CN210681924U - 一种交互式智能垃圾机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交互式智能垃圾机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括外壳、桶身和桶盖，所述外壳底部设有驱动底盘，所述驱动底盘内部安装有单片机和电池模块，所述驱动底盘的下部设有驱动轮和驱动装置，所述外壳上设有摄像头，所述桶盖上设有舵机。本实用新型通过摄像头获取用户手势信号，通过单片机触发控制信号来控制驱动装置将机器人本体驱动至用户位置，并控制舵机打开桶盖；本实用新型的机器人本体可移动且智能化程度高，大大减少了环卫工人的工作量，提高了工作效率，可广泛应用于智能设备技术领域。

Description

一种交互式智能垃圾机器人

技术领域

本实用新型涉及智能设备技术领域，尤其是一种交互式智能垃圾机器人。

背景技术

为了维护火车站外或者候车厅的环境卫生，在火车站的站前广场及候车大厅上通常设置有多个垃圾桶。每逢节假日，火车站的旅客流量陡增，垃圾量也随之增大。为此，环卫人员需要频繁地清理地上以及座位上的垃圾，以防止这些垃圾影响乘客的体验。然而，由于火车站的站前广场以及候车大厅面积较大，垃圾桶的间隔距离也较大。因此，人们扔垃圾的自觉性就会减少，更多的垃圾就会被无情地扔在地板或是座椅上，而捡垃圾的工作费时费力，导致环卫人员的工作效率较低，无暇承担其他环卫工作。

传统的垃圾桶已经不能满足今天人们的需求。因此，设计一种可以移动且能与人完成交互式体验的智能垃圾桶已经成为了市场的趋势。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种智能化程度高的交互式智能垃圾机器人，以减少环卫人员的工作量。

本实用新型实施例提供了一种交互式智能垃圾机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括外壳、桶身和桶盖，所述外壳底部设有驱动底盘，所述驱动底盘内部安装有单片机和电池模块，所述驱动底盘的下部设有驱动轮和驱动装置，所述外壳上设有摄像头，所述桶盖上设有舵机，所述电池模块的输出端分别连接单片机的输入端、摄像头的输入端、驱动装置的输入端和舵机的输入端，所述摄像头的输出端连接单片机的输入端，所述单片机的输出端连接驱动装置的输入端和舵机的输入端，所述驱动装置的输出端连接驱动轮。

进一步，所述桶身上设有避障模块，所述避障模块的输入端连接电池模块的输出端，所述避障模块的输出端连接单片机的输入端。

进一步，所述避障模块包括一个或多个超声波传感器，所述超声波传感器的输出端连接单片机的输入端，所述超声波传感器的输入端连接电池模块的输出端。

进一步，所述驱动底盘内部还安装有定位系统，所述定位系统包括但不限于GPS定位模块和/或北斗定位模块，所述定位系统的输出端连接单片机的输入端，所述定位系统的输入端连接电池模块的输出端。

进一步，还包括语音播报系统，所述语音播报系统包括语音模块和扬声器，所述语音模块设于驱动底盘内部，所述扬声器设于外壳外部，所述语音模块的输入端和扬声器的输入端均连接电池模块的输出端，所述语音模块的输入端连接单片机的输出端，所述语音模块的输出端连接扬声器的输入端。

进一步，所述机器人本体还包括内壳和内胆，所述内胆安装在外壳内部，所述内壳与外壳之间具有隔离间隙。

进一步，所述电池模块包括可充电电池、电源供应器和可充电电路，所述可充电电池和可充电电路分别平行安装在驱动底盘内部的一侧，所述电源供应器安装在驱动底盘内部的另一侧，所述可充电电路的输出端连接可充电电池的输入端，所述可充电电池的输出端连接电源供应器的输入端。

