垃圾收集机器人及垃圾收集方法与流程

本发明涉及机器人领域，尤其是涉及一种能够自动进行垃圾收集分类的机器人及收集方法。

背景技术：

垃圾箱是人们日常生活的重要部分，给我们带来便捷生活的同时，也产生了一些卫生和管理问题。比如：为了丢垃圾，我们不得不起身离开原来的位置，走向垃圾箱，这给不方便移动的人群造成了很大的困扰，尤其是残疾人和卧病在床的老人，对于一般人而言，也有很多的不便。目前市场上已有一些智能垃圾箱，但是这些智能垃圾箱还存在以下缺陷：

一、需要摇控等控制方式才可移动，操作不方便；

二、需要经常换电池，或离不开电源，使用上很不方便；

三、生活中的可回收垃圾和不可回收垃圾无法分类，都混在一起，不利于环境保护；

四、垃圾袋需要手动更换，不卫生。

技术实现要素：

针对以上缺陷，本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种垃圾收集机器人，此垃圾收集机器人可根据语音口令进行移动，寻声定位，自动走到用户身边，使用方便。

基于同一发明构思，本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种垃圾收集方法，此垃圾收集方法可根据语音口令控制垃圾机器人自动走到用户身边，同时还能够自动完成对垃圾进行分类、更换垃圾袋等工作。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：

一种垃圾收集机器人，包括箱体，所述箱体上铰接有箱盖，所述箱体下方设有驱动轮，驱动轮连接有动力装置和转向装置，所述箱体的侧部设有激光雷达和摄像头，所述箱体上还设有麦克风；还包括控制器，所述控制器内设有语音识别模块，所述动力装置、所述转向装置、所述激光雷达、所述摄像头和所述麦克风均电连接所述控制器。

其中，所述垃圾收集机器人还包括与所述箱体分体设置的充电桩，所述箱体上设有与所述充电桩相适配的充电接口，所述充电接口电连接有充电电池，所述控制器内设有充电电池电量检测模块。

其中，所述箱体内并排设有两个内垃圾箱，两所述内垃圾箱的上方设有分类板，所述分类板的中部固定连接有由分类板电机驱动的分类板转轴；所述箱盖的内侧安装有图像识别模块和光谱仪，所述图像识别模块、所述光谱仪和所述分类板电机均与所述控制器电连接。

其中，所述分类板的下侧与两所述内垃圾箱相对应的位置分别设有距离传感器，所述箱体上设有喇叭，所述控制器内设有音频播放器，所述距离传感器和所述喇叭均与所述控制器电连接。

其中，所述分类板的下侧与两所述内垃圾箱相对应的位置分别设有杀毒灯。

其中，所述内垃圾箱的侧部竖向设置有环形的传送带，所述传送带的外侧间隔设有挂钩；所述传送带的下方设有用于缠绕垃圾袋的缠袋轴，相邻的两所述挂钩之间的距离与所述垃圾袋的长度相适配；所述内垃圾箱的上方滑动设有吸盘，所述吸盘的吸附面朝向所述传送带。

其中，所述传送带内侧的上下两端各设有一滚轮，两所述滚轮中的一个为电动滚轮，所述电动滚轮电连接所述控制器。

其中，所述内垃圾箱的上方设有导轨，所述吸盘安装在一吸盘安装架上，所述吸盘安装架与所述滑轨上的滑块固定连接；所述导轨的一端设有吸盘电机，所述导轨的另一端设有导轮，所述吸盘电机的动力输出轴与所述导轮上环绕有一环形传动带，所述传动带的延伸方向与所述导轨的延伸方向相同，所述吸盘安装架固定在所述传动带上，所述吸盘电机电连接所述控制器。

其中，所述箱体上设有第一连接耳，所述箱盖上设有第二连接耳，所述第二连接耳与所述第一连接耳铰接，所述第二连接耳的端部铰接有连杆，所述连杆穿过所述箱体伸入到所述箱体内与一凸轮铰接，所述凸轮由开盖电机驱动，所述开盖电机电连接所述控制器。

其中，所述分类板与所述箱体的开口之间设有漏斗，所述漏斗的下端口与所述分类板相适配。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：

一种垃圾收集方法，包括以下步骤：用户发出语音指令；垃圾收集机器人对语音指令进行识别并移动到用户身边；打开箱盖接收垃圾；判断垃圾类别并将垃圾投入相应的垃圾箱内；若垃圾箱内的垃圾达到一定量时，发出声音提醒用户将垃圾提出；用户将垃圾提出后，由上袋机构自动更换垃圾袋。

