一种沙滩垃圾拾取机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种沙滩垃圾拾取机器人，包括机器人主控箱、垃圾箱、末端抓取器、机械臂、摄像头及轮式移动平台，所述轮式移动平台能够实现在沙滩的移动，所述末端抓取器连接机械臂，所述机械臂连接在轮式移动平台上，所述垃圾箱、摄像头、机器人主控箱均设置在轮式移动平台上，所述摄像头、末端抓取器、机械臂、轮式移动平台均与机器人主控箱连接，所述机器人主控箱通过摄像头识别垃圾所在位置，驱动轮式移动平台移动，并驱动机械臂和末端抓取器抓取垃圾并投入垃圾箱内。本发明专利技术沙滩垃圾拾取机器人能够自动的识别分辨沙滩垃圾并拾取，无需人直接接触垃圾，提高作业效率，减少沙滩垃圾，有效改善环境。善环境。善环境。

【技术实现步骤摘要】
一种沙滩垃圾拾取机器人


[0001]本专利技术涉及一种机器人，尤其是涉及一种沙滩垃圾拾取机器人。

技术介绍

[0002]据统计，沙滩垃圾平均个数为1.03/m^2，其中塑料类最多(占37.37％)，其次为泡沫类(占35.67％)；总密度为15.91kg/m^2，塑料类密度(3.62g/m^2)最大，其次为织物(布)类(2.87g/m^2)和木制品类(1.97g/m^2)；主要来源是生活垃圾和旅游垃圾，分别占垃圾总量的39.26％和25.23％，根据数据分析，海洋垃圾的污染呈逐渐恶化的趋势，总体形势不容乐观。
[0003]沙滩垃圾大多含有降解速率极慢的物质，包括石油及其产品、生活垃圾、重金属物质和放射性核素等，不断丢弃的垃圾对环境和人类都有着巨大的危害，治理沙滩垃圾已经刻不容缓。
[0004]近年来，随着人们环保意识的不断增强，垃圾清理逐渐成为一个热点问题，越来越多的垃圾清理机器人也随之出现。但是针对沙滩环境工作专用的机器人机构则比较少见。

