图像，作为感兴趣区域。由该感兴趣区域和图像数据生成深度图像数据，由该深度图像数据识别出障碍物及垃圾位置数据，并分别传输给决策模块33、自动驾驶模块34和垃圾清理模块35，该障碍物是指尺寸大于14×8cm的物体，该垃圾是指尺寸小于14×8cm的物体；

决策模块33，依据控制指令数据和障碍物及垃圾位置数据，决定道路智能清理装置的移动模式及清理模式，向自动驾驶模块34和垃圾清理模块35发出决策指令；

自动驾驶模块34，依据决策指令数据接收控制器2传来的道路智能清理装置所处方向数据，并根据障碍物及垃圾位置数据，确定移动方向数据，将该移动方向数据发送给硬件控制模块36，使道路智能清理装置在移动的同时，预先绕开障碍物；

垃圾清扫模块35，根据视觉模块32发送的障碍物及垃圾位置数据确定清理机构的动作数据，并将该动作数据发送给硬件控制模块36，该动作可以使道路智能清理装置收集或倾倒垃圾；

硬件控制模块36，收到自动驾驶模块34与垃圾清理模块35传来的行为指令后，与控制器2建立通讯，控制移动机构和清理机构完成移动及清理动作。

如图3所示，所述清理机构4，包括电源41，电机42，丝杆43，推板44，滑板45和一对机械臂46。其中：

电源41，固定在清理机构内的后端，它是一块包有硬质外壳的锂离子充电电池，其最大电压为12V，最大电流7A；

丝杆43，采用圆形结构，其后端面开有凹槽，圆侧面刻有螺纹；

电机42，其轴上的末端设有与丝杆43凹槽对应的凸起，通过电机42的凸起与丝杆43的凹槽相互咬合，使电机42带动丝杆43旋转；

推板44，内设有与丝杆43圆侧面螺纹对应的螺纹孔，丝杆43上的螺纹与推板44螺纹孔内

的螺纹啮合，使丝杆43的转动带动推板44前后运动，当清理机构4执行垃圾倾倒的动作时，丝杆43带动推板44将清理机构内的垃圾推出；

滑板45，其与推板44相连接，通过推板44运动带动滑板45前后运动，当推板44将滑板45完全推出清理机构4后，滑板45自由垂下，与地面形成一条坡道，方便垃圾进入清理机构内；垃圾倒出后，或垃圾进入清理机构后，推板44向清理机构4里侧运动，将滑板45拉回到清理机构4内部；

一对机械臂46，对称固定在清理机构4外部两侧，每个机械臂包括上臂舵机461、下臂舵机463、上半臂462和下半臂464。在两个机械臂的末端之间，固定有挡板465。上半臂462与上臂舵机461固定在一起。上半臂462的尾端开有圆孔，以供上臂舵机461的轴穿过该孔与清理机构4外壁固定。下半臂464与下臂舵机463固定在一起。下半臂464的尾端开有圆孔，以供下臂舵机463的轴穿过该孔与上半臂461固定。挡板465固定在两个下半臂464的末端之间。整个机械臂46由控制器2控制进行伸曲运动，将垃圾钩回至清理机构4内。

如图4所示，所述移动机构5包括四个电机固定器511,512,513,514、四个动力电机521,522,523,524，四个全向轮531,532,533,534。其中：

四个电机固定器511,512,513,514，固定在移动机构5的底座上，分布在该底座的四角。

第一动力电机521固定在第一电机固定器511上；第二动力电机522固定在第二电机固定器512上；第三动力电机523固定在第三电机固定器513上；第四动力电机524固定在第四电机固定器514上；

第一全向轮531插接在第一动力电机521上并受第一动力电机521所驱动，第二全向轮532插接在第二动力电机522上并受第二动力电机522所驱动，第三全向轮533插接在第三动力电机523上并受第三动力电机523所驱动，第四全向轮534插接在第四动力电机524上并受第四动力电机524所驱动。所述的插接是在每个动力电机的轴上设有凸起，在每个全向轮上设有对应凹槽，通过凸起与凹槽相咬合实现动力电机与全向轮的对应插接。

所述的4个全向轮531,532,533,534均沿其各自的圆侧面装有8个被动滚轮，使其即可沿其径向方向主动滚动，又可沿其轴向方向被动滚动。由于该特性，移动机构5在控制器2的控制下，使本道路智能清理装置能够在不转向的情况下直接向中央处理器3指定的方向运动，具有较高的机动性。

本实用新型工作原理如下：

道路智能清理装置开启后，中央处理器3通过路段十字路口的信号灯获取道路智能清理装置所在路段的信号灯指示状态，并根据信号灯指示状态确定移动机构5的工作方向：

若信号灯为红，则中央处理器3下达指令给控制器2，以控制移动机构5驱动道路智能清理装置整体转向所在道路中央方向。若信号灯为绿，则央处理器3下达指令给控制器2，以控制移动机构5驱动道路智能清理装置整体转向所在道路边侧方向。

