一种光电智能垃圾分拣小车系统技术方案

本发明专利技术涉及一种光电智能垃圾分拣小车系统，属于垃圾分类及机械智能控制技术领域。包括传感器模块、信息处理模块、控制系统模块以及运动模块；传感器模块包括相机单元、IMU单元、激光雷达以及光电编码器；信息处理模块包括识别处理单元、回收识别单元以及卡尔曼滤波处理单元；控制系统模块包括任务规划子模块、底层驱动单元和通信单元；任务规划子模块包括垃圾识别定位单元、垃圾拾取判决单元和导航与路径规划单元；运动模块包括机械臂、运动底盘单元；传感器模块与信息处理模块相连，信息处理模块和控制系统模块相连，控制系统模块与运动模块相连。所述系统使用融合定位与导航，大大提高了定位精度，提高识别与夹取的精准度，且具备鲁棒性。且具备鲁棒性。且具备鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种光电智能垃圾分拣小车系统


[0001]本专利技术涉及一种光电智能垃圾分拣小车系统，属于垃圾分类及机械智能控制


技术介绍

[0002]按一定规定或标准将垃圾分类储存、投放和搬运，将垃圾转变成公共资源，提高垃圾的资源价值和经济价值，可以为国民经济提供了巨大经济、社会、生态效益。在城市中，垃圾主要分布在道路和小区内，这些区域直接和居民住行相关联，垃圾的识别检测显得非常重要。随着社会的不断进步和人民生活水平的日益提高，对生活环境的要求也越来越高，也对垃圾的处理技术提出了更高要求，目前垃圾分类是对垃圾处理提出的新要求，不同型号的垃圾分拣小车系统被广泛的使用到垃圾处理的各个领域。垃圾资源回收再利用的重要环节是将垃圾的拾取、装载、分离和分类，然后根据分离出来的垃圾按照其特性加以利用，现有的垃圾分类只是简单的依赖于人工，人工作业效率低且容易出错，无法满足城市垃圾资源化的高要求。
[0003]本专利技术提出了一种光电智能垃圾分拣小车系统，采用激光雷达与IMU作为主要传感器，利用2DSLAM进行地图构建与定位，最大化减小垃圾移动对于定位的影响，再结合IMU与光电编码器的信息，使用卡尔曼滤波进行多传感器的信息融合，以光电编码器与激光SLAM消除IMU的累积误差；通过深度神经网络对垃圾进行特征提取和识别并记录垃圾在相机坐标下的位置。小车具有结构简单、便于操作的优势，降低人力操作。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有垃圾分类小车存在操作繁琐、缺乏协作以及效率有待提高的技术现状，提出了一种光电智能垃圾分拣小车系统。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]所述光电智能垃圾分拣小车系统，包括传感器模块、信息处理模块、控制系统模块以及运动模块；
[0007]其中，传感器模块包括相机单元、IMU单元、激光雷达以及光电编码器；
[0008]信息处理模块包括识别处理单元、回收区识别单元以及卡尔曼滤波处理单元；
[0009]控制系统模块包括任务规划子模块、底层驱动单元和通信单元；
[0010]任务规划子模块包括垃圾识别定位单元、垃圾拾取判决单元和导航与路径规划单元；
[0011]运动模块包括机械臂、运动底盘单元；
[0012]所述光电智能垃圾分拣小车系统中各模块的连接如下：
[0013]传感器模块与信息处理模块相连，信息处理模块和控制系统模块相连，控制系统模块与运动模块相连。传感器模块与信息处理模块相连，具体为：传感器模块的相机单元与信息处理模块的识别处理单元和回收区识别单元相连；传感器的IMU单元、激光雷达、光电
编码器和信息处理模块的卡尔曼滤波单元相连；
[0014]信息处理模块和控制系统模块相连，具体为：信息处理模块的识别处理单元与控制系统模块的垃圾识别定位单元相连；回收区别单元与导航路径规划单元相连；卡尔曼滤波单元与导航路径规划单元和通信单元均相连；
[0015]其中，在控制系统模块内部的任务规划模块中，垃圾识别定位单元与夹取放置判决单元相连；导航路径规划单元与夹取放置判决单元相连；
[0016]同时，底层驱动单元与任务规划模块的导航路径规划单元相连，通信单元与任务规划模块的夹取放置判决单元相连；
[0017]控制系统模块与运动模块相连，具体为：控制系统模块的底层驱动模块与运动模块的底盘运动模块相连；夹取放置判决单元与机械臂单元相连；
[0018]一种光电智能垃圾分拣小车系统各模块的安装及工作如下：
[0019]传感器模块中相机单元中的摄像头接收控制系统模块的信息，对现场图像进行采集；信息处理模块的识别处理单元或回收区识别单元对采集信息进行处理；光电编码器用来获取小车当前的状态信息，联合激光雷达和IMU单元在信息处理模块进行2dSLAM算法进行建图与定位；
[0020]信息处理模块接收来自传感器模块的信息，其中包括：对垃圾进行特征提取和识别并记录相机坐标下的位置；激光雷达与IMU进行地图构建与定位；结合IMU与光电编码器的信息；回收区域的识别采用传统的颜色识别等，再将这些信息传递给控制系统模块；