进一步，所述桶身一端与外壳底部的固定板转动连接，所述桶身的另一端通过可闭合的吻合装置与桶盖连接。

进一步，所述外壳上端的外部设有红外传感器，所述红外传感器的输出端连接单片机的输入端，所述红外传感器的输入端连接电池模块的输出端。

进一步，所述驱动底盘通过螺栓可拆卸地固定在外壳底部。

上述本实用新型实施例中的一个技术方案具有如下优点：本实用新型的实施例包括机器人本体，通过摄像头获取用户手势信号，通过单片机触发控制信号来控制驱动装置将机器人本体驱动至用户位置，并控制舵机打开桶盖；本实用新型的机器人本体可移动且智能化程度高，大大减少了环卫工人的工作量，提高了工作效率。

附图说明

图1为本实用新型的一种交互式智能垃圾机器人的整体结构框图；

图2为本实用新型的一种交互式智能垃圾机器人的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步解释和说明。

参照图1，本实用新型实施例提供了一种交互式智能垃圾机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括外壳、桶身和桶盖，所述外壳底部设有驱动底盘，所述驱动底盘内部安装有单片机和电池模块，所述驱动底盘的下部设有驱动轮和驱动装置，所述外壳上设有摄像头，所述桶盖上设有舵机，所述电池模块的输出端分别连接单片机的输入端、摄像头的输入端、驱动装置的输入端和舵机的输入端，所述摄像头的输出端连接单片机的输入端，所述单片机的输出端连接驱动装置的输入端和舵机的输入端，所述驱动装置的输出端连接驱动轮。

其中，摄像头，用于拍摄用户的图像，包括手势图像信号，并将拍摄得到的手势图像信号发送至单片机。本实用新型的摄像头可采用RER-USB8MP02G摄像头来实现，其通过USB线连接至单片机。

单片机，用于根据摄像头发送的手势图像信号，触发相应的控制信号，并将控制信号发送至驱动装置和舵机等模块。本实用新型的单片机并不涉及数据处理流程上的改进，其对手势图像信号进行识别以触发控制信号的功能可采用现有技术(例如STM32单片机)来实现，本实用新型要保护的是由单片机与摄像头、驱动装置以及舵机等模块组成的智能垃圾机器人结构，上述关于信号识别的处理过程并不是本实用新型的保护内容，在此不再赘述。

驱动装置，用于根据单片机的控制信号来对驱动轮进行驱动，进而实现将垃圾机器人移动到用户位置。驱动装置可采用带有减速器和编码盘的CHP-42GP-775电机来实现，其通过通用I/O接口连接至单片机。

驱动轮，用于根据驱动装置的驱动信号进行移动。

本实用新型的机器人驱动底盘由带有减速器和编码盘的型号为CHP-42GP-775的电机和至少三个驱动轮组成，带有减速器和编码盘的型号为CHP-42GP-775的电机分别连接驱动轮，形成差动驱动轮机构，并由单片机发出的控制信号来控制电机驱动机器人的运动。

舵机，用于根据单片机的控制信号，控制桶盖翻转。本实用新型的舵机可采用MG996R舵机来实现，其通过通用I/O接口连接至单片机。另外，本实用新型的舵机可以安装在桶盖与外壳连接的翻转处，使得舵机便于控制桶盖翻转。本实施例中，舵机上配置有舵机齿轮，舵机齿轮与安装在桶盖上的桶盖齿轮啮合，使得桶盖可以收到舵机提供的翻转力。

电池模块，用于为垃圾机器人的电子模块提供工作电源。

外壳，用于保护机器人本体。

桶身，用于装载垃圾；桶盖，用于盖住桶身，防止垃圾掉落并防止气味散出。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述桶身上设有避障模块，所述避障模块的输入端连接电池模块的输出端，所述避障模块的输出端连接单片机的输入端。

