一种垃圾转运装备机械爪定位控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种垃圾转运装备机械爪定位控制系统，包括相互连接的定位单元和控制单元，在定位单元中，定位处理器从单目鱼眼相机采集的垃圾桶位置图像中获取垃圾桶的像素坐标，并根据垃圾桶的像素坐标以及单点超声波雷达测量的机械爪与垃圾桶之间的横向距离，得到垃圾桶的位置数据；在控制单元中，机械固连模块连接至机械爪，电液控制模块与定位处理器连接，电液控制模块用于控制定位处理器的启动或关闭；并根据垃圾桶和机械爪的位置数据，得到机械爪的纵向控制位移，结合实时检测的机械爪纵向位移量，以控制机械爪进行纵向移动。与现有技术相比，本发明专利技术能够准确获取垃圾桶的位置信息，并能对机械爪进行纵向位移精准控制，从而提高垃圾桶抓取效率。

【技术实现步骤摘要】
一种垃圾转运装备机械爪定位控制系统
本专利技术涉及智能环卫车
，尤其是涉及一种垃圾转运装备机械爪定位控制系统。
技术介绍
应对城市中产生的大量生活垃圾和工业垃圾，目前我国主要采用集中焚烧、深埋地下或者是堆积成可用肥料等方法来进行垃圾处理，在处理垃圾之前，往往需要将城乡居民区、社区等地方的垃圾收集后再通过环卫车转运到垃圾中转站。为保证垃圾的可靠收集，大部分的环卫车上会配置有垃圾桶自动装卸机构，这种环卫车被称之为自装卸式环卫车或挂桶式环卫车)，其具有以下缺点：一是需要人工配合将垃圾桶放置于挂桶支架上，才能够自动完成提升、倾倒和放下的功能，并且之后还需人工配合将垃圾桶取下放回原位；二是需要行车配合，驾驶员在停靠车辆时，需要人为自主判断车辆与垃圾桶之间在纵向和横向的距离均应处于一定范围内。由此可知，普通自装卸式环卫车的工作效率较低且较为费力。中国专利CN110589312A提出一种环保型机器手作业设备，用于实现控制机器手将垃圾桶自动倾倒入车厢内。该结构虽然可以控制机械爪在车辆的纵向方向与横向方向上的移动，进而对垃圾桶实现抓取，但是垃圾桶的定位是通过摄像头的电子影像辅助、由操作人员实现视觉捕捉与图像采集，因此，垃圾桶的抓取效率并不能得到可靠提高。中国专利CN110775491A提出一种智能挂桶式自装卸垃圾车，用于实现机械爪自动定位捕捉垃圾桶，并将垃圾桶自动倾倒入车厢内。其利用红外传感器和摄像头识别垃圾桶的三维位置，进而控制四个机械臂和一个机械爪，实现抓取、提升和翻转垃圾桶。但其存在以下一些缺点：一是摒弃了传统自装卸式环卫车上的提升翻转机构，代替为四个机械臂联结的结构方式，整体装备质量大，传动过程能量损失大，因此成本较高，且可靠性和安全性均存在很大问题；二是采用了在四个机械臂上装GPS定位器的方式，控制器根据GPS定位器所获得的位置信息分别控制四个机械臂，不仅控制方式复杂，而且GPS定位器定位精度达不到厘米级别，因此存在控制精度不够的严重问题，此外，定位器价格昂贵，也会导致整体装备成本的增加；三是其在机械爪上安装有一个摄像头和一个红外传感器，利用红外传感器检测垃圾桶与机械爪的横向距离、摄像头采集垃圾桶图像，控制器根据摄像头所获取的图像识别垃圾桶，并根据识别结果确定垃圾桶的位置，虽然红外传感器能精确地定位垃圾桶的横向位置，但是在定位垃圾桶的纵向位置上，仅一个平视摄像头用于目标检测，其检测精度低，若机械爪工作时有多个垃圾桶并排紧挨在一起时，将需要更高的纵向位置定位精度。
