CN219000204U - 一种基于目标检测的碗碟清洗设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于目标检测的碗碟清洗设备，涉及家居设备技术领域，清洗箱的容腔内依次设有清洗区、夹取区和放置区；清洗区处设有具有纵向平移及竖向平移二自由度的移动机构、喷头、清洗舵机和清洗平台，夹取区处设有具有纵向平移一自由度的夹取移动机构、具有绕纵向转轴转动一自由度的机械臂和机械抓手结构，放置区处设有用于放置碗碟的碗碟架。本实用新型通过夹取移动机构及机械臂驱动机械抓手结构至碗碟架区域夹取碗碟，并将碗碟运送至清洗平台上，再由喷头出水对碗碟进行冲洗，冲洗过程中清洗舵机带动清洗平台及其上的碗碟转动，实现碗碟的全方位清洗；本实用新型结构简单、设计制造及使用便捷，清洗效果好。

Description

一种基于目标检测的碗碟清洗设备

技术领域

本实用新型涉及家居设备技术领域，具体涉及一种用于清洗餐具的洗碗机。

背景技术

洗碗机是一种用于自动清洗碗、筷、盘、碟、刀、叉等餐具的设备，分为家用和商用两类。家用洗碗机主要用于家庭日常的餐具清洗。现有的洗碗机为减小占用空间及降低设计难度，通常采用全覆盖式的无差别冲洗结构，该种冲洗结构的冲洗效果受餐具置入洗碗机内时的角度和位置影响较大，当餐具放置的位置、角度不理想时，前述冲洗结构无法对餐具实现较好的冲洗效果，同时，该种冲洗结构存在冲洗盲区，无法将餐具结构拐角处的油渍和污渍冲洗干净，导致餐具上残留油渍、污渍，不仅不利于家庭环境卫生的保持，还可能对餐具使用者的健康造成损伤。此外，该种冲洗结构需要的冲洗时间较长，水电消耗大，不利于资源的节约和环境的保护。

实用新型内容

本实用新型正是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供了一种基于目标检测的碗碟清洗设备。

本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：一种基于目标检测的碗碟清洗设备，清洗箱由配合连接构成密闭容腔的箱体和箱门构成，所述箱体底部开设排水口，所述容腔内沿横向依次设有清洗区、夹取区和放置区；

所述清洗区处设有具有纵向平移及竖向平移二自由度的移动机构、喷头、清洗舵机和清洗平台，所述清洗舵机安装固定至所述容腔内底部，其输出轴朝上设置，所述清洗平台位于所述清洗舵机上方，与所述清洗舵机的输出轴连接固定；所述喷头位于所述清洗平台的右侧上方，安装固定至所述移动机构输出端；

所述夹取区处设有具有纵向平移一自由度的夹取移动机构、具有绕纵向转轴转动一自由度的机械臂和机械抓手结构，所述机械臂底端与所述夹取移动机构的输出端连接固定；

所述机械抓手结构包括连接架、一对对称设置的曲柄、一对对称设置的连杆、一对对称设置的夹爪和夹取舵机，所述连接架安装固定至所述机械臂的输出端，所述夹取舵机安装固定至所述连接架上，一对所述曲柄的前端转动连接至所述连接架上，且所述夹取舵机位于所述连接架的上方或下方，一对所述曲柄相应位于所述连接架的下方或上方；所述夹取舵机的输出轴与一对所述曲柄中任一的前端连接固定，一对所述曲柄的前端侧缘相对处设有相互啮合的圆弧齿条；一对所述夹爪的前端分别与一对所述曲柄的末端转动连接，一对所述连杆的两端分别与一对所述夹爪的中部及所述连接架转动连接；所述放置区处设有用于放置碗碟的碗碟架。

进一步的，所述清洗平台顶部设有清洗架，碗碟限位置于所述清洗架上；所述清洗平台底部开设漏斗状的排水槽，所述排水槽下方设有倾斜设置的导流槽，所述导流槽的低处下方开设排水管。

