一种基于园区垃圾自动捡拾移动机器人的机械系统的制作方法

本发明涉及一种捡拾移动机器人的机械系统，具体涉及一种基于园区垃圾自动捡拾移动机器人的机械系统，属于机器人领域。

背景技术：

由于人们对宠物粪便所产生危害认识不足，不能正确处理宠物粪便。而未得到妥善处理的粪便，既影响市区卫生环境，又使居民在外出时担惊受怕，给民众带来不便，如果不慎踩踏，还有可能造成滑到摔伤等危险。当自然环境处于高气温时，宠物粪便发酵会散发令人不悦的味道。另外，蠕虫几种类型、细小病毒、冠状病毒、贾第鞭毛虫病、沙门氏菌病、隐孢子虫病、弯曲杆菌病等细菌和寄生虫也经常存在与宠物粪便中，这些细菌和寄生虫可以在土壤中停留数年容易大量滋生有害细菌，很可能通过间接或直接的方式传播给其他宠物和人类。

比如遇到雨雪天气时，宠物粪便还会随着雨水的冲刷进入河流及下水管道等水网络，从而间接通过饮用水和农产品的方式危害人体。

传统的宠物粪便捡拾工具需要人力操作，并且需要操作人员弯腰进行捡拾，这样大大提高了环卫人员的工作强度。

综上所述，现有的宠物粪便由环卫人员进行捡拾，存在环卫工人劳动强度大的问题。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的宠物粪便由环卫人员进行捡拾，存在环卫工人劳动强度大的问题。进而提供了一种基于园区垃圾自动捡拾移动机器人的机械系统。

本发明的技术方案是一种基于园区垃圾自动捡拾移动机器人的机械系统，它包括车体、捡拾机械臂、视觉识别装置、储存装置、足式机构、履带式机构、转向机构、轮式机构和能源装置，足式机构转动安装在车体长度方向的左右两侧，足式机构的前端通过转向机构与安装在车体前端左右两侧的轮式机构连接，足式机构的后端与安装在车体后端左右两侧的履带式机构连接，且足式机构的后端与履带式机构之间转动连接，捡拾机械臂安装在车体的宽度方向上，视觉识别装置、储存装置和能源装置由前至后依次安装在车体上，捡拾机械臂沿车体的宽度方向自转，且捡拾机械臂向上移动绕过视觉识别装置并位于储存装置的正上方。

进一步地，车体包括上车体、下车体、两个车体侧护板和两个橡胶垫，上车体和下车体上下扣合连接形成车体本体，车体本体为长条形，两个车体侧护板分别通过一个橡胶垫安装车体本体长度方向的左右两侧。

进一步地，捡拾机械臂包括旋转轴、电机支撑架、第一电机、夹具、齿轮传动副、两个旋转臂、两个轴承支撑架和两个夹持机构，两个旋转臂相对设置并通过旋转轴转动连接，且旋转轴的两端分别穿过安装在下车体上的两个轴承支撑架，电机支撑架安装在下车体上，第一电机安装在电机支撑架上，第一电机的输出轴与齿轮传动副中的小齿轮连接，齿轮传动副中的大齿轮安装在旋转轴上，且齿轮传动副中的大齿轮与小齿轮啮合，两个夹持机构分别安装在两个旋转臂上，两个夹持机构之间安装并控制夹具的开合。

进一步地，旋转臂包括盘体和连接杆，连接杆为“l”形杆，连接杆的水平段与盘体外沿固连并制成一体，且连接杆的竖直段长度等于旋转臂带动夹具旋转到储存装置的正上方。

进一步地，夹持机构包括第一舵机、第二舵机和两个四杆机构，第一舵机和第二舵机安装在连接杆的竖直段上，两个四杆机构的一端转动安装在第一舵机和第二舵机上，两个四杆机构的另一端与夹具的端部连接。