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垃圾转运装备机械爪定位控制系统，以对机械爪的纵向位置进行精准定位及控制，提高垃圾桶抓取效率，同时降低装备成本。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种垃圾转运装备机械爪定位控制系统，包括相互连接的定位单元和控制单元，所述定位单元包括分别与定位处理器连接的单目鱼眼相机和单点超声波雷达，所述单目鱼眼相机用于检测垃圾桶位置图像，所述单点超声波雷达用于实时测量机械爪与垃圾桶之间的横向距离，所述定位处理器从垃圾桶位置图像中获取垃圾桶的像素坐标，并根据垃圾桶的像素坐标以及机械爪与垃圾桶之间的横向距离，得到垃圾桶的纵向位置数据和横向位置数据；所述控制单元包括相互连接的电液控制模块和机械固连模块，所述机械固连模块连接至机械爪，所述电液控制模块还与定位处理器连接，所述电液控制模块用于输出启动或关闭信号给定位处理器；用于实时检测机械爪的纵向位移量；并根据垃圾桶的纵向位置数据以及机械爪自身的位置数据，得到机械爪的纵向控制位移，以控制机械爪进行纵向移动。进一步地，所述电液控制模块包括纵向调整液压缸以及与PLC控制器连接的位移检测装置，所述PLC控制器与定位处理器连接，所述纵向调整液压缸依次连接有比例方向阀和齿轮泵，所述比例方向阀与PLC控制器连接，所述齿轮泵连接至环卫车的发动机，所述PLC控制器用于输出启动或关闭信号给定位处理器；根据垃圾桶的纵向位置数据以及机械爪自身的位置数据，得到机械爪的纵向控制位移，以此控制比例方向阀的开启、控制纵向调整液压缸的活塞杆位移；结合位移检测装置检测的机械爪纵向位移量以及机械爪的纵向控制位移，若机械爪纵向位移量等于纵向控制位移，则控制比例方向阀关闭。进一步地，所述机械固连模块包括背板、液压缸安装架和前支架，所述背板与侧装提升机构相连接，所述液压缸安装架固定焊接在背板的底部，所述液压缸安装架用于安装纵向调整液压缸，所述背板上设置有导轨，所述前支架可纵向移动地安装在导轨上，所述前支架与机械爪连接，所述前支架与纵向调整液压缸的活塞杆头连接。进一步地，所述机械爪包括左弧形爪、右弧形爪、齿条轴、双作用液压缸和前端盖板，所述双作用液压缸用于驱动左、右弧形爪发生转动，所述前端盖板与前支架之间形成用于容纳双作用液压缸的空间，所述左、右弧形爪与前端盖板之间分别连接有左弹性带和右弹性带。进一步地，所述左、右弧形爪通过外六角螺栓固定安装在前支架上，所述纵向调整液压缸的活塞杆通过螺栓和螺母与前支架连接。进一步地，所述导轨上套设有无油轴承座，所述前支架与无油轴承座固定连接。进一步地，所述背板通过链传动销连接至提升机构的链条的某一链节上，所述背板还通过T型槽轮与提升机构的提升导轨组成接触副，当侧装提升机构提升时，将带动背板沿提升导轨提升。进一步地，所述前支架的底部设置有铁盒，所述单目鱼眼相机和单点超声波雷达均安装在铁盒内，所述单目鱼眼相机的镜头平视于垃圾桶。进一步地，所述位移检测装置包括同步带轮、同步带以及增量式旋转编码器，所述同步带轮和同步带用于将纵向调整液压缸的活塞杆直线位移换为同步带轮的旋转角，所述增量式旋转编码器用于将同步带轮的旋转角转换为对应的位移量，即为机械爪纵向位移量。进一步地，定位处理器内部集成有CAN卡，所述定位处理器通过CAN卡将垃圾桶的纵向位置数据传输给电液控制模块，以及接收来自电液控制模块的启动或关闭信号。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、本专利技术结合现有的垃圾转运设备机械爪，通过设置定位单元和控制单元，利用定位单元获取待抓取垃圾桶的精准纵向位置，利用控制单元对机械爪的纵向位移进行精准控制，其中，定位单元采用单目鱼眼相机和单点超声波雷达，结合定位处理器，能够精确地获取垃圾桶的位置数据，且成本低廉，控制单元包括电液控制模块和机械固连模块，电液控制模块采用位移检测装置、PLC控制器以及纵向调整液压缸，能够精准控制纵向调整液压缸的活塞杆位移，机械固连模块通过设置在导轨上可纵向移动的前支架，并利用前支架与纵向调整液压缸的活塞杆头连接、利用前支架作为左右弧形爪的基座，使得左右弧形爪能够随纵向调整液压缸活塞杆的运动而发生纵向移动，保证了机械爪纵向位移控制的可靠性。