进一步的，所述导流槽下方设有与所述导流槽同向倾斜设置的挡板，所述挡板上对应所述排水管正下方位置开设排水孔，所述排水孔与所述清洗箱的排水口连通。

进一步的，所述机械臂包括支撑臂、机械臂舵机和摆臂，所述支撑臂的底端连接固定至所述夹取移动机构的滑台上，所述机械臂舵机安装固定至所述支撑臂顶端，其输出端与所述摆臂的前端连接固定，所述连接架连接固定至所述摆臂的末端。

进一步的，还包括控制模块、红外对射模块和红外线感应反射模块，所述红外对射模块的发射端和接收端相对设置，所述发射端和所述接收端分别通过连接架安装至两个所述夹爪的末端；所述红外线感应反射模块安装在所述机械臂上，其检测方向朝向所述碗碟架；所述控制模块与所述清洗舵机、机械臂、夹取舵机、移动机构、夹取移动机构、红外对射模块及红外线感应反射模块数据连通。

进一步的，还包括摄像头，所述摄像头与所述控制模块数据连通，安装固定至所述箱体上，其拍摄区域朝向所述清洗平台；

进一步的，还包括紫外消毒灯，所述紫外消毒灯位于所述碗碟架上方，连接固定至所述箱体上。

进一步的，所述箱门设于所述箱体前侧、后侧或左侧中的任一侧，且通过合页与所述箱体转动连接。

进一步的，所述喷头的进水口与三通接头的出口连通，所述三通接头的两个进口处均设有电磁阀，且两个所述进口分别与清洗水泵和清洗剂溶液泵的出水口连通；两个所述电磁阀均与所述控制模块数据连通。

本实用新型提供了一种基于目标检测的碗碟清洗设备，具有以下有益效果：

1、本实用新型通过夹取移动机构及机械臂驱动机械抓手结构至碗碟架区域夹取碗碟，并将碗碟运送至清洗平台上，再由喷头出水对碗碟进行冲洗，冲洗过程中清洗舵机带动清洗平台及其上的碗碟转动，实现碗碟的全方位清洗，清洗效果好；

2、本实用新型的夹取区采用具有纵向平移一自由度的夹取移动机构与单旋转自由度的机械臂结合的结构形式，使机械抓手结构的抓取范围可以覆盖碗碟架区域，同时最大程度地简化了机械臂的结构，使机械臂的设计制造更为简单；

3、本实用新型的喷头通过三通接头连通有清洗水泵和清洗剂溶液泵，清洗过程中可先以清洗剂与清洗水的混合液对碗碟进行冲洗，再以清洗水对碗碟进行冲洗，进一步改善碗碟清洗设备的清洗效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型清洗区的结构示意图；

图3为本实用新型夹取区的结构示意图；

图4为本实用新型机械抓手结构的结构示意图。

图中：

1、清洗箱，11、箱体，12、箱门；2、清洗区，21、喷头，22、清洗舵机，23、清洗平台，231、清洗架，232、排水槽，24、导流槽，25、挡板；3、夹取区，31、摄像头，32、机械臂，321、红外线感应反射模块，33、机械抓手结构，331、连接架，332、曲柄，333、连杆，334、夹爪，335、圆弧齿条，336、对射式红外模块；4、放置区，41、碗碟架，42、紫外消毒灯；53、滑台。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，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作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。

如图1~图4所示，其结构关系为：清洗箱1由配合连接构成密闭容腔的箱体11和箱门12构成，箱体11底部开设排水口，容腔内沿横向依次设有清洗区2、夹取区3和放置区4；

清洗区2处设有具有纵向平移及竖向平移二自由度的移动机构、喷头21、清洗舵机22和清洗平台23，清洗舵机22安装固定至容腔内底部，其输出轴朝上设置，清洗平台23位于清洗舵机22上方，与清洗舵机22的输出轴连接固定；喷头21位于清洗平台23的右侧上方，安装固定至移动机构输出端；

