CN216913854U - 一种复杂地形下的垃圾拾取机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种复杂地形下的垃圾拾取机器人，涉及垃圾拾取设备技术领域，包括：飞行器、垃圾拾取装置和垃圾收纳装置，飞行器作为整个装置的运动载体，实现整个装置在空中移动；垃圾拾取装置设置于飞行器上，用于对地面上的垃圾进行拾取；垃圾收纳装置设置于飞行器上，垃圾拾取装置拾取的垃圾能够放入垃圾收纳装置中进行初步储存。本实用新型提供的复杂地形下的垃圾拾取机器人包括垃圾收纳装置，在垃圾拾取装置每拾取一次垃圾后均能够将垃圾放入垃圾收纳装置中进行初步储存，一次飞行可拾取大量垃圾，不必一直往返，提高垃圾拾取的效率。

Description

一种复杂地形下的垃圾拾取机器人

技术领域

本实用新型涉及垃圾拾取设备技术领域，特别是涉及一种复杂地形下的垃圾拾取机器人。

背景技术

环境污染问题一直是全世界人民所关注的一个问题，除了城市垃圾外，郊外的像山地、水库、沼泽等地形复杂的环境中也是存在许多垃圾的，目前，此类地形下的垃圾拾取主要依靠人力，人工拾取的效率较为低下，且具有一定的危险性，因此，亟需一种智能化设备代替人工拾取垃圾。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种复杂地形下的垃圾拾取机器人，以解决上述现有技术存在的问题，提高垃圾拾取的效率。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种复杂地形下的垃圾拾取机器人，包括：

飞行器，作为整个装置的运动载体，实现整个装置在空中移动；

垃圾拾取装置，设置于所述飞行器上，用于对地面上的垃圾进行拾取；

垃圾收纳装置，设置于所述飞行器上，所述垃圾拾取装置拾取的垃圾能够放入所述垃圾收纳装置中进行初步储存。

优选的，所述垃圾拾取装置包括驱动装置、机械臂和机械爪，所述机械臂为伸缩式机械臂，所述机械臂竖直设置于所述飞行器的底部，所述机械爪设置于所述机械臂的底端，且所述驱动装置驱动所述机械臂伸缩能够带动所述机械爪上下移动，所述驱动装置还能够驱动所述机械爪对垃圾进行抓取和释放。

优选的，所述机械臂为两段式伸缩杆结构，所述机械臂包括上固定杆和下滑动杆，所述上固定杆和所述下滑动杆均竖直设置，所述上固定杆固定设置于所述飞行器上，所述下滑动杆沿竖直方向滑动连接于所述上固定杆上，所述驱动装置包括定滑轮、定滑轮绳和第一电机，所述定滑轮绳的一端固定缠绕于所述定滑轮上，另一端与所述下滑动杆固定连接，所述第一电机驱动所述定滑轮转动能够带动所述下滑动杆上下滑动。

优选的，所述垃圾收纳装置包括：

储存框，为软质塑料所制成，用于接收来自垃圾拾取装置的垃圾；

旋转装置，所述旋转装置设置于所述飞行器上，所述旋转装置用于驱动所述储存框绕一竖直轴转动，转动所述储存框能够使得所述储存框位于所述机械爪的正下方或转动至所述机械爪的外侧。

优选的，所述飞行器为无人机，所述飞行器上设置有图像传输装置，所述图像传输装置用于将飞行器前方视野通过图像传递给操纵者，所述飞行器人工遥控操纵。

优选的，所述飞行器采用八轴无人机，该所述八轴无人机所能够承载最大重量为8kg；并采用PIXHAWK第四代飞控系统，可通过遥控器改变其位置与方向，用于无人机的飞行操作。

优选的，所述垃圾拾取装置与所述垃圾收纳装置通过所述飞行器下端的云台与所述飞行器相连接，并由树莓派作为控制系统。

优选的，所述飞行器的控制系统与所述垃圾拾取装置、所述垃圾收纳装置的控制系统为一体化控制系统。

优选的，所述飞行器采用SSD垃圾识别算法，用于自动识别定位垃圾。

优选的，所述无人机包括无人机起落架、无人机螺旋桨及无人机主体。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供的复杂地形下的垃圾拾取机器人包括垃圾收纳装置，在垃圾拾取装置每拾取一次垃圾后均能够将垃圾放入垃圾收纳装置中进行初步储存，一次飞行可拾取大量垃圾，不必一直往返，提高垃圾拾取的效率。