其中，避障模块，用于实时获取避障信号，并将避障信号发送至单片机，以使单片机触发相应的控制信号来控制驱动装置的工作，避免机器人本体撞击障碍物。

进一步作为优选的实施方式，所述避障模块包括一个或多个超声波传感器，所述超声波传感器的输出端连接单片机的输入端，所述超声波传感器的输入端连接电池模块的输出端。

其中，超声波传感器，用于实时获取机器人本体周围的物体感应信号。超声波传感器可采用型号为AJ-SR04M的超声波传感器来实现，其通过通用I/O接口连接至单片机。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述驱动底盘内部还安装有定位系统，所述定位系统包括但不限于GPS定位模块和/或北斗定位模块，所述定位系统的输出端连接单片机的输入端，所述定位系统的输入端连接电池模块的输出端。

其中，定位系统，用于实时获取机器人本体的位置信号。定位系统可采用型号为ATK1218-BD的GPS以及北斗定位装置来实现。本实施例中，ATK1218-BD GPS以及北斗定位装置还可用于机器人室外位置的定位和规定路线的导航。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，还包括语音播报系统，所述语音播报系统包括语音模块和扬声器，所述语音模块设于驱动底盘内部，所述扬声器设于外壳外部，所述语音模块的输入端和扬声器的输入端均连接电池模块的输出端，所述语音模块的输入端连接单片机的输出端，所述语音模块的输出端连接扬声器的输入端。

其中，语音模块，用于根据单片机的控制信号，向扬声器发送语音信号。语音模块可采用WT588D语音模块来实现，其通过通用I/O接口连接至单片机。

扬声器，用于对语音信号进行播放。

进一步作为优选的实施方式，所述机器人本体还包括内壳和内胆，所述内胆安装在外壳内部，所述内壳与外壳之间具有隔离间隙。

参照图2，本实施例中，所述外壳4包括有内胆的桶身11，内胆的桶身11位于外壳4的内部；其中，所述内胆的桶身11一端可转动地安装在外壳4内的底部固定板上，便于完成拆卸的动作，桶身11的另一端通过可闭合的吻合装置安装，可以与桶盖1相互闭合；所述外壳4垂直地安装镶嵌在驱动底盘6的左右外面两侧，在驱动底盘6的带动下同步运动。

进一步作为优选的实施方式，所述电池模块包括可充电电池、电源供应器和可充电电路，所述可充电电池和可充电电路分别平行安装在驱动底盘内部的一侧，所述电源供应器安装在驱动底盘内部的另一侧，所述可充电电路的输出端连接可充电电池的输入端，所述可充电电池的输出端连接电源供应器的输入端。

其中，可充电电路，用于为可充电电池充电。

可充电电池，用于提供电子器件的工作电源。

电源供应器，用于实现可充电电池与各个电子器件之间的电源连接。

本实用新型的可充电电池、电源供应器和可充电电路均可采用现有设备来实现，在此不再赘述。本实施例的电池优选可充电电池，便于反复使用。电池供电系统为垃圾桶上的所有电子器件提供电力。

进一步作为优选的实施方式，所述桶身一端与外壳底部的固定板转动连接，所述桶身的另一端通过可闭合的吻合装置与桶盖连接。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述外壳上端的外部设有红外传感器，所述红外传感器的输出端连接单片机的输入端，所述红外传感器的输入端连接电池模块的输出端。

其中，红外传感器，用于实时获取机器人本体周边的人体红外感应信号，并将所述红外感应信号发送至单片机。本实用新型的红外传感器可采用SR602热释电人体红外传感器来实现，其通过通用I/O接口连接至单片机。如图2所示，本实施例的SR602热释电人体红外传感器2安装在外壳上端的外部，且与驱动底盘6内部的stm32单片机10的输入端相连接。

进一步作为优选的实施方式，所述驱动底盘通过螺栓可拆卸地固定在外壳底部。

下面结合说明书附图2，详细描述本实用新型一种交互式智能垃圾机器人的工作原理：

如图2所示，本实施例的机器人本体包括外壳4和用于封闭外壳4的桶盖1，外壳4的底部固定有驱动底盘6。外壳4可以根据需要设计外形，例如可以设计成常规的圆筒形，此时桶盖1与底座为了与外壳配合，也可以设置成圆形结构，在此不予限制。

