一种用于垃圾自动分拣、运输及投放的机器人的制作方法

本发明属于环保设备技术领域，具体涉及一种用于垃圾自动分拣、运输及投放的机器人。

背景技术：

近年来，国内经济迅速发展，人民的生活水平不断提高，不可避免的造成生活垃圾的排放增加，对环境的破坏也日渐增大，尤其是在一些人口密集的地方，每天都会产生大量的日常垃圾，垃圾分类是解决垃圾产量激增和处理效率低等问题的重要途径，垃圾分类收集后的清运环节目前仍然是以人力作业为主，据统计我国目前环卫工人中近60％超过50岁，存在劳动力短缺、老龄化严重、效率低下等诸多问题。

现有的垃圾处理设备主要有两种类型，一种是能够进行垃圾分类的智能垃圾桶，另一种是由机械臂和传送带组成的垃圾分拣工作站。对于将垃圾的捡取、分类集成、运输及投放的机器人的研究还不够完善，虽然中国专利cn208914092u公开了一种智能垃圾分拣机器人，该机器人可以进行垃圾识别、分类存储，但不能进行垃圾的投放，所以垃圾投放还是需要工作人员完成，没有形成一套独立的结构体系。因此，需要一种结构简单、自动化程度高的垃圾分拣清运机器人，能够自主规划路径进行巡逻，识别垃圾，分类存储，运输及投放。

技术实现要素：

本发明为了解决现阶段垃圾分拣机器人存在的问题，提供一种用于垃圾自动分拣、运输及投放的机器人，以改善现在公共场所的环境卫生，提高环卫工人的工作环境，同时也节约劳动力，结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

本发明包括五轴机械臂1、四轮全向移动底盘2、二维升降结构3、左垃圾斗4、右垃圾斗5和充电桩6，所述五轴机械臂1安装在所述四轮全向移动底盘2的前端隔板203上，所述二维升降结构3通过螺栓固定在所述四轮全向移动底盘2的中部，所述左垃圾斗4安装在所述二维升降结构3的左副滑块308上，所述右垃圾斗5安装在所述二维升降结构3的右副滑块309上。

所述二维升降结构3为左右对称式结构，还包括主导轨301、左主滑块302、右主滑块303、左主电机304、右主电机305、左副导轨306、右副导轨307、左副电机310、右副电机311、左主丝杆312、右主丝杆313、左副丝杆314、右副丝杆315，其中，所述主导轨301、所述左副导轨306和所述右副导轨307为双光轴丝杆直线导轨，所述左主滑块滑块302和右主滑块303与所述主导轨301相适配，所述左副导轨306安装在所述左主滑块302上，所述右副导轨307安装在所述右主滑块303上，所述左副滑块308与所述左副导轨306相适配，所述右副滑块309与所述右副导轨307相适配，所述左主电机304通过所述左主丝杆312与所述左主滑块302连接，所述右主电机305通过所述右主丝杆313与所述右主滑块303连接，所述左副电机310通过所述左副丝杆314与所述左副滑块308连接，所述右副电机311通过所述右副丝杆315与所述右副滑块309连接。

所述左垃圾斗4由左箱体401、左上盖402、左传送带403、左后盖404、左上盖舵机405、左激光传感器406、左后盖舵机407组成；通过所述左上盖舵机405将所述左箱体401和所述左上盖402相连接并完成开关所述左上盖402的动作，所述左激光传感器406安装在所述左箱体401的内部上端，所述左传送带403安装在所述左箱体401的底部，通过所述左后盖舵机407)将所述左箱体401和所述左后盖404相连接并完成开关所述左后盖404的动作。

所述右垃圾斗5由右箱体501、右上盖502、右传送带503、右后盖504、右上盖舵机505、右激光传感器506、右后盖舵机507组成；通过所述右上盖舵机505将所述右箱体501和所述右上盖502相连接并完成开关所述右上盖502的动作，所述右激光传感器506安装在所述右箱体501的内部上端，所述右传送带503安装在所述右箱体501的底部，通过所述右后盖舵机507)将所述右箱体501和所述右后盖504相连接并完成开关所述右后盖504的动作。