[0021]控制系统模块置于运动底盘单元内，是整个系统的主控，处理并发出控制信息，发出执行指令及内部通信。接受到信息处理模块的数据后，任务规划模块根据垃圾及垃圾桶位置开始规划路径，同时，夹取放置判决单元确定小车是实行夹取或者放置垃圾的动作，并将底盘运动的驱动信号和机械臂的动作信息发动给运动模块；
[0022]运动模块在控制系统模块做出处理后，接收发出的驱动指令，该指令驱动底盘单元，进而控制对应结构进行运动根据任务规划模块提供的路径信息，实现移动、转向、避障；同时接受夹取放置指令，通过机械臂实现垃圾的夹取和放置动作。
[0023]所述可控捡球小车系统的工作过程，包括如下步骤：
[0024]步骤1.初始化垃圾分拣小车系统，包括摄像头初始化、机械臂及机械爪初始化；
[0025]步骤2.控制系统模块启动指令，通信单元将指令传递给传感器模块的相机单元、激光雷达、IMU单元，通过相机单元摄像头开始采集信息，获取垃圾图像，激光雷达开始获取空间位置信息，确定相机坐标系与激光雷达坐标系之间的位置关系，并将信息传递给信息处理模块，具体为：
[0026]步骤2.1通过相机单元摄像头开始采集信息，获取目标图像，所述目标图像中包括垃圾、垃圾桶；
[0027]步骤2.2.激光雷达开始获取空间位置信息，确定相机坐标系与激光雷达坐标系之间的位置关系，并将信息传递给信息处理模块；
[0028]步骤3.信息处理模块将步骤2的信息进行处理，将垃圾的分布位置进行准确定位，并将准确定位后的垃圾的位置映射到地图上，并将信息发送给控制系统模块；
[0029]步骤4.控制系统模块通过任务规划模块开始规划运行路线，对运动模块发出驱动指令；底盘运动单元接收到驱动信号，小车开始按照路线运行到垃圾的位置；
[0030]步骤5.运动单元根据拾取指令让机械臂拾取多个垃圾，并依据任务规划模块开始规划运行路线，返回垃圾回收点；
[0031]步骤6.运回至垃圾处理点后，信息处理模块根据识别处理单元中的目标检测算法对所述目标图像中的垃圾进行分类和识别；具体为通过实际图像与多种模型的对比判断出图像中是否存在其中的一个或多个垃圾；
[0032]步骤7.通过相机单元识别垃圾桶颜色，通过控制系统模块发出指令将分类好的垃圾扔回到指定的垃圾桶中；
[0033]步骤8.完成一次垃圾回收后，继续搜寻垃圾。
[0034]有益效果
[0035]本专利技术提出的一种光电智能垃圾分拣小车系统，与现有垃圾分类车相比，具有如下有益效果：
[0036]1.所述光电智能垃圾分拣小车系统，将激光SLAM得到的位姿信息与IMU加速度积分得到的位姿信息通过EKF进行融合，将融合得到的信息用于定位与导航，能大大提高小车的定位精度，提高识别与夹取的精准度；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电智能垃圾分拣小车系统，其特征在于：包括传感器模块、信息处理模块、控制系统模块以及运动模块；其中，传感器模块包括相机单元、IMU单元、激光雷达以及光电编码器；信息处理模块包括识别处理单元、回收区识别单元以及卡尔曼滤波处理单元；控制系统模块包括任务规划子模块、底层驱动单元和通信单元；任务规划子模块包括垃圾识别定位单元、垃圾拾取判决单元和导航与路径规划单元；运动模块包括机械臂、运动底盘单元；所述光电智能垃圾分拣小车系统中各模块的连接如下：传感器模块与信息处理模块相连，信息处理模块和控制系统模块相连，控制系统模块与运动模块相连；传感器模块与信息处理模块相连，具体为：传感器模块的相机单元与信息处理模块的识别处理单元和回收区识别单元相连；IMU单元、激光雷达、光电编码器和信息处理模块的卡尔曼滤波单元相连；信息处理模块和控制系统模块相连，具体为：信息处理模块的识别处理单元与控制系统模块的垃圾识别定位单元相连；回收区别单元与导航路径规划单元相连；卡尔曼滤波单元与导航路径规划单元和通信单元均相连；其中，在控制系统模块内部的任务规划子模块中，垃圾识别定位单元与夹取放置判决单元相连；导航路径规划单元与夹取放置判决单元相连；同时，底层驱动单元与任务规划子模块的导航路径规划单元相连，通信单元与任务规划子模块的夹取放置判决单元相连；控制系统模块与运动模块相连，具体为：控制系统模块的底层驱动模块与运动模块的底盘运动模块相连；夹取放置判决单元与机械臂单元相连；所述可控捡球小车系统的工作过程，包括如下步骤：步骤1.初始化垃圾分拣小车系统，包括摄像头初始化、机械臂及机械爪初始化；步骤2.控制系统模块启动指令，通信单元将指令传递给传感器模块的相机单元、激光雷达、IMU单元，确定相机坐标系与激光雷达坐标系之间的位置关系，并将信息传递给信息处理模块，具体为：步骤2.1通过相机单元摄像头采集信息，获取垃圾图像；步骤2.2.激光雷达开始获取空间位置信息，确定相机坐标系与激光雷达坐标系之间的位置关系，并将信息传递给信息处理模块；步骤3.信息处理模块将步骤2的信息进行处理，将垃圾的分布位置进行准确定位，并将准确定位后的垃圾的位置映射到地图上，并将信息发送给控制系统模块；步骤4.控制系统模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亿俍，卢继华，陈子健，刘国栋，冯立辉，吴浩，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：