一种基于机器视觉的塑料瓶回收机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种基于机器视觉的塑料瓶回收机器人，该机器人包括：回收车体(11)，用于在待回收区域行走并容纳回收的塑料瓶；视觉识别机构，用于识别待回收区域的塑料瓶；夹取运送机构，用于夹取塑料瓶并运送至回收车体(11)中；所述的视觉识别机构和夹取运送机构均安装在回收车体(11)头部。与现有技术相比，本发明专利技术可以在相对比较复杂的现实环境中，准确的分辨出丢在地面的塑料瓶，并进行可靠回收，结构简单，稳定性高。

A plastic bottle recycling robot based on machine vision

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的塑料瓶回收机器人
本专利技术涉及一种机器人，尤其是涉及一种基于机器视觉的塑料瓶回收机器人。
技术介绍
塑料瓶作为食品包装在生活中被广泛使用，若废旧塑料瓶处理不得当，隨意丟弃势必会破坏环境，危害百姓健康。近年来，环境污染的问题越来越严重，国际社会对废弃塑料的回收再利用越来越重视。我国每年可回收利用而没有回收利用的再生资源价值高达300-350亿元，仅上海地区平均每天就要清运生活垃圾近7000吨，而纸、塑料等可回收资源占28％。如果全部填埋或焚烧，每年损失达6800万元。PET瓶是目前使用量最大的塑料品种之一，国家有关部门非常重视PET瓶的回收和再利用工作。废旧塑料瓶经过颜色筛检分类后，经过破碎、造粒、改性等流程变成不同颜色的塑料颗粒，成为可以再次利用的再生原料。目前我国塑料瓶回收分类主要依靠人工操作来完成，但是工作环境恶劣，不适合长时间工作，且人工操作效率低下。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于机器视觉的塑料瓶回收机器人。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于机器视觉的塑料瓶回收机器人，该机器人包括：回收车体：用于在待回收区域行走并容纳回收的塑料瓶；视觉识别机构：用于识别待回收区域的塑料瓶；夹取运送机构：用于夹取塑料瓶并运送至回收车体中；所述的视觉识别机构和夹取运送机构均安装在回收车体头部。所述的视觉识别机构包括摄像头，所述的摄像头通过垂直安装在回收车体头部的安装杆固定安装。所述的夹取运送机构包括夹取单元和翻转单元，所述的翻转单元固定在回收车体头部，所述的夹取单元固定在翻转单元上，所述的翻转单元相对于水平面可翻转运动。所述的夹取单元包括固定板、气缸、齿条、齿轮、夹臂和连杆，所述的固定板固定在翻转单元上，所述的夹臂设置两根并对称设置在固定板两侧，所述的夹臂一端分别通过连杆与固定板连接，夹臂另一端为夹取端，所述的固定板上设有与所述的夹臂对应的齿轮，所述的齿条设置在两个齿轮之间并分别与所述的齿轮啮合，所述的气缸连接所述的齿条。所述的夹臂的夹取端为齿形面，所述的齿形面为橡胶齿形面。所述的翻转单元包括翻转板和带动翻转板水平转动的舵机，所述的翻转板固定在回收车体头部边缘，翻转板与回收车体相接触的边形成翻转轴。所述的回收车体头部还设有照明单元，所述的照明单元包括照明灯，所述的照明灯通过垂直安装在回收车体头部的安装杆固定安装。该机器人的供电单元包括太阳能电池。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术机器人发现塑料瓶后将瓶子捡起进行回收，能够实现全天候的回收功能，摆脱了原有回收人员的流动性，而且也拥有极高的社会价值和环保意义；(2)本专利技术机器人通过视觉识别，可以在相对比较复杂的现实环境中，准确的分辨出丢在地面的塑料瓶，提高机器人的可靠性；(3)本专利技术夹取单元利用齿轮、齿条、连杆等部件进行动力的传输，结构简单，经济成本很低但传动效率很高，可以避免动力传递过程中的损耗，以提高整体的机械效率；(4)本专利技术能够有效利用太能资源，节能环保。附图说明图1为本专利技术基于机器视觉的塑料瓶回收机器人的整体结构示意图；图2为本专利技术基于机器视觉的塑料瓶回收机器人的俯视图；图3为本专利技术机器人夹取运送机构的机构示意图。图中，1为橡胶齿形面，2为夹臂，3为连杆，4为齿轮，5为齿条，6为照明灯，7为气缸，8为翻转板，9为摄像头，10为舵机，11为回收车体，12为电源及控制组件。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本专利技术并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本专利技术并不限定于以下的实施方式。实施例如图1～3所示，一种基于机器视觉的塑料瓶回收机器人，该机器人包括：回收车体11：用于在待回收区域行走并容纳回收的塑料瓶；视觉识别机构：用于识别待回收区域的塑料瓶；夹取运送机构：用于夹取塑料瓶并运送至回收车体11中；电源及控制组件12：用于供电及整个机器人的控制，其中供电部分包括太阳能电池；视觉识别机构和夹取运送机构均安装在回收车体11头部。