所述四轮全向移动底盘2的前端设置了所述前端隔板203，在所述前端隔板203上设有可供所述五轴机械臂1置入的固定槽，在所述前端隔板203的下面且在底盘205的前端安装有激光雷达204，在所述底盘205的上面中间位置设有供所述二维升降结构3置入的固定槽，在所述底盘205的后面安装了usb摄像头201，在所述底盘205的后端下面安装有充电接触片202。

所述充电桩6的下端安装有与所述充电接触片202对应的充电头601，二维码张贴处602位于所述充电桩6的正前面中间位置。

所述五轴机械臂1的末端执行机构为真空吸取装置101，左摄像头102和右摄像头103安装在固定板104上，所述固定板104通过连接架105固定在所述五轴机械臂1的末端。

在所述底盘205的内部，从前到后从左到右依次为机械臂电机驱动210、气泵驱动211、机械臂处理器207、主处理器206、垃圾斗电机驱动213、垃圾斗舵机驱动214、底盘处理器208、传送带驱动215、垃圾斗处理器209、底盘电机驱动212和电源216；

所述激光雷达204、所述usb摄像头201、所述左摄像头102和所述右摄像头103分别与所述主处理器206相连；

所述机械臂处理器207与所述主处理器206相连，所述机械臂电机驱动210、所述气泵驱动211分别与所述机械臂处理器207相连，所述机械臂电机驱动210的输出端与机械臂电机相连，所述气泵驱动211的输出端与气泵电机相连；

所述底盘处理器208与所述主处理器206相连，所述底盘电机驱动212与所述底盘处理器208相连，所述底盘电机驱动212的输出端与底盘电机相连；

所述垃圾斗处理器209与所述主处理器206相连，所述左激光传感器406、所述右激光传感器506分别与所述垃圾斗处理器209相连，所述垃圾斗电机驱动213、所述垃圾斗舵机驱动214、所述传送带驱动215分别与所述垃圾斗处理器209相连，所述垃圾斗电机驱动213的输出端与所述二维升降结构3的电机相连，所述垃圾斗舵机驱动214的输出端与所述左垃圾斗4、所述右垃圾斗5的舵机相连，所述传送带驱动215的输出端与传送带电机相连；

所述电源216通过分压电路分别与所述五轴机械臂1、所述四轮全向移动底盘2、所述二维升降结构3、所述左垃圾斗4、所述右垃圾斗5的电机驱动和电机相连，以及与所述激光雷达204、所述usb摄像头201、所述左摄像头102和所述右摄像头103相连，并提供电能。