进一步地，夹具由上下扣合的两个夹具体组成。

进一步地，储存装置包括存储箱、存储箱外环、存储箱盖板、检测装置和第五舵机，检测装置安装在存储箱外环的内侧壁上，第五舵机安装在存储箱外环的外侧壁上，存储箱外环安装在存储箱内，存储箱盖板盖装在存储箱上，且第五舵机的输出轴与存储箱盖板连接。

进一步地，足式机构包括两个对称的足式单元，每个足式单元包括电机架、轴承架、传动部、前摆臂、后摆臂、第四电机传动轴、第二电机和第三电机，电机架安装在下车体上，第二电机和第三电机安装在电机架上，第二电机和第三电机的输出轴通过轴承架与传动部连接，前摆臂的一端与后摆臂的一端相交并转动连接，后摆臂的另一端与履带式机构连接，第四电机传动轴的输出轴与履带式机构连接，前摆臂的另一端与转向机构连接；后摆臂沿其长度方向上开设有平面。

进一步地，传动部包括前摆臂输出轴、前摆臂传动小齿轮、前摆臂传动大齿轮、轴承径向定位环、滚针轴承定位环、第一前摆臂传动大齿轮定位环、第二前摆臂传动大齿轮定位环、轴承套筒和后摆臂输出轴，前摆臂输出轴和后摆臂输出轴分别与第二电机和第三电机的输出轴连接，前摆臂传动小齿轮和前摆臂传动大齿轮分别套装在前摆臂输出轴和后摆臂输出轴上，且前摆臂传动小齿轮和前摆臂传动大齿轮相互啮合，轴承径向定位环和轴承套筒套装在前摆臂传动大齿轮与后摆臂输出轴之间，第一前摆臂传动大齿轮定位环和第二前摆臂传动大齿轮定位环套装在轴承套筒的外侧壁上，滚针轴承定位环套装在轴承径向定位环与前摆臂传动大齿轮之间。

进一步地，履带式机构包括履带、履带主动轮、两个履带支撑架、履带从动轮、第四电机、第四电机传动轴、第五电机和第五电机传动轴，第四电机安装在履带主动轮的侧壁上，第四电机传动轴转动穿设在履带主动轮，第四电机的输出轴与第四电机传动轴连接，第五电机安装在履带从动轮的侧端面上，第五电机的输出轴转动安装在履带从动轮上，履带主动轮和履带从动轮之间通过履带连接，两个履带支撑架分别安装在履带主动轮和履带从动轮的外侧。

本发明与现有技术相比具有以下改进效果：

1、本发明的采用足式机构、履带机构和轮式机构多种行走机构所组成的足履轮式复合行走机构，由于能够适应不同的场地，大大提高机器人的越障能力，也能大大增加机器人的工作场所，如小区、公园、街道等。由于机器人能够对垃圾和粪便进行捡拾，使得环卫工人无需弯腰进行捡拾，降低了环卫工人的的劳动强度。

2、本发明的转向机构配合轮式机构能够在机器人进行巡检工作的时候带来高灵活度的转向性。

3、本发明的机器人履带机构能够围绕足式机构后摆臂末端垂直旋转，两者配合能够有效翻越机器人前方障碍物，如标准台阶、草坪坎、沟渠等障碍。

4、本发明的足式机构前摆臂和后摆臂结构可升降机器人底盘，在机器人行走在高地不平的路面时，可灵活调节机器人底盘与地面的距离。

5、本发明的机器人储存装置采用套接的方式与车体连接，并可防止一次性塑料袋，能更加方便的清理、消毒储存装置，储存装置设置有可水平旋转开合的储存箱盖板，可有效防止宠物粪便异味的散发。

6、本发明的机器人捡拾机械臂机构的夹持部采用双舵机控制能够有效夹取直径小于100mm的宠物粪便，捡拾机械臂机构的旋转臂可垂直旋转，带动捡拾机械臂机构各部分组件旋转，能有效捡拾机器人前方不同角度的粪便，同时捡拾机械臂机构配合足式机构可使机器人捡拾不同高度的粪便。

7、本发明的机器人车体的组装设计加入了橡胶垫，可防止灰尘、雨水等进入车体内部；机器人视觉识别装置采用了高透明度的有机玻璃材质制成的圆弧状防护罩，以防止阻挡机器人摄像头的图像信息采集，并且能够有效避免异物进入机器人车体的内部；