技术实现思路

[0005]针对沙滩的固态垃圾，本专利技术提供一种沙滩垃圾拾取机器人。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术提供一种沙滩垃圾拾取机器人，包括机器人主控箱、垃圾箱、末端抓取器、机械臂、摄像头及轮式移动平台，所述轮式移动平台能够实现在沙滩的移动，所述末端抓取器连接机械臂，所述机械臂连接在轮式移动平台上，所述垃圾箱、摄像头、机器人主控箱均设置在轮式移动平台上，所述摄像头、末端抓取器、机械臂、轮式移动平台均与机器人主控箱连接，所述机器人主控箱通过摄像头识别垃圾所在位置，驱动轮式移动平台移动，并驱动机械臂和末端抓取器抓取垃圾并投入垃圾箱内。
[0008]在本专利技术的一个实施方式中，所述机器人主控箱内设置有控制模块，所述控制模块为两块主控单元树莓派，所述摄像头、末端抓取器、机械臂、轮式移动平台均与所述主控单元树莓派连接，其中一块主控单元树莓派采用YOLOv2
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dense网络训练模型处理从摄像头传来的图像数据，进行垃圾的识别分类、障碍物的检测以及行进路径规划，另一块主控单元树莓派控制轮式移动平台以及机械臂和末端抓取器的运动。使得机器人对沙滩区域的垃圾进行快速准确的分类识别，以此来判断作业对象的类别和位置，同时检测障碍物信息，完成路径规划，以便于控制机器人运动到指定区域完成后续的抓取和存放工作。
[0009]在本专利技术的一个实施方式中，所述机器人主控箱内还设置有电源模块，所述电源模块为控制模块、摄像头提供弱电，所述电源模块还为轮式移动平台以及机械臂和末端抓取器提供强电。
[0010]在本专利技术的一个实施方式中，所述机器人主控箱内还设置有红外传感器模块，所述红外传感器模块为摄像头的辅助部分，用于判断机器人离垃圾和其他环境物体的距离，
防止机器人与环境物体发生碰撞。
[0011]在本专利技术的一个实施方式中，电源模块为红外传感器模块提供弱电。
[0012]在本专利技术的一个实施方式中，所述机器人主控箱位于轮式移动平台的一侧。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，所述机械臂由第一机械臂连杆、第一柱形关节、第二机械臂连杆、第二柱形关节、第三机械臂连杆依次相连组成，具有四个自由度。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，所述第一机械臂连杆一端通过底盘连接件使用螺栓固定安装在轮式移动平台的底板上，可以实现绕z轴的旋转运动，所述第一机械臂连杆另一端通过第一柱形关节和第二机械臂连杆相连，具有一个自由度；第二机械臂连杆与第三机械臂连杆的一端通过第二柱形关节连接，具有一个自由度；第三机械臂连杆的另一端通过柱形关节连接末端抓取装置，具有一个自由度，可以实现绕x、y、z轴的转动，从而使得末端抓取装置可以在尽可能大的范围内抓取目标。
[0015]所述第一机械臂连杆、第一柱形关节、第二机械臂连杆、第二柱形关节、第三机械臂连杆之间的运动由所述机器人主控箱控制。
[0016]整体而言，所述机械臂首端通过底盘连接件连接底板，末端连接末端抓取装置，用于传递由机器人主控箱控制的运动，驱动末端抓取器到指定位置后抓取目标，或放下目标。
[0017]在本专利技术的一个实施方式中，所述摄像头安装于轮式移动平台的侧面，用于实时拍摄工作场景图片并传回机器人主控箱，为沙滩拾取机器人提供视觉功能，使得机器人需要对沙滩区域的垃圾进行分类识别，以此来判断作业对象的类别和位置，以便于控制机器人运动到指定区域完成后续的抓取和存放工作。所述摄像头和主控单元树莓派中的YOLOv2
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dense网络训练模型共同组成视觉处理部分。
[0018]本专利技术中，所述轮式移动平台是沙滩垃圾拾取机器人的基础部分，主要为机器人提供平面移动能力。由于沙滩垃圾拾取机器人的作业对象较多，机器人需要在大量作业对象之间移动，并且在工作单个对象时，机器人也可能需要围绕对象旋转移动，以便于在更好的角度对垃圾进行识别和抓取工作，保证作业的完整性。而另一方面，作业环境在近海的沙滩区域，因此所述轮式移动平台采用四轮驱动差速转向移动底盘。
[0019]在本专利技术的一个实施方式中，所述轮式移动平台包括底板及设置在底板上的四纳姆车轮组机构。
[0020]在本专利技术的一个实施方式中，所述四纳姆车轮组机构包括第一纳姆轮、第二纳姆轮、第三纳姆轮、第四纳姆轮、第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆、第四支撑杆、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第一圆形支座、第二圆形支座、第三圆形支座、第四圆形支座、第一支撑杠及第二支撑杠；
[0021]所述第一纳姆轮通过第一支撑杆与第一电机连接，所述第一电机设置在第一圆形支座上，
[0022]所述第二纳姆轮通过第二支撑杆与第二电机连接，所述第二电机设置在第二圆形支座上，
[0023]所述第三纳姆轮通过第三支撑杆与第三电机连接，所述第三电机设置在第三圆形支座上，
[0024]所述第四纳姆轮通过第四支撑杆与第四电机连接，所述第四电机设置在第四圆形支座上，
[0025]所述第一圆形支座、第二圆形支座、第三圆形支座、第四圆形支座均设置在底板上，所述第一圆形支座与第二圆形支座之间连接有第一支撑杠，所述第三圆形支座与第四圆形支座之间连接有第二支撑杠。
[0026]所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均与所述机器人主控箱连接，分别受所述机器人主控箱控制。
[0027]本专利技术中，由底板、四纳姆车轮组机构组成移动底盘机构，组成机器人移动本体，承担机器人移动机构的全部载荷。本专利技术采用四车轮全轮驱动的方式，由每个车轮分别由一部驱动电机直接驱动，不需要专门的传动装置，机器人结构简单紧凑，安装方便，控制简便，同时可以最大限度地利用驱动力，即机器人车轮产生的摩擦力能够最大限度地用来驱动机器人，从而提高机器人在沙滩环境的负载能力。