夹取区3处设有具有纵向平移一自由度的夹取移动机构、具有绕纵向转轴转动一自由度的机械臂32和机械抓手结构33，机械臂32底端与夹取移动机构的输出端连接固定；

机械抓手结构33包括连接架331、一对对称设置的曲柄332、一对对称设置的连杆333、一对对称设置的夹爪334和夹取舵机，连接架331安装固定至机械臂32的输出端，夹取舵机安装固定至连接架331上，一对曲柄332的前端转动连接至连接架331上，且夹取舵机位于连接架331的上方或下方，一对曲柄332相应位于连接架331的下方或上方；夹取舵机的输出轴与一对曲柄332中任一的前端连接固定，一对曲柄332的前端侧缘相对处设有相互啮合的圆弧齿条335；一对夹爪334的前端分别与一对曲柄332的末端转动连接，一对连杆333的两端分别与一对夹爪334的中部及连接架331转动连接；连接架331与对应的一组曲柄332、连杆333及夹爪334构成平面四杆机构；为适应碗碟的不同外形，实际使用时，夹爪334的长度应适当加长，可以为135mm~150mm；放置区4处设有用于放置碗碟的碗碟架41。

优选的，清洗平台23顶部设有清洗架231，碗碟限位置于清洗架231上；清洗平台23底部开设漏斗状的排水槽232，排水槽232下方设有倾斜设置的导流槽24，导流槽24的低处下方开设排水管241。

优选的，导流槽24下方设有与导流槽24同向倾斜设置的挡板25，挡板25上对应排水管241正下方位置开设排水孔251，排水孔251与清洗箱1的排水口连通；实际设计时，挡板25的倾斜角度可以为15°，且挡板25应足够大，以防止冲洗水溅射出清洗区2。

优选的，机械臂32包括支撑臂、机械臂舵机和摆臂，支撑臂的底端连接固定至夹取移动机构的滑台53上，机械臂舵机安装固定至支撑臂顶端，其输出端与摆臂的前端连接固定，连接架331连接固定至摆臂的末端；实际设计时，摆臂的转动范围可以为270°。

优选的，还包括控制模块、红外对射模块336和红外线感应反射模块321，红外对射模块336的发射端和接收端相对设置，发射端和接收端分别通过连接架331安装至两个夹爪334的末端；红外线感应反射模块321安装在机械臂32上，其检测方向朝向碗碟架41；控制模块与清洗舵机22、机械臂32、夹取舵机、移动机构、夹取移动机构、红外对射模块336及红外线感应反射模块321数据连通。

优选的，还包括摄像头31，摄像头31与控制模块数据连通，安装固定至箱体11上，其拍摄区域朝向清洗平台23；

优选的，还包括紫外消毒灯42，紫外消毒灯42位于碗碟架41上方，连接固定至箱体11上；紫外消毒灯42能对碗碟架41上放置的碗碟进行消毒灭菌，以进一步提高碗碟的洁净度和使用碗碟进食的安全性。

优选的，箱门12设于箱体11前侧、后侧或左侧中的任一侧，且通过合页与箱体11转动连接。

优选的，喷头21的进水口与三通接头的出口连通，三通接头的两个进口处均设有电磁阀，且两个进口分别与清洗水泵和清洗剂溶液泵的出水口连通；两个电磁阀均与控制模块数据连通。

使用上述碗碟清洗设备清洗碗碟的方法，包括以下步骤：

第一步，用户向控制模块发送洗涤指令；

指令的发送形式包括但不限于按压碗碟清洗设备上的控制模块的控制按钮向控制模块发送指令、通过控制模块的遥控器向控制模块发送指令或通过与控制模块连接的手机APP向控制模块发送指令；

第二步，控制模块控制夹取移动机构驱动机械臂32和机械抓手结构33沿纵向移动，移动过程中，红外线感应反射模块321持续向碗碟架41方向发出检测信号，直至检测到对应位置放置有碗碟，红外线感应反射模块321将信号反馈至控制模块，控制模块控制机械臂32和机械抓手结构33停止移动；

第三步，机械臂32驱动机械抓手结构33向碗碟架41上该位置放置的碗碟转动靠近，此过程中对射式红外模块336持续进行检测，直至碗碟进入两个夹爪334之间，触发对射式红外模块336的信号反馈至控制模块；