其中，判断垃圾类别的步骤如下：由图像识别模块根据预定的垃圾类别图像对垃圾进行识别，若所述图像识别模块能够判断出垃圾的类别则将垃圾投入到相应的垃圾箱内；若所述图像识别模块不能够判断出垃圾的类别，则启动光谱仪对垃圾的成分进行分析，根据分析结果判断出垃圾的类别，将垃圾投入到相应的垃圾箱内。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

由于本发明垃圾收集机器人包括箱体，箱体上铰接有箱盖，箱体的下方设有驱动轮，驱动轮连接有动力装置和转向装置，箱体的侧部设有激光雷达和摄像头，箱体上还设有麦克风；还包括控制器，控制器内设有语音识别模块，动力装置、转向装置、激光雷达、摄像头和麦克风均电连接控制器。当用户想扔垃圾时，只需要对垃圾箱发出语音口令(如扔垃圾等)，箱体上的麦克风接收到语音信号后传输给控制器中的语音识别模块，语音识别模块识别语音口令后由控制器向动力装置和转向装置发出指令控制驱动轮运行，同时由激光雷达自动进行定位和导航，摄像头进行人脸识别，从而准确的辨别出方位，快速的移动到用户身边，从而用户想扔垃圾时不再需要起身离开原来位置了，而且不需要其它的控制器，只用语音就可以控制垃圾箱自动的移到身边，大大的提高了使用的方便性，尤其是给身体残疾或卧病在床的老人带来了很大的方便。

由于垃圾收集机器人还包括与箱体分体设置的充电桩，箱体上设有与充电桩相适配的充电接口，充电接口电连接有充电电池，控制器内设有充电电池电量检测模块。由充电电池电量检测模块对充电电池的电量进行实时检测，当充电电池的电量低于一定值(如10％)时，会控制垃圾箱自动回到充电桩处进行充电，并且在进行充电的过程中如果电量低于一定值(如5％)时，即便接收到语音指令垃圾箱也不会动，以保证垃圾箱有充足的电量，防止其半路抛锚，且不需要经常更换电池，充完电后即可离开电源自由活动，进一步的提高了垃圾收集机器人的使用方便性。

由于箱体内并排设有两个内垃圾箱，两内垃圾箱的上方设有分类板，分类板的中部固定连接有由分类板电机驱动的分类板转轴；箱盖的内侧安装有图像识别模块和光谱仪，图像识别模块、所述光谱仪和分类板电机均与控制器电连接。当垃圾被扔到分类板上时，箱盖上的图像识别模块会对垃圾进行识别，与预设的不同类别的垃圾对应的垃圾图像相匹配，以确定垃圾是可回收垃圾还是不可回收垃圾，若图像识别模块无法识别垃圾时，则控制器会启动光谱仪，由光谱仪对垃圾成分进行分析，从而确定垃圾是属于可回收垃圾还是不可回收垃圾，确定垃圾的分类后由分类板电机向相应的内垃圾箱方向转动分类板转轴，垃圾会自动的从分类板上滑落到相应的内垃圾箱内，从而实现了垃圾的自动分类，有利于环境保护。

由于所述分类板的下侧与两内垃圾箱相对应的位置分别设有距离传感器，箱体上设有喇叭，控制器内设有音频播放器，距离传感器和喇叭均与控制器电连接。距离传感器用于检测内垃圾箱内的垃圾量，比如当垃圾量达到内垃圾箱的3/4时，喇叭会播放出音乐，提醒用户将垃圾提出。

由于分类板的下侧与两内垃圾箱相对应的位置分别设有杀毒灯，杀毒灯可杀灭垃圾箱内的细菌，有利于保持垃圾箱的卫生。

由于内垃圾箱的侧部竖向设置有环形的传送带，传送带的外侧间隔设有挂钩；传送带的下方设有用于缠绕垃圾袋的缠袋轴，相邻的两挂钩之间的距离与垃圾袋的长度相适配；内垃圾箱的上方滑动设有吸盘，吸盘的吸附面朝向传送带。当新换一卷垃圾袋时，由人工将此卷垃圾袋的第一个垃圾袋的挂耳挂在传送带靠近内垃圾箱一侧的挂钩上，传送带转动将垃圾袋上提，当第一个垃圾袋被完全拉出时第二个垃圾袋的挂耳会自动的挂在下一个挂钩上，吸盘移过来吸住垃圾袋后再返回到内垃圾箱的另一侧，从而将垃圾袋撑开；当第一个垃圾袋满了以后，人工将垃圾袋拿出，传送带会带动下面的垃圾袋自动上来，再由吸盘将垃圾袋撑开，如此往复，从而能够实现自动换垃圾袋的工作，使用方便快捷，而且卫生。