8、本发明不但能够对宠物粪便进行拾取，还能够对固体垃圾进行拾取，适用范围广。

附图说明

图1是本发明的整体轴测图；图2是本发明的捡拾机械臂的结构示意图；图3是本发明去掉捡拾机械臂机构、足式机构、履带式机构、转向机构和轮式机构后的爆炸轴测图用于表达车体和储存装置；图4是本发明去除捡拾机械臂机构、履带式机构、转向机构和轮式机构的轴测图用于表达足式机构和控制装置；图5是本发明足式机构的传动部剖面轴测图；图6是本发明履带机构的某一角度剖面轴测图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式的一种基于园区垃圾自动捡拾移动机器人的机械系统，它包括车体1、捡拾机械臂2、视觉识别装置3、储存装置4、足式机构5、履带式机构6、转向机构7、轮式机构8和能源装置10，足式机构5转动安装在车体1长度方向的左右两侧，足式机构5的前端通过转向机构7与安装在车体1前端左右两侧的轮式机构8连接，足式机构5的后端与安装在车体1后端左右两侧的履带式机构6连接，且足式机构5的后端与履带式机构6之间转动连接，捡拾机械臂2安装在车体1的宽度方向上，视觉识别装置3、储存装置4和能源装置10由前至后依次安装在车体1上，捡拾机械臂2沿车体1的宽度方向自转，且捡拾机械臂2向上移动绕过视觉识别装置3并位于储存装置4的正上方。

本实施方式的转向机构7通过电机带动轮式机构8灵活进行转向。

本实施方式的视觉识别装置3为现有视觉识别结构，其主要实现的是对地面垃圾或宠物粪便信息的采集并进行识别。

本实施方式的轮式机构8为橡胶轮。

本实施方式还包括两个支撑杆11，每个支撑杆的一端与车体1外侧中部连接，每个支撑杆的另一端与转向机构7连接。

本实施方式将足式机构、履带式机构、轮式机构三者组合为足履轮式复合行走装置，用于翻越机器人工作场所障碍物。该园区宠物粪便自动捡拾移动机器人通过视觉识别装置来找寻园区各个地方的宠物粪便，然后将视觉识别装置检测到的信息传递至控制装置，并通过控制装置控制足履轮式复合行走装置移动到宠物粪便处，再由控制装置控制捡拾机械臂机构将宠物粪便捡拾至储存装置，以减少环卫人员的工作强度，从而使园区更加整洁。

本实施方式的有透明有机玻璃防护罩3-1通过螺钉固定于所述车体1前上方，以实现所述视觉识别装置3内部防水、防尘的效果。

具体实施方式二：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的车体1包括上车体1-1、下车体1-2、两个车体侧护板1-3和两个橡胶垫1-4，上车体1-1和下车体1-2上下扣合连接形成车体本体，车体本体为长条形，两个车体侧护板1-3分别通过一个橡胶垫1-4安装车体本体长度方向的左右两侧。如此设置，能保证车体内部防水防尘效果，并且具有良好的车体拆卸性。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

本实施方式的车体设有橡胶垫1-4，便于实现车体1内部的防水和防尘的效果，从而保证车体1内的电气元件以及电机等构件的使用寿命。

本实施方式的车体1内部设置有开发板9-1和电机驱动器9-2，所述电机驱动器9-2与开发板9-1连接，且所述视觉识别装置3也与开发板9-1连接。

本实施方式的上车体1-1左侧设置有安放能源装置10的槽口，所述上车体1-1右上方设置有安放所述储存装置4的槽口，所述车体1前端设置有安放所述捡拾机械臂机构2的缺口；