进一步的，具备图像传输功能，便于操纵者定位垃圾，大大降低了对操纵者操纵能力的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的复杂地形下的垃圾拾取机器人的结构示意图；

图2为图1中飞行器的结构示意图；

图3为图1中垃圾拾取装置的结构示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为垃圾拾取装置中机械爪的结构示意图；

图6为垃圾收纳装置的结构示意图；

图7为垃圾收纳装置未设储存框时的结构示意图；

图8为本实用新型提供的复杂地形下的垃圾拾取机器人的整体程序流程图；

图9为机械爪抓紧时的结构示意图；

图10为机械爪放松时的结构示意图；

图11为储存框位于机械爪下方时的垃圾收纳装置的结构示意图；

图12为储存框位于机械爪外周侧时的垃圾收纳装置的结构示意图；

图中：1、飞行器；11、无人机螺旋桨；12、无人机主体；13、无人机起落架；2、垃圾收纳装置；21、旋转装置；22、储存框；23、固定环；3、垃圾拾取装置；31、机械臂；311、上固定杆；312、下滑动杆；32、机械爪；321、爪结构；322、齿轮；323、舵机；331、第一电机；332、定滑轮；33、定滑轮绳；4、云台。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种复杂地形下的垃圾拾取机器人，以解决现有技术存在的问题，提高垃圾拾取的效率。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供一种复杂地形下的垃圾拾取机器人，如图1～图12所示，包括：

飞行器1，作为整个装置的运动载体，实现整个装置在空中移动；

垃圾拾取装置3，设置于飞行器1上，用于对地面上的垃圾进行拾取；

垃圾收纳装置2，设置于飞行器1上，垃圾拾取装置3拾取的垃圾能够放入垃圾收纳装置2中进行初步储存。

本实用新型提供的复杂地形下的垃圾拾取机器人包括垃圾收纳装置2，在垃圾拾取装置3每拾取一次垃圾后均能够将垃圾放入垃圾收纳装置2中进行初步储存，一次飞行可拾取大量垃圾，不必一直往返，提高垃圾拾取的效率。

进一步的，垃圾拾取装置3包括驱动装置、机械臂31和机械爪32，机械臂31为伸缩式机械臂，机械臂31竖直设置于飞行器1的底部，机械爪32设置于机械臂31的底端，且驱动装置驱动机械臂31伸缩能够带动机械爪32上下移动，驱动装置还能够驱动机械爪32对垃圾进行抓取和释放，垃圾收纳装置2包括储存框22和旋转装置21，储存框22为软质塑料所制成，储存框22用于接收来自垃圾拾取装置3的垃圾；旋转装置21设置于飞行器1上，旋转装置21用于驱动储存框22绕一竖直轴转动，且转动角度可以为360°，转动储存框22能够使得储存框22位于机械爪32的正下方或转动至机械爪32的外侧，垃圾拾取装置3配合垃圾收纳装置2使用，当垃圾拾取装置3成功拾取垃圾后，控制机械臂31收缩并带动机械爪32上升一定的距离，此时，再次控制旋转装置21驱动储存框22旋转至机械爪32的正下方，而后控制机械抓释放垃圾，垃圾在自身的重力作用下掉落至储存框22内，最后，控制储存框22转动至机械爪32的外侧，以便于垃圾拾取装置3进行下一次的拾取过程，储存框22可自由变换大小。

进一步的，旋转装置21采用步进电机，步进电机电源使用12V干电池供电。

进一步的，机械爪32由齿轮322、爪结构321及舵机323组成，齿轮322的旋转带动爪结构321运动，完成夹紧与放松，舵机323带动齿轮322的旋转，舵机323使用DS3218舵机。