由于箱体上设有第一连接耳，箱盖上设有与第一连接耳相铰接的第二连接耳，第二连接耳的端部铰接有连杆，连杆与一凸轮铰接，凸轮由开盖电机驱动，开盖电机电连接控制器。开盖电机在控制器的控制下旋转，由凸轮带动连杆实现箱盖的自动开关，进一步的提高了此垃圾收集机器人的使用方便性。

由于本发明垃圾收集方法包括如下步骤，垃圾收集机器人对语音指令进行识别并移动到用户身边；打开箱盖接收垃圾；判断垃圾类别并将垃圾投入相应的垃圾箱内；若垃圾箱内的垃圾达到一定量时，发出声音提醒用户将垃圾提出；用户将垃圾提出后，由上袋机构自动更换垃圾袋。从而本发明垃圾收集方法可根据语音口令控制垃圾机器人自动走到用户身边，同时还能够自动完成对垃圾进行分类、更换垃圾袋等工作。

综上所述，本发明垃圾收集机器人及垃圾收集方法解决了现有垃圾箱使用不方便的技术问题，本发明垃圾收集机器人根据语音指令能够自动的移动到用户身边，同时还能够自动完成充电、对垃圾进行分类、更换垃圾袋等工作，使用方便，智能化程度高。

附图说明

图1是本发明垃圾收集机器人的结构示意图一；

图2是本发明垃圾收集机器人的结构示意图二；

图3是本发明垃圾收集机器人的结构示意图三；

图4是本发明垃圾收集机器人的结构示意图四；

图5是本发明垃圾收集机器人的结构示意图五；

图6是图5的A部放大图；

图7是图1中分类板的结构示意图；

图8是图7的仰视结构示意图；

图9是本发明垃圾收集方法的流程图；

图10是本发明垃圾收集方法的垃圾分类判断的流程图；

图中：10、箱体，12、避让槽，14、第一连接耳，16、开口，18、隔板，20、箱盖，22、第二连接耳，24、连杆，26、凸轮，30、第一铰轴，32、第二铰轴，40、麦克风，42、喇叭，50、驱动轮，52、万向轮，60、缠袋轴，62、传送带，620、挂钩，64、电动滚轮，70、吸盘安装架，700、通槽，72、吸盘，74、导轨，76、滑块，77、导轮，78、吸盘电机，79、传动带，80、分类板，800、连接板，8000、轴孔，82、分类板转轴，84、分类板电机，90、漏斗，100、充电接口，110、距离传感器，112、杀毒灯，120、激光雷达，122、双目摄像头，130、图像识别模块，132、光谱仪，140、内垃圾箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。

本说明书中涉及到的方位均以本发明垃圾收集机器人正常工作时的方位为准，不限定其存储及运输时的方位，仅代表相对的位置关系，不代表绝对的位置关系。

如图1和图2共同所示，一种垃圾收集机器人，包括上端敞口的方形箱体10，箱体10的上端铰接有方形的箱盖20，当然在实际应用中箱体和箱盖的结构均不限定为方形，还可以是圆形或其它多边形等。箱体10前侧(朝向用户的一侧)的下方设有两个驱动轮50，两驱动轮50连接有动力装置和转向装置(图中未示出)，由于控制轮子移动和转向的装置是很成熟的现有技术，故在本说明书中不再对动力装置和转向装置的具体结构进行详细的描述。箱体10后侧的下方设有两个从动轮，本实施方式优选两从动轮为万向轮52，万向轮52可使得此垃圾箱移动起来更加灵活。

如图1和图2共同所示，箱体10的前侧下方设有一开口16，开口16处安装有激光雷达120，激光雷达120用于实现垃圾箱的自主定位和导航。箱体10的前侧上方设有摄像头，摄像头用于进行房间内路径的规划和人脸识别，本实施方式优选摄像头为双目摄像头122，双目摄像头122可实现三维成像，拍摄的画面更加逼真和清楚。

如图1和图2共同所示，箱体10的前后两侧和左右两侧各安装有一颗麦克风40，箱盖20上也安装有一颗麦克风40，此五颗麦克风40形成了麦克风阵列，用于接收语音指令，有利于垃圾箱进行寻声辨位。由于箱体10的后侧侧板是可开启侧板，为了更直观的展示垃圾箱的内部结构，因此图中没有画出后侧板及安装在后侧板上的麦克风。