二、本专利技术采用同步带、同步带轮结合增量式旋转编码器的方式构建位移检测装置，通过将纵向调整液压缸活塞杆的纵向线位移转换为同步带轮的旋转角，再利用增量式旋转编码器将旋转角转化为对应的位移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垃圾转运装备机械爪定位控制系统，其特征在于，包括相互连接的定位单元和控制单元，所述定位单元包括分别与定位处理器连接的单目鱼眼相机和单点超声波雷达，所述单目鱼眼相机用于检测垃圾桶位置图像，所述单点超声波雷达用于实时测量机械爪与垃圾桶之间的横向距离，所述定位处理器从垃圾桶位置图像中获取垃圾桶的像素坐标，并根据垃圾桶的像素坐标以及机械爪与垃圾桶之间的横向距离，得到垃圾桶的纵向位置数据和横向位置数据；/n所述控制单元包括相互连接的电液控制模块和机械固连模块，所述机械固连模块连接至机械爪，所述电液控制模块还与定位处理器连接，所述电液控制模块用于输出启动或关闭信号给定位处理器；/n用于实时检测机械爪的纵向位移量；/n并根据垃圾桶的纵向位置数据以及机械爪自身的位置数据，得到机械爪的纵向控制位移，以控制机械爪进行纵向移动。/n

【技术特征摘要】
1.一种垃圾转运装备机械爪定位控制系统，其特征在于，包括相互连接的定位单元和控制单元，所述定位单元包括分别与定位处理器连接的单目鱼眼相机和单点超声波雷达，所述单目鱼眼相机用于检测垃圾桶位置图像，所述单点超声波雷达用于实时测量机械爪与垃圾桶之间的横向距离，所述定位处理器从垃圾桶位置图像中获取垃圾桶的像素坐标，并根据垃圾桶的像素坐标以及机械爪与垃圾桶之间的横向距离，得到垃圾桶的纵向位置数据和横向位置数据；
所述控制单元包括相互连接的电液控制模块和机械固连模块，所述机械固连模块连接至机械爪，所述电液控制模块还与定位处理器连接，所述电液控制模块用于输出启动或关闭信号给定位处理器；
用于实时检测机械爪的纵向位移量；
并根据垃圾桶的纵向位置数据以及机械爪自身的位置数据，得到机械爪的纵向控制位移，以控制机械爪进行纵向移动。


2.根据权利要求1所述的一种垃圾转运装备机械爪定位控制系统，其特征在于，所述电液控制模块包括纵向调整液压缸(9)以及与PLC控制器连接的位移检测装置，所述PLC控制器与定位处理器连接，所述纵向调整液压缸(9)依次连接有比例方向阀和齿轮泵，所述比例方向阀与PLC控制器连接，所述齿轮泵连接至环卫车的发动机，所述PLC控制器用于输出启动或关闭信号给定位处理器；
根据垃圾桶的纵向位置数据以及机械爪自身的位置数据，得到机械爪的纵向控制位移，以此控制比例方向阀的开启、控制纵向调整液压缸(9)的活塞杆位移；
结合位移检测装置检测的机械爪纵向位移量以及机械爪的纵向控制位移，若机械爪纵向位移量等于纵向控制位移，则控制比例方向阀关闭。


3.根据权利要求1所述的一种垃圾转运装备机械爪定位控制系统，其特征在于，所述机械固连模块包括背板(2)、液压缸安装架(8)和前支架(3)，所述背板(2)与侧装提升机构相连接，所述液压缸安装架(8)固定焊接在背板(2)的底部，所述液压缸安装架(8)用于安装纵向调整液压缸(9)，所述背板(2)上设置有导轨(6)，所述前支架(3)可纵向移动地安装在导轨(6)上，所述前支架(3)与机械爪连接，所述前支架(3)与纵向调整液压缸(9)的活塞杆头连接。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈辛波，钟健，张戟，王建昌，陈嘉伟，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31