转向完毕后，超声测距单元6的三个传感器同时向前方发射超声波，采集各自的回波信号，并将各自采集到的信号上传给控制器2。控制器2接收到超声测距单元6三个传感器传来的三个信号后，分别测量这三个传感器的高电平信号持续时间t₁,t₂,t₃，依据公式d=t×v/2，计算三个传感器发射超声波到达的最远距离的距离数据d₁,d₂,d₃，并将其上传给中央处理器3，其中，v为声速，取值为340m/s。

中央处理器3从双目摄像头7中读取其当前所摄图像数据，并根据该图像和超声测距单元6的三个传感器发射超声波到达的最远距离的距离数据d₁,d₂,d₃检测出每一个物体，确定道路上的障碍及垃圾的位置。中央处理器3依据障碍及垃圾位置数据确定最佳行驶方向,该行驶方向可以使道路智能清理装置向垃圾方向移动，并预先避开障碍，并将该最佳行驶方向下达给控制器2，由控制器2控制移动机构5驱动道路智能清理装置整体向该方向行驶。道路智能清理装置整体移向垃圾后，控制器2控制清理机构4将一对机械臂46和滑板45伸出，由一对机械臂46将垃圾钩回到清理机构4内部，并收回滑板。

滑板收回完毕后，道路智能清理装置整体移动至垃圾箱位置处，控制器2控制清理机构倒出垃圾，道路智能清理装置回到刚开启时的状态。

以上描述仅是本实用新型的一个具体实例，不构成对本实用新型的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本实用新型的思想的修正和改变仍在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种道路智能清理装置，其特征在于：包括超声测距单元（6），控制器（2），双目摄像头（7），中央处理器（3），清理机构（4），移动机构（5）；

清理机构（4）位于整个装置的中央；中央处理器（3）和移动机构（5）分别固定在清理机构（4）的上部和下部；控制器（2）和超声测距单元（6）分别固定在中央处理器（3）下部和前端；双目摄像头（7）固定在控制器（2）的前端；

所述的中央处理器（3），从控制器（2）获取超声测距单元（6）的数据及道路智能清理装置所处方向数据，采集双目摄像头（7）的图像数据，识别前方障碍及道路垃圾位置及距离，确定道路智能清理装置的移动及清理动作，向控制器（2）下达动作指令；控制器（2）依据中央处理器的动作指令控制移动机构（5）移动方向，控制清理机构（4）清理垃圾。

2.根据权利要求1所述的道路智能清理装置，其特征在于：超声测距单元（6），由3个超声测距传感器组成，并排固定在中央处理器（3）的前端，持续发射超声波并采集回波。

3.根据权利要求1所述的道路智能清理装置，其特征在于：控制器（2）内固定有两块控制板（211,212）、两个电机驱动板（231,232）、摄像头支架（24）和摄像头固定板（25），两块控制板（211，212）并排固定在控制器（2）内的后部，两个电机驱动板（231,232）并排固定在控制器（2）中的前部，摄像头支架（24）固定在控制器（2）内的前端，摄像头固定板（25）与摄像头支架（24）连接，摄像头固定板可用于固定双目摄像头（7）。

4.根据权利要求1所述的道路智能清理装置，其特征在于：中央处理器（3）包括：通讯模块（31），视觉模块（32），决策模块（33），自动驾驶模块（34），垃圾清理模块（35）和硬件控制模块（36）；

所述的通讯模块（31），获取道路智能清理装置所在路段的信号灯状态和该路段车流量数据，传输给决策模块（33）；视觉模块（32），识别障碍物及垃圾位置数据，传输给决策模块（33），自动驾驶模块（34）和垃圾清理模块（35）；决策模块（33）判断系统的移动模式及清理模式，分别传输给自动驾驶模块（34）和垃圾清理模块（35）；自动驾驶模块（34）确定移动方向数据，传输给硬件控制模块（36）；垃圾清理模块（35）确定清理机构动作数据，传输给硬件控制模块（36）；硬件控制模块（36）将移动方向数据和清理机构的动作数据编码后发送给控制器（2）。

5.根据权利要求1所述的道路智能清理装置，其特征在于：清理机构（4）内固定有电池（41）、电机（42）、丝杆（43）、推板（44）、滑板（45）和一对机械臂（46），电池（41）固定在清理机构后部，电机（42）固定在电池的外壳上，并与丝杆（43）连接；丝杆（43）与推板（44）连接，该推板的前端与滑板（45）连接；一对机械臂（46）分别固定在清理机构外部两侧。

6.根据权利要求5中所述的道路智能清理装置，其特征在于：电机（42）的轴上设有凸起，丝杆（43）的后端面设有凹槽，通过凸起与凹槽相咬合实现电机与丝杆两者之间的连接。

7.根据权利要求5中所述的道路智能清理装置，其特征在于：丝杆（43）的圆柱面上设有螺纹，推板（44）上设有对应螺纹孔，通过螺纹与螺纹孔啮合，实现内丝杆（43）与推板（44）的连接。

8.根据权利要求1所述的道路智能清理装置，其特征在于：移动机构（5）内固定有4个全向轮（531,532,533,534），4个电机（521,522,523,524）及对应的电机固定器（511,512,513,514）；所述4个电机固定在所述电机固定器上，固定器固定在移动机构（5）的底板上；每个电机轴上设有凸起，每个全向轮设有对应凹槽，通过凸起与凹槽相咬合实现电机与全向轮的对应连接。

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