本发明的工作原理是，使用较为成熟的slam算法，利用所述激光雷达204对工作场景扫描，将扫描信息传输到所述主处理器206，进行建立地图；建图完成后，在所述主处理器206内进行全局路径规划，然后结合所述激光雷达204的实时扫描信息进行本地路径规划，输出控制指令给所述底盘处理器208，经所述底盘处理器208分析后，输出控制信号给所述底盘电机驱动212，通过所述底盘电机驱动212控制底盘电机运行，使机器人行走；机器人在行走过程中，所述五轴机械臂1末端的所述左摄像头102和所述右摄像头103进行图像实时采集，并将图像传输到所述主处理器206，进行图像分析和处理，一旦检测到垃圾，所述主处理器206将控制指令发送给所述底盘处理器208，控制机器人停止行走，此时对垃圾进行识别分类，利用所述左摄像头102和所述右摄像头103拍摄图像的视图差进行垃圾的三维空间定位，将数据传送给所述机械臂处理器207，对垃圾的位置信息进行分析并处理，通过所述机械臂电机驱动210控制机械臂上的各个电机运行到目标位置，通过所述气泵驱动211控制气泵吸取垃圾，并结合垃圾的类别信息，所述主处理器206发送控制指令给垃圾斗处理器209，解析指令，将控制信号发送给所述垃圾斗舵机驱动214，打开对应垃圾斗上盖，机械臂将拾取的垃圾放到垃圾斗中，关闭垃圾斗上盖，然后机器人继续行走，识别到垃圾后重复此步骤；垃圾斗内部上端的激光传感器用来监测垃圾是否装满，将监测信息传送给所述垃圾斗处理器209，当监测到有垃圾斗装满垃圾时，所述垃圾斗处理器209将监测信息发送给所述主处理器206，所述主处理器206将控制指令发送给所述底盘处理器208控制机器人运行到垃圾桶或垃圾处理中心，到达目的地后，所述主处理器206发送控制指令给垃圾斗处理器209，解析指令，将控制信号发送给所述垃圾斗电机驱动213、所述垃圾斗舵机驱动214和所述传送带驱动215，控制机器人的所述二维升降结构3运动到相应位置，控制垃圾斗舵机运动以打开对应垃圾斗后盖，控制传送带运转，实现垃圾的投放，投放完成后机器人继续行走进行垃圾的检测；当机器人处于低电压状态时，所述主处理器206将控制指令发送给所述底盘处理器208控制机器人运行到充电桩前30厘米处，此时，所述四轮全向移动底盘2的所述usb摄像头201可以识别到张贴在所述充电桩6上的二维码，进而可以确定机器人与充电桩之间的位置关系，然后通过pid调节车体相对于二维码的位置，实现机器人与充电桩的精准对接，实现机器人自主充电。

本发明的有益效果是，本发明提供的一种用于垃圾自动分拣、运输及投放的机器人，集垃圾拾取、分类、运输、投放于一身，机器人能够实时对医院、批发市场、车站等公共场所的垃圾进行巡检，识别分类，运输及投放，无需清洁工人们每天定时清扫，降低了人员之间的交叉感染风险，有效抗疫；机器人中的二维升降垃圾斗装置，可以直接与现有的户外垃圾桶配合使用，不需要订制专门的垃圾桶，可节省大量成本；机器人以二维激光雷达为主，视觉识别为辅的综合定位方案可以实现关键点毫米级定位，由此功能可实现机器人与垃圾桶、充电桩的精准对接。

附图说明

图1和图2为本发明结构示意图；

图3为本发明二维升降结构示意图；

图4和图5为本发明左垃圾斗结构示意图；

图6和图7为本发明右垃圾斗结构示意图；

图8和图9为本发明四轮全向移动底盘外部结构示意图；

图10为本发明充电桩结构示意图；

图11和图12为本发明机械臂末端结构示意图；

图13为本发明四轮全向移动底盘内部结构示意图；

图14为本发明电路控制示意图；

图15为本发明机械臂将垃圾放入右垃圾斗时的状态示意图；

图16和图17为本发明左垃圾斗向外投放垃圾时的状态示意图。

图中1.五轴机械臂、2.四轮全向移动底盘、3.二维升降结构、4.左垃圾斗、5.右垃圾斗、6.充电桩、101.真空吸取装置、102.左摄像头、103.右摄像头、104.固定板、105.连接架、201.usb摄像头、202.充电接触片、203.前端隔板、204.激光雷达、205.底盘、206.主处理器、207.机械臂处理器、208.底盘处理器、209.垃圾斗处理器、210.机械臂电机驱动、211.气泵驱动、212.底盘电机驱动、213.垃圾斗电机驱动、214.垃圾斗舵机驱动、215.传送带驱动、216.电源、301.主导轨、302.左主滑块、303.右主滑块、304.左主电机、305右主电机、306.左副导轨、307.右副导轨、308.左副滑块、309.右副滑块、310.左副电机、311.右副电机、312.左主丝杆、313.右主丝杆、314.左副丝杆、315.右副丝杆、401.左箱体、402.左上盖、403.左传送带、404.左后盖、405.左上盖舵机、406.左激光传感器、407.左后盖舵机、501.右箱体、502.右上盖、503.右传送带、504.右后盖、505.右上盖舵机、506.右激光传感器、507.右后盖舵机、601.充电头、602.二维码张贴处。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1-17，本发明提供以下技术方案：一种用于垃圾自动分拣、运输及投放的机器人，包括五轴机械臂1、四轮全向移动底盘2、二维升降结构3、左垃圾斗4、右垃圾斗5和充电桩6，所述五轴机械臂1安装在所述四轮全向移动底盘2的前端隔板203上，所述二维升降结构3通过螺栓固定在所述四轮全向移动底盘2的后端，所述左垃圾斗4安装在所述二维升降结构3的左副滑块308上，所述右垃圾斗5安装在所述二维升降结构3的右副滑块309上。