所述驱动底盘6设置在外壳4下端的内部，可以通过螺栓或者其他固定方式将其固定在外壳4内，并可以实现可拆卸，便于更换维修安装在驱动底盘6上的电气设备。驱动底盘6可以与外壳4内部盛放垃圾的空间用隔板等分隔，避免泄露的水分损坏电气设备。

所述驱动轮7采用现有技术与驱动装置连接，每个驱动轮7可以配置一个驱动电机8；且所述驱动轮7至少设置有3个，以带动所述交互式智能垃圾机器人平稳的进行移动。具体来讲，所述驱动轮7的具体安装数量及安装位置，可根据交互式智能垃圾机器人的承重及移动范围进行选择，于此不予限制。

桶盖1上配置有使桶盖1发生翻转的MG996R舵机12，舵机12可以安装在桶盖1与外壳4连接的翻转处，使得舵机12便于控制桶盖1翻转。舵机12上配置有舵机齿轮，舵机齿轮与安装在桶盖1上的桶盖齿轮啮合，使得桶盖1可以收到舵机12提供的翻转力。

外壳4内部装有内胆，外壳4与内胆之间具有间隙，具有良好的可拆卸性。

如图1所示，本实用新型的交互式智能垃圾机器人包括驱动装置、单片机、摄像头、语音播报系统、避障模块、红外传感器以及定位系统，它们相互连接构成了所述交互式智能垃圾机器人的控制系统。

本实施例的RER-USB8MP02G摄像头内置有识别芯片，机器人在工作时通过驱动装置不断移动，在移动的过程中，摄像头不断从外界摘取视频和图像，然后再传输给内置的主控芯片得到手势识别信号，主控芯片发送信号给单片机，随后，单片机便发送控制信号给舵机、驱动装置和语音播报系统等，使之进行下一步工作。其中，本实施例中摄像头内置的主控芯片根据视频和图像得到手势识别信号的过程虽然涉及信号处理的过程，但其均可采用现有技术(例如运行了手势识别算法的ARM芯片)来实现，其信号处理过程并不是本实用新型的保护内容，在此不再赘述。

如图2所示，所述RER-USB8MP02G摄像头3通过螺丝镶嵌在外壳4与内胆的桶身11的间隙中，且位于所述SR602热释电人体红外传感器2的下部。

语音播报系统由WT588D语音模块以及扬声器5构成，语音模块根据stm32单片机发出的控制信号来控制扬声器，使之进行语音播报。

如图2所示，本实施例的避障模块是机器人周围布有的超声波传感器13，当超声波传感器13检测到机器人已经靠近了人时，就会通过stm32单片机输出PWM控制信号到电机驱动电路，驱动电路驱动车轮电机的转动，从而控制两个电机使垃圾桶自动停下或者避开障碍物。

本实施例在桶盖上方设置了SR602热释电人体红外传感器2，热释电人体红外传感器2能够检测到是否有物体挡住红外线从而识别人是否把手放在机器人的上方，当人把手或物体放在盖子1上方准备扔垃圾时，热释电人体红外传感器2即可获得红外检测信号，从而根据红外检测信号通过stm32单片机10传输PWM控制信号到MG996R舵机12使之工作，从而打开垃圾桶盖1并自动关上。

本实施例的定位系统中的ATK1218-BD GPS+北斗定位装置用于给机器人在户外的工作进行定位和路线的规划，当机器人在户外进行工作时，在定位系统9已经规划好路线后会由单片机10发送控制信号给驱动装置，进而控制机器人在既定路线上行驶。

