可更换清扫装置的环卫机器人及其控制方法与流程

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种可更换清扫装置的环卫机器人及其控制方法。

背景技术：

众所周知，环卫工人是一个辛苦而高尚的职业，为了创造良好的生活环境，他们风吹日晒，起早贪黑，每天定时定点的去打扫他们被分配到的固定的一片清扫区域，无论是在炎热的夏天或者寒冷的冬天，他们都不得不坚守在自己的岗位上，恶劣的环境和长时间、高强度的工作对环卫工人的身体是一种极大的伤害。

随着科技的发展，代替环卫工人的环卫机器人也应运而生，目前公开的环卫机器人一般都只有一种清理垃圾的方式，其中比较常见的有吸盘式和抓手式两种，这两种机器人都存在局限性，尤其是在公园或者景区等公共场所，绿化带里的垃圾清理难度比较大，吸盘式的环卫机器人更本无法清理绿化带里的垃圾，垃圾太大也吸不起来，手抓式的环卫机器人虽然可以清理到绿化带里的垃圾，但是效率比较低，并且采用手抓的方式，路面上的体积较小的细屑无法清理。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种可更换清扫装置的环卫机器人及其控制方法，可自动更换清扫装置，以使能够同时清扫绿化带和路面上的垃圾，适用于不同大小的垃圾，且清扫效率高。

第一方面，本发明提供的一种可更换清扫装置的环卫机器人，包括底盘、安装架、机械手臂、清扫装置、垃圾铲和传送机构；所述安装架通过支撑架固定在底盘上且位于底盘上方；所述底盘下方设置有通过驱动电机驱动的移动机构，底盘上面设置有垃圾箱体；所述安装架顶部设置有转台以及控制转台转动的伺服电机，所述机械手臂的第一端安装在转台上，机械手臂的第二端设置有电磁铁；所述清扫装置包括抓手和扫帚，所述抓手包括抓取部以及控制抓取部开合的舵机，所述清扫装置的连接端设置有衔铁，所述衔铁设置有凸体，所述电磁铁设置有与该凸体相匹配的凹槽，清扫时抓手或扫帚与机械手臂连接，所述底盘前端两侧设置有用于放置清扫装置的清扫装置收容器；所述垃圾铲位于底盘的前端中部。

本发明的清扫装置可以跟换，路面垃圾一般采用扫帚进行清扫，当发现绿化带中有垃圾时，则需要将扫帚更换为抓手，以对绿化带中的垃圾进行抓取；清扫装置与机械手臂采用电磁铁固定，更换时，先将扫帚放入对应的清扫装置收容器内，断开电磁铁电路，使扫帚与机械手臂分离，然后将机械手臂对准放置在清扫装置收容器内的抓手，电磁铁通电，使抓手与机械手臂结合在一起，即可完成扫帚与抓手的自动更换，更换方便、快捷；同时，衔铁和电磁铁通过凸体和凹槽结合在一起，使清扫装置和机械手臂的结合更稳固。通过自动更换清扫装置，不仅可以同时清扫绿化带和路面上的垃圾，适用于不同大小的垃圾，而且提高了清扫效率。

进一步地，所述传送机构包括卷扬机、吊绳、液压杆和刮板，所述卷扬机安装在所述安装架顶部，所述吊绳上、下两端分别与所述卷扬机的输出轴和垃圾铲连接，所述液压杆一端固定安装架的前侧，液压杆另一端与后侧的刮板连接，所述刮板用于将垃圾铲内的垃圾推入垃圾箱体。

采用扫帚清扫地面垃圾时，机械手臂挥动扫帚将垃圾扫入垃圾铲中，当垃圾铲内的垃圾数量到达一定数量后，通过卷扬机将垃圾铲和收集到的垃圾一并提升至刮板下，伸长液压杆，推动刮板将垃圾推入垃圾箱体中，然后再将刮板和垃圾铲恢复到原来的位置进行下一个垃圾清扫循环。采用这样的清扫方式，无论是较大的垃圾还是细小的垃圾均能进行清理，同时角落的垃圾也能够清扫干净且清扫的速度较快、效率较高。