所述二维升降结构3为左右对称式结构，还包括主导轨301、左主滑块302、右主滑块303、左主电机304、右主电机305、左副导轨306、右副导轨307、左副电机310、右副电机311、左主丝杆312、右主丝杆313、左副丝杆314、右副丝杆315，其中，所述主导轨301、所述左副导轨306和所述右副导轨307为双光轴丝杆直线导轨，所述左主滑块滑块302和右主滑块303与所述主导轨301相适配，所述左副导轨306安装在所述左主滑块302上，所述右副导轨307安装在所述右主滑块303上，所述左副滑块308与所述左副导轨306相适配，所述右副滑块309与所述右副导轨307相适配，所述左主电机304通过所述左主丝杆312与所述左主滑块302连接，所述右主电机305通过所述右主丝杆313与所述右主滑块303连接，所述左副电机310通过所述左副丝杆314与所述左副滑块308连接，所述右副电机311通过所述右副丝杆315与所述右副滑块309连接。

所述左垃圾斗4由左箱体401、左上盖402、左传送带403、左后盖404、左上盖舵机405、左激光传感器406、左后盖舵机407组成；通过所述左上盖舵机405将所述左箱体401和所述左上盖402相连接并完成开关所述左上盖402的动作，所述左激光传感器406安装在所述左箱体401的内部上端，所述左传送带403安装在所述左箱体401的底部，通过所述左后盖舵机407)将所述左箱体401和所述左后盖404相连接并完成开关所述左后盖404的动作。

所述右垃圾斗5由右箱体501、右上盖502、右传送带503、右后盖504、右上盖舵机505、右激光传感器506、右后盖舵机507组成；通过所述右上盖舵机505将所述右箱体501和所述右上盖502相连接并完成开关所述右上盖502的动作，所述右激光传感器506安装在所述右箱体501的内部上端，所述右传送带503安装在所述右箱体501的底部，通过所述右后盖舵机507)将所述右箱体501和所述右后盖504相连接并完成开关所述右后盖504的动作。

所述四轮全向移动底盘2的前端设置了所述前端隔板203，在所述前端隔板203上设有可供所述五轴机械臂1置入的固定槽，在所述前端隔板203的下面且在底盘205的前端安装有激光雷达204，在所述底盘205的上面中间位置设有供所述二维升降结构3置入的固定槽，在所述底盘205的后面安装了usb摄像头201，在所述底盘205的后端下面安装有充电接触片202。

所述充电桩6的下端安装有与所述充电接触片202对应的充电头601，二维码张贴处602位于所述充电桩6的正前面中间位置。

所述五轴机械臂1的末端执行机构为真空吸取装置101，左摄像头102和右摄像头103安装在固定板104上，所述固定板104通过连接架105固定在所述五轴机械臂1的末端。

在所述底盘205的内部，从前到后从左到右依次为机械臂电机驱动210、气泵驱动211、机械臂处理器207、主处理器206、垃圾斗电机驱动213、垃圾斗舵机驱动214、底盘处理器208、传送带驱动215、垃圾斗处理器209、底盘电机驱动212和电源216；

所述激光雷达204、所述usb摄像头201、所述左摄像头102和所述右摄像头103分别与所述主处理器206相连；

所述机械臂处理器207与所述主处理器206相连，所述机械臂电机驱动210、所述气泵驱动211分别与所述机械臂处理器207相连，所述机械臂电机驱动210的输出端与机械臂电机相连，所述气泵驱动211的输出端与气泵电机相连；