视觉识别机构包括摄像头9，摄像头9通过垂直安装在回收车体11头部的安装杆固定安装。夹取运送机构包括夹取单元和翻转单元，翻转单元固定在回收车体11头部，夹取单元固定在翻转单元上，翻转单元相对于水平面可翻转运动。夹取单元包括固定板、气缸7、齿条5、齿轮4、夹臂2和连杆3，固定板固定在翻转单元上，夹臂2设置两根并对称设置在固定板两侧，夹臂2一端分别通过连杆3与固定板连接，夹臂2另一端为夹取端，固定板上设有与夹臂2对应的齿轮4，齿条5设置在两个齿轮4之间并分别与齿轮4啮合，气缸7连接齿条5。夹臂2的夹取端为齿形面，齿形面为橡胶齿形面1，橡胶齿形面1能够增大摩擦力，防止夹取过程中瓶子掉落。回收车体11头部还设有照明单元，照明单元包括照明灯6，照明灯6通过垂直安装在回收车体11头部的安装杆固定安装。该机器人白天停止工作，靠太阳能给电池充电，夜晚没有人的时候，机器人开始工作，照明单元负责照明，机器人在所负责的区域内巡逻，发现瓶子后将瓶子捡起进行回收，能够实现全天候的回收功能。本专利技术利用机器视觉技术和机器人技术，设计了一种基于机器视觉的塑料瓶回收机器人，该机器人采用太阳能电池提供动力，arduino单片机进行控制，通过视觉识别，可以在相对比较复杂的现实环境中，准确的分辨出丢在地面的塑料瓶，当到达合适抓取塑料瓶的位置时，单片机发出指令，舵机10调整角度，气缸7工作，通过齿轮4、齿条5、连杆3传递动力，完成塑料瓶的夹取动作，然后舵机10带动翻板旋转到合适位置，气缸7反向运动，完成回收动作，既节约资源，又保护环境，同时可以节省劳动力，减轻保洁员的劳动强度。本专利技术视觉识别部分采用YOLO网络来实现，YOLO网络将物体检测作为回归问题求解。基于一个单独的end-to-end网络，完成从原始图像的输入到物体位置和类别的输出。YOLO检测网络包括24个卷积层和2个全连接层。其中，卷积层用来提取图像特征，全连接层用来预测图像位置和类别概率值。采用了多个下采样层，网络学到的物体特征并不精细，因此也会影响检测效果。YOLO网络借鉴了GoogLeNet分类网络结构。YOLO未使用inceptionmodule，而是使用1x1卷积层(此处1x1卷积层的存在是为了跨通道信息整合)和3x3卷积层简单替代。YOLO将输入图像分成SxS个格子，每个格子负责检测“落入”该格子的物体。若某个物体的中心位置的坐标落入到某个格子，那么这个格子就负责检测出这个物体。YOLO模型训练分为两步：1)预训练。使用ImageNet1000类数据训练YOLO网络的前20个卷积层+1个average池化层+1个全连接层。训练图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的塑料瓶回收机器人，其特征在于，该机器人包括：/n回收车体(11)：用于在待回收区域行走并容纳回收的塑料瓶；/n视觉识别机构：用于识别待回收区域的塑料瓶；/n夹取运送机构：用于夹取塑料瓶并运送至回收车体(11)中；/n所述的视觉识别机构和夹取运送机构均安装在回收车体(11)头部。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的塑料瓶回收机器人，其特征在于，该机器人包括：
回收车体(11)：用于在待回收区域行走并容纳回收的塑料瓶；
视觉识别机构：用于识别待回收区域的塑料瓶；
夹取运送机构：用于夹取塑料瓶并运送至回收车体(11)中；
所述的视觉识别机构和夹取运送机构均安装在回收车体(11)头部。


2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的塑料瓶回收机器人，其特征在于，所述的视觉识别机构包括摄像头(9)，所述的摄像头(9)通过垂直安装在回收车体(11)头部的安装杆固定安装。


3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的塑料瓶回收机器人，其特征在于，所述的夹取运送机构包括夹取单元和翻转单元，所述的翻转单元固定在回收车体(11)头部，所述的夹取单元固定在翻转单元上，所述的翻转单元相对于水平面可翻转运动。


4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的塑料瓶回收机器人，其特征在于，所述的夹取单元包括固定板、气缸(7)、齿条(5)、齿轮(4)、夹臂(1)和连杆(3)，所述的固定板固定在翻转单元上，所述的夹臂(1)设置两根并对称设置在固定板两侧，所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王道累，柴萍萍，季沛，李超，孙嘉珺，张天宇，李敏，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31