触发对射式红外模块336可直接测量获取该碗碟的厚度，同时控制模块可结合收到触发对射式红外模块336信号时机械臂32的转角判断碗碟的大小；

第四步，控制模块根据碗碟的大小控制机械臂32继续驱动机械抓手结构33向下转动至合适的夹持位置，随后控制模块根据碗碟的厚度控制夹取舵机，使夹取舵机分别通过两个曲柄332驱动两个夹爪334在两个连杆333的限位作用下转动夹紧碗碟；

第五步，控制模块控制机械臂32驱动机械抓手结构33及机械抓手结构33夹持的碗碟向上转动至碗碟的纵向移动不与碗碟架41发生运动干涉，随后，控制模块控制夹取移动机构驱动机械臂32带动驱动机械抓手结构33和碗碟沿纵向移动至与清洗平台23相对应的位置，然后机械臂32驱动机械抓手结构33和碗碟转动，直至碗碟到达清洗平台23上，并由清洗平台23的限位结构限位，夹取舵机驱动两个夹爪334放松碗碟，机械臂32驱动机械抓手结构33向上转动至不与碗碟发生运动干涉；

清洗平台23的限位结构可以是固设于清洗平台23上的清洗架，也可以是限位槽等结构；

第六步，控制模块控制移动机构驱动喷头21沿纵向及竖向移动至与碗碟对应的位置，随后，两个电磁阀均连通，先通过喷头21以清洗水和清洗剂溶液对碗碟进行混合冲洗，再关闭清洗剂溶液对应的电磁阀，通过喷头21以清洗水对碗碟进行单独冲洗；

上述冲洗过程中，移动机构和清洗舵机22应当根据碗碟的大小驱动喷头21进给，以确保冲洗能够覆盖碗碟的全部区域；

第七步，夹取移动机构、机械臂32和机械抓手结构33依循夹取的逆过程将清洗好的碗碟放回原位置，并以该位置作为起点，再次由第二步开始执行，进行下一个碗碟的清洗，直至所有碗碟清洗完毕。

上述清洗方法的第六步还可以通过多级分类检测进一步优化，对此时清洗平台23上的碗碟进行油渍类型分类，按下述方式对碗碟进行清洗，以进一步改善清洗效果：

S1、摄像头31采集清洗平台23上碗碟的图像，传递给控制模块的上位机；

实际使用时，摄像头31可采用IMX219120摄像头，上位机可采用Jetson nano4G-B01；

S2、上位机以YOLO V3算法计算得出油渍像素点和油渍的类别、清洁程度，并按预设的程序相应得出洗涤方案，包括以设定的像素区域为单元的每个像素区域的洗涤时间和水力大小，该洗涤时间包括以清洗水和清洗剂的混合液体冲洗的时间及以清洗水冲洗的时间；随后，上位机进行像素点与物理世界的xy轴坐标映射，将指令发送至控制模块的下位机；

实际使用时，下位机可采用esp32开发版；

S3、下位机执行指令，控制移动机构驱动清洗平台23带动其上放置的碗碟移动，使碗碟与喷头21的相对位置为洗涤方案中碗碟与喷头21的初始相对位置；

随后，下位机控制两个电磁阀根据洗涤方案中的洗涤时间和水力大小相应调整开度，逐个实现每个单元的清洗；整个清洗过程中，下位机还应当相应控制移动机构和清洗舵机22按洗涤方案驱动清洗平台23进给。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于目标检测的碗碟清洗设备，清洗箱（1）由配合连接构成密闭容腔的箱体（11）和箱门（12）构成，所述箱体（11）底部开设排水口，其特征在于：所述容腔内沿横向依次设有清洗区（2）、夹取区（3）和放置区（4）；

所述清洗区（2）处设有具有纵向平移及竖向平移二自由度的移动机构、喷头（21）、清洗舵机（22）和清洗平台（23），所述清洗舵机（22）安装固定至所述容腔内底部，其输出轴朝上设置，所述清洗平台（23）位于所述清洗舵机（22）上方，与所述清洗舵机（22）的输出轴连接固定；所述喷头（21）位于所述清洗平台（23）的右侧上方，安装固定至所述移动机构输出端；