本实施方式的下车体1-2后侧设置有用于放置所述开发板9-1和所述电机驱动器9-2的控制器支架9-3，所述控制器支架9-3通过螺栓和所述下车体1-2连接。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的捡拾机械臂2包括旋转轴2-6、电机支撑架2-4、第一电机d-1、夹具2-5、齿轮传动副、两个旋转臂2-2、两个轴承支撑架2-1和两个夹持机构2-3，两个旋转臂2-2相对设置并通过旋转轴2-6转动连接，且旋转轴2-6的两端分别穿过安装在下车体1-2上的两个轴承支撑架2-1，电机支撑架2-4安装在下车体1-2上，第一电机d-1安装在电机支撑架2-4上，第一电机d-1的输出轴与齿轮传动副中的小齿轮连接，齿轮传动副中的大齿轮安装在旋转轴2-6上，且齿轮传动副中的大齿轮与小齿轮啮合，两个夹持机构2-3分别安装在两个旋转臂2-2上，两个夹持机构2-3之间安装并控制夹具2-5的开合。如此设置，通过第一电机驱动齿轮传动副带动旋转臂进行转动，调整夹具的转动方向和转动角度，便于机器人边移动边捡拾，或机器人停留时，将粪便或垃圾进行捡拾，同时，本实施方式采用通过舵机来控制夹持机构转动的角度，进而控制夹具的张开角度，适用于不同大小的垃圾捡拾，使用更加灵活。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

本实施方式的旋转臂2-2在满足强度的前提时其结构设有孔洞，以降低园区宠物粪便捡拾机器人负重比。

具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的旋转臂2-2包括盘体2-2-1和连接杆2-2-2，连接杆2-2-2为“l”形杆，连接杆2-2-2的水平段与盘体2-2-1外沿固连并制成一体，且连接杆2-2-2的竖直段长度等于旋转臂2-2带动夹具2-5旋转到储存装置4的正上方。如此设置，本实施方式采用的“l”形的连接杆，便于夹具将捡拾到的粪便或垃圾向储存装置4进行运送，直接将粪便或垃圾进行收集。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的夹持机构2-3包括第一舵机d-1、第二舵机d-2和两个四杆机构2-3-1，第一舵机d-1和第二舵机d-2安装在连接杆2-2-2的竖直段上，两个四杆机构2-3-1的一端转动安装在第一舵机d-1和第二舵机d-2上，两个四杆机构2-3-1的另一端与夹具2-5的端部连接。如此设置，便于精确的控制夹具张开的角度，以及夹具张开的方式，使用灵活方便。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

本实施方式的夹持机构上设置有用于控制所述夹持机构夹紧/松开的第一舵机d-1和第二舵机d-2，所述第一舵机d-1和所述第二舵机d-2均与所述开发板9-1连接；同理所述车体1另一侧夹持机构设置有第三舵机d-3和第四舵机d-4，所述第三舵机d-3和所述第四舵机d-4均于所述开发板9-1连接。

具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的夹具2-5由上下扣合的两个夹具体组成，每个夹具体均为空心的半圆柱行壳体，两个半圆柱形壳体通过舵机和四杆机构的协同作用，实现开合。如此设置，便于安装和控制夹具体。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的储存装置4包括存储箱4-1、存储箱外环4-2、存储箱盖板4-3、检测装置4-4和第五舵机d-5，检测装置4-4安装在存储箱外环4-2的内侧壁上，第五舵机d-5安装在存储箱外环4-2的外侧壁上，存储箱外环4-2安装在存储箱4-1内，存储箱盖板4-3盖装在存储箱4-1上，且第五舵机d-5的输出轴与存储箱盖板4-3连接。如此设置，本实施方式的存储箱4-1能够可拆卸的安装在车体1上，便于工作人员将垃圾或粪便进行倒掉，操作方便，而且本实施方式通过第五舵机d-5在夹具转到正上方时，就将存储箱盖板4-3打开，实现垃圾或粪便的顺利倾倒。其它组成和连接关系与具体实施方式一至六中任意一项相同。