如图1所示，垃圾收集机器人还包括一充电桩(图中未示出)，充电桩与箱体10分体设置，箱体10后侧的下方设有充电接口100，充电接口100与充电桩上的接口相适配，充电接口100电连接有充电管理器及充电电池(图中未示出)，当垃圾箱电量不足时，垃圾箱会自动的回到充电桩位置，充电接口100与充电桩对接进行充电。

如图1和图7共同所示，箱体10内并排设有两个内垃圾箱140，两个内垃圾箱140之间竖向设置有隔板18，隔板18略高出两内垃圾箱140，与箱体10的上端之间留有一定空间。两内垃圾箱140的上方设有分类板80，分类板80为矩形板，分类板80两侧中心的位置分别垂直设有一连接板800，连接板800为三角形结构，两连接板800的端部各设有一轴孔8000，一分类板转轴82穿过两轴孔8000并与连接板800固定连接为一体，分类板转轴82位于隔板18的正上方，且与隔板18平行设置，分类板转轴82的一端与分类板电机84的动力输出轴传动连接，分类板电机84安装在隔板18的上端。连接板800设计为三角形在分类板80转动时不会与其它部件产生干涉。

如图1和图2共同所示，箱盖20的内侧安装有图像识别模块130和光谱仪132，当垃圾被扔到分类板80上后，图像识别模块130和光谱仪132会对垃圾进行识别，以确定垃圾是可回收垃圾还是不可回收垃圾，然后分类板电机84驱动分类板80向相应的内垃圾箱140转动，从而将垃圾投到相对应的内垃圾箱140内。

如图1、图2和图8共同所示，分类板80的下侧，即朝向内垃圾箱140的一侧，与两内垃圾箱140相对应的位置分别设有距离传感器110，距离传感器110用于检测内垃圾箱140内的垃圾位置，以确定是否需要更换垃圾袋。箱体10的左右两侧各设有一喇叭42，当需要更换垃圾袋时喇叭42会播放音乐，以提醒用户提出垃圾，更换垃圾袋。

如图1和图8共同所示，分类板80的下侧与两内垃圾箱140相对应的位置分别设有杀毒灯112，本实施方式优选杀毒灯112为紫外线杀毒灯，可杀灭垃圾箱内的细菌，有利于保持垃圾箱的卫生。

如图1和图4共同所示，内垃圾箱140的侧部竖向设有环形的传送带62，传送带62的外侧间隔设有多个挂钩620。传送带62内侧的上下两端各设有一滚轮，位于下端的滚轮为电动滚轮64，用于驱动传送带62转动。两滚轮的轮轴均垂直固定在隔板18上。传送带62靠近内垃圾箱140侧的下方设有缠袋轴60，缠袋轴60用于缠绕垃圾袋，缠袋轴60也垂直固定在隔板18上，与传送带62的滚轮平行设置。传送带62上的相邻的两个挂钩620之间的距离与垃圾袋的长度相适配，即上一个垃圾袋的挂耳钩在位于上方的挂钩620上，则下一个垃圾袋的挂耳正好可以钩在位于下方的挂钩620上。内垃圾箱140与传送带62相对应的位置设有开口，开口的宽度与传送带62的宽度相适配，可保证垃圾袋能够被撑到内垃圾箱140内。

如图4、图5和图6共同所示，内垃圾箱140上方的两侧各设有一根导轨74，两导轨74平行设置，且延伸方向与分类板转轴82(参见图1)的延伸方向相同。两导轨74之间竖向设有一吸盘安装架70，吸盘安装架70的两侧分别固定在两导轨74的滑块76上，吸盘安装架70朝向传送带62的一侧安装有吸盘72，吸盘72设有两个，并排设置，两吸盘72的吸附面均朝向传送带62。导轨74的一端设有吸盘电机78，吸盘电机78的动力输出轴竖直向下，导轨74的另一端设有导轮77，导轮77的轮轴与吸盘电机78的动力输出轴平行且位于同一竖直平面内，吸盘电机78的动力输出轴端部安装有一带轮，该带轮与导轮77上共同环绕有一环形的传动带79，传动带79的延伸方向与导轨74的延伸方向相同。吸盘安装架70上对应传动带79的两侧部的位置各设有一通槽700，传动带79的两侧部分别从两通槽700内穿过，吸盘安装架70与位于一个通槽700内的传动带79固定连接，另一个通槽700内的传动带79可在该通槽700内滑动。当吸盘电机78转动时，传动带79就可以带动吸盘安装架70沿导轨74滑动，从而使得吸盘72滑动安装在内垃圾箱140的上方。吸盘72在吸盘电机78的驱动下可朝向传送带62滑动，并吸住挂在挂钩620上的垃圾袋未设有挂耳的部分，吸住后吸盘电机78反转，吸盘72吸着垃圾袋向远离传送带62的方向滑动，从而将垃圾袋在内垃圾箱140内撑开。