[0028]本专利技术中，四纳姆车轮组机构能够实现全轮差速转向，实现机器人移动机构在沙滩面上的灵活转向。为使得机器人车体在转向中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沙滩垃圾拾取机器人，其特征在于，包括机器人主控箱(1)、垃圾箱(2)、末端抓取器(3)、机械臂(4)、摄像头(5)及轮式移动平台(6)，所述轮式移动平台(6)能够实现在沙滩的移动，所述末端抓取器(3)连接机械臂(4)，所述机械臂(4)连接在轮式移动平台(6)上，所述垃圾箱(2)、摄像头(5)、机器人主控箱(1)均设置在轮式移动平台(6)上，所述摄像头(5)、末端抓取器(3)、机械臂(4)、轮式移动平台(6)均与机器人主控箱(1)连接，所述机器人主控箱(1)通过摄像头(5)识别垃圾(14)所在位置，驱动轮式移动平台(6)移动，并驱动机械臂(4)和末端抓取器(3)抓取垃圾(14)并投入垃圾箱(2)内。2.根据权利要求1所述的一种沙滩垃圾拾取机器人，其特征在于，所述机器人主控箱(1)内设置有控制模块，所述控制模块为两块主控单元树莓派，所述摄像头(5)、末端抓取器(3)、机械臂(4)、轮式移动平台(6)均与所述主控单元树莓派连接，其中一块主控单元树莓派采用YOLOv2
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dense网络训练模型处理从摄像头(5)传来的图像数据，进行垃圾的识别分类、障碍物的检测以及行进路径规划，另一块主控单元树莓派控制轮式移动平台(6)以及机械臂(4)和末端抓取器(3)的运动。3.根据权利要求1所述的一种沙滩垃圾拾取机器人，其特征在于，所述机器人主控箱(1)内还设置有电源模块，所述电源模块为控制模块、摄像头(5)提供弱电，所述电源模块还为轮式移动平台(6)以及机械臂(4)和末端抓取器(3)提供强电。4.根据权利要求3所述的一种沙滩垃圾拾取机器人，其特征在于，所述机器人主控箱(1)内还设置有红外传感器模块，所述红外传感器模块为摄像头(5)的辅助部分，用于判断机器人离垃圾和其他环境物体的距离，防止机器人与环境物体发生碰撞，电源模块为红外传感器模块提供弱电。5.根据权利要求1所述的一种沙滩垃圾拾取机器人，其特征在于，所述机械臂(4)由第一机械臂连杆(4
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1)、第一柱形关节(4
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2)、第二机械臂连杆(4
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3)、第二柱形关节(4
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4)、第三机械臂连杆(4
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5)依次相连组成；所述第一机械臂连杆(4
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1)一端通过底盘连接件(13)固定安装在轮式移动平台(6)的底板(12)上，可以实现绕z轴的旋转运动，所述第一机械臂连杆(4
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1)另一端通过第一柱形关节(4
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2)和第二机械臂连杆(4
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3)相连，具有一个自由度；第二机械臂连杆(4
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3)与第三机械臂连杆(4
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5)的一端通过第二柱形关节(4
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4)连接，具有一个自由度；第三机械臂连杆(4
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5)的另一端通过柱形关节连接末端抓取装置(3)，具有一个自由度，可以实现绕x、y、z轴的转动。6.根据权利要求5所述的一种沙滩垃圾拾取机器人，其特征在于，所述第一机械臂连杆(4
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1)、第一柱形关节(4
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2)、第二机械臂连杆(4
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3)、第二柱形关节(4
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4)、第三机械臂连杆(4
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5)之间的运动由所述机器人主控箱(1)控制。7.根据权利要求1所述的一种沙滩垃圾拾取机器人，其特征在于，所述轮式移动平台(6)包括底板(12)及设置在底板(12)上的四纳姆车轮组机构(7)。8.根据权利要求7所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉田，李亚美，刘钊，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：