本实施方式的储存箱4-1与所述上车体1-1没有硬性连接采用内套的方式，以便于所述储存箱4-1的清洗、消毒；所述储存箱外环4-2设置有与所述储存箱4-1等厚的槽口，所述储存箱外环4-2套合在所述储存箱4-1顶面；所述储存箱4-1可外套一次性垃圾袋，所述储存箱外环4-2用于固定一次性垃圾袋，以便于宠物粪便的倾倒；所述储存箱外环4-2左右两侧设置有方便提拉所述储存箱外环4-2的把手。

本实施方式的储存箱盖板4-3上设置有控制所述储存箱盖板4-3水平旋转的第五舵机d-5，所述第五舵机d-5与所述开发板9-1连接；

本实施方式的所述储存箱外环4-2背对与所述捡拾机械臂机构2一端设置有安装所述第五舵机d-5的槽口，所述储存箱盖板4-3通过所述第五舵机d-5铰接在所述储存箱外环4-2上，所述储存箱盖板4-3用于防止所述储存箱4-1内的粪便散发异味。

本实施方式的储存箱4-1的进口处设置有用于检测所述储存箱4-1的检测装置4-4，所述检测装置4-4作用以判断所述储存箱4-1的容积状态。

具体实施方式八：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式的足式机构5包括两个对称的足式单元，每个足式单元包括电机架5-1、轴承架5-2、传动部5-3、前摆臂5-4、后摆臂5-5、第四电机传动轴z-1、第二电机d-2和第三电机d-3，电机架5-1安装在下车体1-2上，第二电机d-2和第三电机d-3安装在电机架5-1上，第二电机d-2和第三电机d-3的输出轴通过轴承架5-2与传动部5-3连接，前摆臂5-4的一端与后摆臂5-5的一端相交并转动连接，后摆臂5-5的另一端与履带式机构6连接，第四电机传动轴z-1的输出轴与履带式机构6连接，前摆臂5-4的另一端与转向机构7连接；后摆臂5-5沿其长度方向上开设有平面5-5-1。如此设置，能保障机器人具有良好的越障性能，实现多场景的工作。其它组成和连接关系与具体实施方式一至七中任意一项相同。

具体实施方式九：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式的传动部5-3包括前摆臂输出轴5-3-1、前摆臂传动小齿轮5-3-2、前摆臂传动大齿轮5-3-3、轴承径向定位环5-3-4、滚针轴承定位环5-3-5、第一前摆臂传动大齿轮定位环5-3-6、第二前摆臂传动大齿轮定位环5-3-7、轴承套筒5-3-8和后摆臂输出轴5-3-9，前摆臂输出轴5-3-1和后摆臂输出轴5-3-9分别与第二电机d-2和第三电机d-3的输出轴连接，前摆臂传动小齿轮5-3-2和前摆臂传动大齿轮5-3-3分别套装在前摆臂输出轴5-3-1和后摆臂输出轴5-3-9上，且前摆臂传动小齿轮5-3-2和前摆臂传动大齿轮5-3-3相互啮合，轴承径向定位环5-3-4和轴承套筒5-3-8套装在前摆臂传动大齿轮5-3-3与后摆臂输出轴5-3-9之间，第一前摆臂传动大齿轮定位环5-3-6和第二前摆臂传动大齿轮定位环5-3-7套装在轴承套筒5-3-8的外侧壁上，滚针轴承定位环5-3-5套装在轴承径向定位环5-3-4与前摆臂传动大齿轮5-3-3之间。其它组成和连接关系与具体实施方式一至八中任意一项相同。