以上两段均是以一个内垃圾箱对应的自动上袋机构来进行的详细描述，因两套自动上袋机构结构相同，故另一套在此不再描述。

如图1所示，吸盘电机78、分类板电机84和传送带62均设置在箱体10的同侧。

如图1和图3共同所示，箱体10设有传送带62一侧侧板的上端中心位置设有向下延伸的避让槽12，避让槽12贯穿该侧板的内外两侧。位于避让槽12上端的两侧分别设有两第一连接耳14，两第一连接耳14均与该侧侧板垂直设置。箱盖20同侧的边缘设有两第二连接耳22，两第二连接耳22伸出箱盖20，且位于两第一连接耳14的内侧。第二连接耳22靠近箱盖20边缘的位置与第一连接耳14通过第一铰轴30铰接，第二连接耳22远离箱盖20的位置铰接有一连杆24，连杆24的端部由避让槽12处伸入到箱体10的内侧，并与一凸轮26铰接，此凸轮26为水滴形的盘凸轮，连杆24与凸轮26的小头端铰接，凸轮26的大头端安装在一开盖电机(图中未示出)的动力输出轴上，由开盖电机的转动来实现箱盖20的自动开启和闭合。

如图1和图2共同所示，在分类板80与箱体10的上端开口之间连接有漏斗90，漏斗90的下端开口与分类板80的形状和尺寸相适配，以保证垃圾能够被扔到分类板80上，防止垃圾未经分类就自动的从分类板80的边缘落入垃圾箱内。

如图1和图2共同所示，本发明垃圾收集机器人还包括控制器，激光雷达120、双目摄像头122、麦克风40、图像识别模块130、光谱仪132、分类板电机84、距离传感器110、喇叭42、电动滚轮64、吸盘电机78、开盖电机及用于控制驱动轮的动力装置和转向装置均与控制器电连接。控制器内设有程序控制模块、语音识别模块、充电电池电量检测模块和音频播放器。

如图1、图2、图9和图10所示，基于上述垃圾收集机器人进行的垃圾收集方法，包括如下步骤：

用户发出语音指令；

垃圾收集机器人对语音指令进行识别并移动到用户身边；

打开箱盖接收垃圾；

判断垃圾类别并将垃圾投入相应的垃圾箱内；

若垃圾箱内的垃圾达到一定量时，发出声音提醒用户将垃圾提出；

用户将垃圾提出后，由上袋机构自动更换垃圾袋。

具体的程序控制流程如下：

第一步，程序开始。

第二步，当用户发出唤醒词，即语音指令时，进行语音识别，若识别不通过，则程序结束，等待用户重新发出指令；若识别通过，则进入第三步。

第三步，根据激光雷达120及双目摄像头122的信息控制动力装置和转向装置工作，驱动轮转动移向用户。

第四步，控制开盖电机运行，打开箱盖20，用户将垃圾扔到分类板80上；

第五步，进行垃圾识别，由图像识别模块根据预设的垃圾分类图像进行判断，若可以判断，则根据判断的结果启动分类板电机84将可回收垃圾投入可回收垃圾箱内，将不可回收垃圾投入不可回收垃圾箱内；

若图像识别模块无法判断垃圾类别，则启动光谱仪对垃圾成分进行分析，从而确定垃圾的类别将垃圾投入相应的垃圾箱内。

第六步，当垃圾箱内的垃圾达到一定量时(如接近3/4)，控制器中的音频播放器会播放音乐，由喇叭传出，提醒用户更换垃圾箱内的垃圾袋，用户将装有垃圾的垃圾袋提出后，电动滚轮64驱动传送带62旋转，将下一个垃圾袋带到与吸盘相对应的位置，吸盘电机78控制吸盘移向垃圾袋，并吸住垃圾袋后，吸盘电机78反转控制吸盘72回位，从而将垃圾袋撑开，完成自动上袋的工作。

第七步，程序结束。

本说明书中涉及到的带有序号的命名(如第一连接耳和第二连接耳)只是为了区分技术特征，并不代表各特征之间的位置关系、装配顺序及动作顺序等。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。