进一步的，机械爪32的控制程序使用RPI.GPIO模块调制舵机323脉宽，为确保机械爪32的正确使用，舵机323角度控制在0～80°以内。

进一步的，机械臂31为两段式伸缩杆结构，机械臂31包括上固定杆311和下滑动杆312，上固定杆311和下滑动杆312均竖直设置，上固定杆311固定设置于飞行器1上，下滑动杆312沿竖直方向滑动连接于上固定杆311上，驱动装置包括定滑轮332、定滑轮绳33和第一电机331，定滑轮绳33的一端固定缠绕于定滑轮332上，另一端与下滑动杆312固定连接，第一电机331和定滑轮332设置于下滑动杆312的上方，第一电机331驱动定滑轮332转动能够带动下滑动杆312上下滑动，采用定滑轮驱动结构来带动下滑动杆312的上下移动，优选采用两个定滑轮结构来完成上述过程，使用时，两个定滑轮结构的动作需一致。

进一步的，第一电机331也采用步进电机，步进电机配以A4988步进驱动器，采用全步进模式，程序上使用PRI.GPIO模块调制电机脉宽。为防止电机在非工作时振动，影响稳定性，因此对RESET进行控制。其中两第一电机331同速反转，其余参数保持一致。

进一步的，飞行器1为无人机，飞行器1上设置有图像传输装置，图像传输装置用于将飞行器1前方视野通过图像传递给操纵者，飞行器1人工遥控操纵，用于使用过程中帮助操作者规避障碍物及识别垃圾大致方位，便于操纵者定位垃圾，大大降低了对操纵者操纵能力的要求。

进一步的，图像传输装置为摄像头，摄像头硬件使用官方CSI摄像头，程序利用TCP协议，在树莓派端和客户端启动相应程序，客户端即可在同一局域网下接收到摄像头传输内容。

进一步的，复杂地形下的垃圾拾取机器人设计利用树莓派3B+，搭载Linux系统，用python编写多线程控制程序。

进一步的，利用软件Win32 Disk Imager烧录树莓派官方系统。

进一步的，修改树莓派设置，包括下载安装最新内核、GPU固件、应用程序、python库，摄像头模块的开启，WiFi自动连接。

进一步的，在树莓派上用python编写双线程控制程序，用于摄像、画面传输和机械臂31控制两部分。

进一步的，将程序设置为开机自启动。

具体地，程序可分为摄像头模块、舵机模块、电机模块三部分。

进一步的，摄像头模块使用TCP通讯协议，并分为树莓派端和客户端两部分。树莓派端从摄像头循环采集图像，将图像数据转换为流数据并存储到内存中，将进行base64编码后的流数据发送给客户端。客户端程序将数据解码为图像，显示在窗口上。

进一步的，通过树莓派利用RPI.GPIO库输出高低电平，以实现对步进电机、舵机323的控制。

进一步的，飞行器1采用八轴无人机，该八轴无人机所能够承载最大重量为8kg；并采用PIXHAWK第四代飞控系统，可通过遥控器改变其位置与方向，用于无人机的飞行操作，PIXHAWK第四代飞控系统可控制无人机的飞行方向以及飞行姿态。

进一步的，垃圾拾取装置3与垃圾收纳装置2通过飞行器1下端的云台4与飞行器1相连接，并由树莓派作为控制系统。

进一步的，飞行器1的控制系统与垃圾拾取装置3、垃圾收纳装置2的控制系统为一体化控制系统。

进一步的，飞行器1采用SSD垃圾识别算法，用于自动识别定位垃圾，具体的，在客户端程序中使用SSD算法，将训练好的模型导入，对图像中目标物品进行识别，对于不同类型物体用不同颜色预选框标出，本实用新型采用SSD算法进行垃圾识别，相比人眼识别具有更高的准确度，提高了垃圾拾取的精确性。

进一步的，无人机包括无人机起落架13、无人机螺旋桨11及无人机主体12，无人机由无人机螺旋桨11提供升力，完成起飞、悬停与降落等动作。

与现有技术相比，本实用新型提供的复杂地形下无人机搭载的智能垃圾拾取机器人设计具有以下优点：

1.目前复杂地形下的垃圾拾取仍采取人工拾取的方式，此类方式具有效率低、存在安全隐患等缺点，本实用新型可快速、高效、安全地完成复杂地形下的垃圾拾取工作。

2.本实用新型采用SSD算法进行垃圾识别，相比人眼识别具有更高的准确度，提高了垃圾拾取的精确性。

3.目前已有的同类设计未能完成垃圾收纳任务，在垃圾拾取中需多次往返，效率较低。本实用新型具有垃圾收纳功能，通过机械臂31机械爪32与垃圾收纳装置2的配合，巧妙完成垃圾收纳的任务。