本实施方式的电机架上设置有为所述前摆臂输出轴和后摆臂输出轴提供垂直旋转驱动力的第二电机d-2和第三电机d-3，所述第二电机d-2和所述第三电机d-3均与所述电机驱动器9-2连接；所述轴承架左侧设置有第一轴承c-1，右侧设置有第二轴承c-2和第三轴承c-3；所述前摆臂输出轴5-3-1放置于所述轴承架5-2左侧内部，所述前摆臂传动小齿轮5-3-2与所述前摆臂输出轴5-3-1第四台阶轴面连接，且为保证所述前摆臂传动小齿轮5-3-2径向定位精度所述前摆臂输出轴5-3-1前端设置有定位螺母，所述定位螺母与所述前摆臂输出轴5-3-1前端螺纹面连接；所述第二轴承c-2和第三轴承c-3之间设置有所述轴承径向定位环5-3-4，以保证所述第二轴承c-2和第三轴承c-3在所述轴承架5-2内部的安装定位精度；所述轴承架5-2和所述前摆臂传动大齿轮5-3-3之间设置有滚针轴承c-6，以实现所述前摆臂传动大齿轮5-3-3围绕所述轴承架5-2右侧旋转；所述轴承套筒5-3-8两端分别设置有第四轴承c-4和第五轴承c-4，所述轴承套筒5-3-8设置于所述后摆臂输出轴5-3-9上，并与所述前摆臂5-4一侧孔连接；所述后摆臂输出轴5-3-8末端方形面与所述后摆臂5-5一侧方形孔连接，并在所述后摆臂输出轴5-3-8与所述后摆臂5-5配合端设置螺栓连接，以保证所述后摆臂5-5的径向安装精度；所述后摆臂5-5一端放置第四电机的槽口，所述第四电机与所述后摆臂5-5通过螺钉连接，所述履带机构6可围绕所述后摆臂5-5一端360度旋转运动，机器人在跨域障碍时，所述履带机构6作为所述足式机构5的下足；所述履带机构6和所述后摆臂5-5通过第四电机传动轴z-1连接；所述第四电机传动轴z-1一端设置有用于固定所述履带机构6的螺纹孔。

具体实施方式十：结合图1和图6说明本实施方式，本实施方式的履带式机构6包括履带6-1、履带主动轮6-2、两个履带支撑架6-3、履带从动轮6-4、第四电机d-4、第四电机传动轴z-1、第五电机d-5和第五电机传动轴z-2，第四电机d-4安装在履带主动轮6-2的侧壁上，第四电机传动轴z-1转动穿设在履带主动轮6-2，第四电机d-4的输出轴与第四电机传动轴z-1连接，第五电机d-5安装在履带从动轮6-4的侧端面上，第五电机d-5的输出轴转动安装在履带从动轮6-4上，履带主动轮6-2和履带从动轮6-4之间通过履带6-1连接，两个履带支撑架6-3分别安装在履带主动轮6-2和履带从动轮6-4的外侧。其它组成和连接关系与具体实施方式一至九中任意一项相同。

本实施方式的履带支撑架6-3一端设置有放置第五电机d-5的槽口，所述履带支撑架6-3与所述履带主动轮6-2通过第五电机传动轴z-2连接；所述第五电机传动轴z-2一端设置有用于固定所述履带支撑架6-3的螺纹孔；履带机构6通过所述后摆臂5-4的垂直旋转运动实现所述履带机构6的升高/降低；履带主动轮6-2和所述履带从动轮6-4在满足强度的前提时其结构设有孔洞，以降低自身质量，提高园区宠物粪便捡拾机器人负重比。

所述车体侧护板和1-3所述转向机构7之间设置有支撑杆11，所述支撑杆11两端方别通过螺栓与所述车体侧护板1-3和所述转向机构7连接，所述支撑杆11、所述前摆臂5-4、所述车体侧护板1-3和所述转向机构7形成四连杆运动；

所述轮式机构8通过四连杆运动方式，有所述前摆臂5-4提供动力，以实现所述轮式机构8的升高/降低；

所述车体1通过所述前摆臂5-4和所述后摆臂5-5的垂直旋转运动实现所述车体1底盘的升高/降低。

结合图1至图6说明本发明的工作原理：

捡拾过程：机器人通过视觉识别装置3发现机器人工作环境内的宠物粪便，通过捡拾机械臂2的旋转运动确定粪便的大体位置，通过夹具的开合运动捡拾粪便，存储装置4打开盖板，机器人将粪便丢入其中。

越障过程：通过轮履腿式复合行走机构，足式机构改变机器人底盘高度，提高机器人跨越沟渠的能力，足式机构和转向机构组合，提升机器人的换向效率；足式机构与履带机构组合，形成二关节自由度的越障机械臂。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

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