所述底盘处理器208与所述主处理器206相连，所述底盘电机驱动212与所述底盘处理器208相连，所述底盘电机驱动212的输出端与底盘电机相连；

所述垃圾斗处理器209与所述主处理器206相连，所述左激光传感器406、所述右激光传感器506分别与所述垃圾斗处理器209相连，所述垃圾斗电机驱动213、所述垃圾斗舵机驱动214、所述传送带驱动215分别与所述垃圾斗处理器209相连，所述垃圾斗电机驱动213的输出端与所述二维升降结构3的电机相连，所述垃圾斗舵机驱动214的输出端与所述左垃圾斗4、所述右垃圾斗5的舵机相连，所述传送带驱动215的输出端与传送带电机相连；

所述电源216通过分压电路分别与所述五轴机械臂1、所述四轮全向移动底盘2、所述二维升降结构3、所述左垃圾斗4、所述右垃圾斗5的电机驱动和电机相连，以及与所述激光雷达204、所述usb摄像头201、所述左摄像头102和所述右摄像头103相连，并提供电能。

本发明的工作原理是，使用较为成熟的slam算法，利用所述激光雷达204对工作场景扫描，将扫描信息传输到所述主处理器206，进行建立地图；建图完成后，在所述主处理器206内进行全局路径规划，然后结合所述激光雷达204的实时扫描信息进行本地路径规划，输出控制指令给所述底盘处理器208，经所述底盘处理器208分析后，输出控制信号给所述底盘电机驱动212，通过所述底盘电机驱动212控制底盘电机运行，使机器人行走；机器人在行走过程中，所述五轴机械臂1末端的所述左摄像头102和所述右摄像头103进行图像实时采集，并将图像传输到所述主处理器206，进行图像分析和处理，一旦检测到垃圾，所述主处理器206将控制指令发送给所述底盘处理器208，控制机器人停止行走，此时对垃圾进行识别分类，利用所述左摄像头102和所述右摄像头103拍摄图像的视图差进行垃圾的三维空间定位，将数据传送给所述机械臂处理器207，对垃圾的位置信息进行分析并处理，通过所述机械臂电机驱动210控制机械臂上的各个电机运行到目标位置，通过所述气泵驱动211控制气泵吸取垃圾，并结合垃圾的类别信息，所述主处理器206发送控制指令给垃圾斗处理器209，解析指令，将控制信号发送给所述垃圾斗舵机驱动214，打开对应垃圾斗上盖，机械臂将拾取的垃圾放到垃圾斗中，如图15所示，将垃圾放入垃圾斗后关闭垃圾斗上盖，然后机器人继续行走，识别到垃圾后重复此步骤；垃圾斗内部上端的激光传感器用来监测垃圾是否装满，将监测信息传送给所述垃圾斗处理器209，当监测到有垃圾斗装满垃圾时，所述垃圾斗处理器209将监测信息发送给所述主处理器206，所述主处理器206将控制指令发送给所述底盘处理器208控制机器人运行到垃圾桶或垃圾处理中心，到达目的地后，所述主处理器206发送控制指令给垃圾斗处理器209，解析指令，将控制信号发送给所述垃圾斗电机驱动213、所述垃圾斗舵机驱动214和所述传送带驱动215，控制机器人的所述二维升降结构3运动到相应位置，控制垃圾斗舵机运动以打开对应垃圾斗后盖，控制传送带运转，实现垃圾的投放，如图16-17所示，投放完成后机器人继续行走进行垃圾的检测；当机器人处于低电压状态时，所述主处理器206将控制指令发送给所述底盘处理器208控制机器人运行到充电桩前30厘米处，此时，所述四轮全向移动底盘2的所述usb摄像头201可以识别到张贴在所述充电桩6上的二维码，进而可以确定机器人与充电桩之间的位置关系，然后通过pid调节车体相对于二维码的位置，实现机器人与充电桩的精准对接，实现机器人自主充电。

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