所述夹取区（3）处设有具有纵向平移一自由度的夹取移动机构、具有绕纵向转轴转动一自由度的机械臂（32）和机械抓手结构（33），所述机械臂（32）底端与所述夹取移动机构的输出端连接固定；

所述机械抓手结构（33）包括连接架（331）、一对对称设置的曲柄（332）、一对对称设置的连杆（333）、一对对称设置的夹爪（334）和夹取舵机，所述连接架（331）安装固定至所述机械臂（32）的输出端，所述夹取舵机安装固定至所述连接架（331）上，一对所述曲柄（332）的前端转动连接至所述连接架（331）上，且所述夹取舵机位于所述连接架（331）的上方或下方，一对所述曲柄（332）相应位于所述连接架（331）的下方或上方；所述夹取舵机的输出轴与一对所述曲柄（332）中任一的前端连接固定，一对所述曲柄（332）的前端侧缘相对处设有相互啮合的圆弧齿条（335）；一对所述夹爪（334）的前端分别与一对所述曲柄（332）的末端转动连接，一对所述连杆（333）的两端分别与一对所述夹爪（334）的中部及所述连接架（331）转动连接；所述放置区（4）处设有用于放置碗碟的碗碟架（41）。

2.根据权利要求1所述的一种基于目标检测的碗碟清洗设备，其特征在于：所述清洗平台（23）顶部设有清洗架（231），碗碟限位置于所述清洗架（231）上；所述清洗平台（23）底部开设漏斗状的排水槽（232），所述排水槽（232）下方设有倾斜设置的导流槽（24），所述导流槽（24）的低处下方开设排水管（241）。

3.根据权利要求2所述的一种基于目标检测的碗碟清洗设备，其特征在于：所述导流槽（24）下方设有与所述导流槽（24）同向倾斜设置的挡板（25），所述挡板（25）上对应所述排水管（241）正下方位置开设排水孔（251），所述排水孔（251）与所述清洗箱（1）的排水口连通。

4.根据权利要求1所述的一种基于目标检测的碗碟清洗设备，其特征在于：所述机械臂（32）包括支撑臂、机械臂舵机和摆臂，所述支撑臂的底端连接固定至所述夹取移动机构的滑台（53）上，所述机械臂舵机安装固定至所述支撑臂顶端，其输出端与所述摆臂的前端连接固定，所述连接架（331）连接固定至所述摆臂的末端。

5.根据权利要求1所述的一种基于目标检测的碗碟清洗设备，其特征在于：还包括控制模块、红外对射模块（336）和红外线感应反射模块（321），所述红外对射模块（336）的发射端和接收端相对设置，所述发射端和所述接收端分别通过连接架（331）安装至两个所述夹爪（334）的末端；所述红外线感应反射模块（321）安装在所述机械臂（32）上，其检测方向朝向所述碗碟架（41）；所述控制模块与所述清洗舵机（22）、机械臂（32）、夹取舵机、移动机构、夹取移动机构、红外对射模块（336）及红外线感应反射模块（321）数据连通。

6.根据权利要求5所述的一种基于目标检测的碗碟清洗设备，其特征在于：还包括摄像头（31），所述摄像头（31）与所述控制模块数据连通，安装固定至所述箱体（11）上，其拍摄区域朝向所述清洗平台（23）。

7.根据权利要求1所述的一种基于目标检测的碗碟清洗设备，其特征在于：还包括紫外消毒灯（42），所述紫外消毒灯（42）位于所述碗碟架（41）上方，连接固定至所述箱体（11）上。

8.根据权利要求1所述的一种基于目标检测的碗碟清洗设备，其特征在于：所述箱门（12）设于所述箱体（11）前侧、后侧或左侧中的任一侧，且通过合页与所述箱体（11）转动连接。

9.根据权利要求5所述的一种基于目标检测的碗碟清洗设备，其特征在于：所述喷头（21）的进水口与三通接头的出口连通，所述三通接头的两个进口处均设有电磁阀，且两个所述进口分别与清洗水泵和清洗剂溶液泵的出水口连通；两个所述电磁阀均与所述控制模块数据连通。

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