4.本实用新型的储存框采用软质塑料，具有重量轻、形状适应性高的优点。

5.本实用新型所有重量较重的运动部件均为竖直方向运动，巧妙地避免了无人机因重心偏移而发生失稳的问题。

6.本实用新型采用人工遥控的方式，提高了容错率。

使用过程如下：

操纵者持遥控器，所述无人机定位到垃圾后，会移动至垃圾附近悬停，此时操纵者根据图像传输画面中的图像微调无人机的位置，在确定位置后按下垃圾拾取按钮，机械臂31向下伸长，接触到垃圾后机械爪32夹紧，夹取到垃圾后机械臂31向上收缩，垃圾收纳装置2进行旋转，转至机械臂31正下方，机械爪32放松，垃圾被投入垃圾收纳装置2内，垃圾收纳装置2旋转复位，无人机定位下一处垃圾，如此循环。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种复杂地形下的垃圾拾取机器人，其特征在于：包括：

飞行器，作为整个装置的运动载体，实现整个装置在空中移动；

垃圾拾取装置，设置于所述飞行器上，用于对地面上的垃圾进行拾取；

垃圾收纳装置，设置于所述飞行器上，所述垃圾拾取装置拾取的垃圾能够放入所述垃圾收纳装置中进行初步储存。

2.根据权利要求1所述的复杂地形下的垃圾拾取机器人，其特征在于：所述垃圾拾取装置包括驱动装置、机械臂和机械爪，所述机械臂为伸缩式机械臂，所述机械臂竖直设置于所述飞行器的底部，所述机械爪设置于所述机械臂的底端，且所述驱动装置驱动所述机械臂伸缩能够带动所述机械爪上下移动，所述驱动装置还能够驱动所述机械爪对垃圾进行抓取和释放。

3.根据权利要求2所述的复杂地形下的垃圾拾取机器人，其特征在于：所述机械臂为两段式伸缩杆结构，所述机械臂包括上固定杆和下滑动杆，所述上固定杆和所述下滑动杆均竖直设置，所述上固定杆固定设置于所述飞行器上，所述下滑动杆沿竖直方向滑动连接于所述上固定杆上，所述驱动装置包括定滑轮、定滑轮绳和第一电机，所述定滑轮绳的一端固定缠绕于所述定滑轮上，另一端与所述下滑动杆固定连接，所述第一电机驱动所述定滑轮转动能够带动所述下滑动杆上下滑动。

4.根据权利要求3所述的复杂地形下的垃圾拾取机器人，其特征在于：所述垃圾收纳装置包括：

储存框，为软质塑料所制成，用于接收来自所述垃圾拾取装置的垃圾；

旋转装置，所述旋转装置设置于所述飞行器上，所述旋转装置用于驱动所述储存框绕一竖直轴转动，转动所述储存框能够使得所述储存框位于所述机械爪的正下方或转动至所述机械爪的外侧。

5.根据权利要求1所述的复杂地形下的垃圾拾取机器人，其特征在于：所述飞行器为无人机，所述飞行器上设置有图像传输装置，所述图像传输装置用于将飞行器前方视野通过图像传递给操纵者，所述飞行器人工遥控操纵。

6.根据权利要求5所述的复杂地形下的垃圾拾取机器人，其特征在于：所述飞行器采用八轴无人机，该所述八轴无人机所能够承载最大重量为8kg；并采用PIXHAWK第四代飞控系统，可通过遥控器改变其位置与方向，用于无人机的飞行操作。

7.根据权利要求1所述的复杂地形下的垃圾拾取机器人，其特征在于：所述垃圾拾取装置与所述垃圾收纳装置通过所述飞行器下端的云台与所述飞行器相连接，并由树莓派作为控制系统。

8.根据权利要求7所述的复杂地形下的垃圾拾取机器人，其特征在于：所述飞行器的控制系统与所述垃圾拾取装置、所述垃圾收纳装置的控制系统为一体化控制系统。

9.根据权利要求1所述的复杂地形下的垃圾拾取机器人，其特征在于：所述飞行器采用SSD垃圾识别算法，用于自动识别定位垃圾。

10.根据权利要求5所述的复杂地形下的垃圾拾取机器人，其特征在于：所述无人机包括无人机起落架、无人机螺旋桨及无人机主体。

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