综上所述，本实用新型一种交互式智能垃圾机器人具有以下优点：

1、本实用新型具有自主移动的功能。垃圾桶借助超声波传感器在室内能实现自主移动，借助GPS/北斗定位系统以及红外传感器在室外能实现自主避障与导航。在固定航线移动的垃圾桶能减少固定垃圾桶的安装数量，也解决了人们想丢垃圾却找不到垃圾桶的困窘。

2、本实用新型具有人机交互的功能。当机器人摄像头识别到有人向它打出招手或者其他的手势时，机器人便会通过单片机控制驱动装置移动，提高了用户的扔垃圾体验。

3、本实用新型具有自动开盖的功能。在垃圾桶识别到有人在招呼它，当它移动到人的面前时，它便会自动打开桶盖，能够避免因手动打开桶盖造成手的污染，更加环保安全。

4、本实用新型具有智能的语音播报系统。当机器人完成每一项工作，或者人进行了不同的动作后，机器人会根据自己的语音库进行智能的播报，加强了人机交互的体验。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作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 (9)

1.一种交互式智能垃圾机器人，其特征在于：包括机器人本体，所述机器人本体包括外壳、桶身和桶盖，所述外壳底部设有驱动底盘，所述驱动底盘内部安装有单片机和电池模块，所述驱动底盘的下部设有驱动轮和驱动装置，所述外壳上设有摄像头，所述桶盖上设有舵机，所述电池模块的输出端分别连接单片机的输入端、摄像头的输入端、驱动装置的输入端和舵机的输入端，所述摄像头的输出端连接单片机的输入端，所述单片机的输出端连接驱动装置的输入端和舵机的输入端，所述驱动装置的输出端连接驱动轮；

所述桶身一端与外壳底部的固定板转动连接，所述桶身的另一端通过可闭合的吻合装置与桶盖连接。

2.根据权利要求1所述的一种交互式智能垃圾机器人，其特征在于：所述桶身上设有避障模块，所述避障模块的输入端连接电池模块的输出端，所述避障模块的输出端连接单片机的输入端。

3.根据权利要求2所述的一种交互式智能垃圾机器人，其特征在于：所述避障模块包括一个或多个超声波传感器，所述超声波传感器的输出端连接单片机的输入端，所述超声波传感器的输入端连接电池模块的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种交互式智能垃圾机器人，其特征在于：所述驱动底盘内部还安装有定位系统，所述定位系统包括但不限于GPS定位模块和/或北斗定位模块，所述定位系统的输出端连接单片机的输入端，所述定位系统的输入端连接电池模块的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种交互式智能垃圾机器人，其特征在于：还包括语音播报系统，所述语音播报系统包括语音模块和扬声器，所述语音模块设于驱动底盘内部，所述扬声器设于外壳外部，所述语音模块的输入端和扬声器的输入端均连接电池模块的输出端，所述语音模块的输入端连接单片机的输出端，所述语音模块的输出端连接扬声器的输入端。

6.根据权利要求1所述的一种交互式智能垃圾机器人，其特征在于：所述机器人本体还包括内壳和内胆，所述内胆安装在外壳内部，所述内壳与外壳之间具有隔离间隙。

7.根据权利要求1所述的一种交互式智能垃圾机器人，其特征在于：所述电池模块包括可充电电池、电源供应器和可充电电路，所述可充电电池和可充电电路分别平行安装在驱动底盘内部的一侧，所述电源供应器安装在驱动底盘内部的另一侧，所述可充电电路的输出端连接可充电电池的输入端，所述可充电电池的输出端连接电源供应器的输入端。

8.根据权利要求1所述的一种交互式智能垃圾机器人，其特征在于：所述外壳上端的外部设有红外传感器，所述红外传感器的输出端连接单片机的输入端，所述红外传感器的输入端连接电池模块的输出端。

9.根据权利要求1所述的一种交互式智能垃圾机器人，其特征在于：所述驱动底盘通过螺栓可拆卸地固定在外壳底部。

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