进一步地，所述机械手臂包括三节臂体以及连接所述臂体的支架，所述支架为两个底板背靠连接的U形槽，支架一端与所述一臂体固定连接，支架另一端与安装在另一臂体上的舵机的输出轴固定连接。通过这样的方式，以实现机械手臂的活动，非常灵活。

进一步地，所述垃圾铲的左侧、右侧和后侧均设置有挡板，后侧的挡板上端通过转动轴分别与左侧和右侧的挡板可转动地连接。在垃圾的收集和提升的过程中，垃圾铲的左侧、右侧和后侧的挡板能防止垃圾散落，同时，向垃圾箱体卸垃圾时，推动垃圾使后侧的挡板被顶起来并绕上端的转动轴转动，使垃圾通过后侧的挡板进入垃圾箱体中，卸完后自动回位。

进一步地，所述转台上安装有摄像装置，所述垃圾铲的底板上设置有压力传感器。转台上安装有摄像装置，转台转动时，摄像装置和机械手臂同时转动，可对目标垃圾进行实时观测，垃圾铲的底板上设置有压力传感器，能自动感知垃圾铲内垃圾的数量。

进一步地，还包括主机，所述主机安装在底盘内，主机包括控制模块、定位模块、储存模块和通信模块，所述控制模块用于采集信息并发出控制信号，控制模块输入端与所述定位模块、压力传感器和摄像装置连接，控制模块输出端与所述移动机构驱动电机、机械手臂伺服电机、机械手臂舵机、抓手舵机、电磁铁控制开关、传送机构卷扬机和传送机构液压杆信号连接连接，所述储存模块和通信模块分别与控制模块连接，储存模块用于存储信息，通信模块用于与远程服务器通信。

获取定位模块定位信息、摄像装置摄取的图像信息以及压力传感器信息并传输给控制模块，控制模块控制移动机构驱动电机、机械手臂伺服电机、机械手臂舵机、抓手舵机、电磁铁控制开关、传送机构卷扬机和传送机构液压杆作出相应的动作，以完成垃圾清扫和清扫装置更换的智能控制，并且还可以通过储存模块记录并储存信息，通过通信模块与远程服务器通信并实现远程监控，从而实现垃圾清扫的智能化控制。

进一步，所述主机还包括与所述控制模块连接的通信模块，所述通信模块用于与远程服务器通信。通信模块用于与远程服务器通信，以实现对该环卫机器人的远程监控。

第二方面，本发明提供的一种可更换清扫装置的环卫机器人的控制方法，所述清扫装置为扫帚且清扫地面上的垃圾时，执行下步骤：

步骤一，划分清扫区域为多个网格区域，对网格区域进行编号并将其坐标储存在储存模块中；

步骤二，获取当前坐标和目标网格区域的坐标信息，计算出行驶路线并控制驱动电机行驶至该网格区域；

步骤三，获取该坐标网格区域的图像信息并进行分析，当没有发现目标垃圾时，进入步骤四，当发现目标垃圾时，进入步骤五；

步骤四，获取下一网格区域的坐标信息，控制移动机构驱动电机行驶至下一网格区域，然后返回步骤三；

步骤五，分析与目标垃圾的相对位置关系，计算出与目标垃圾的距离和角度；

步骤六，控制机械手臂伺服电机和舵机，使机械手臂旋转相应的角度并伸长相应的距离，将目标垃圾扫入垃圾铲中；

步骤七，获取压力传感器的信息，压力达到设定阈值时，进入步骤八，未达到设定阈值时，返回步骤三；

步骤八，控制传送机构卷扬机转动，将垃圾铲提升至刮板高度；

步骤九，控制传送机构液压杆伸长，将垃圾铲内的垃圾推至后侧的垃圾箱体中；

步骤十，控制传送机构卷扬机转动，将垃圾铲放回到地面上，然后返回步骤三。

本发明提供的可更换清扫装置的环卫机器人可自动对划分的网格区域逐一进行清扫，清扫路线清晰，不会造成路线重复；同时在采用扫帚的清扫过程中，能自动实现机器人的移动、垃圾的识别、垃圾的清扫以及垃圾的传送全过程，从而实现该环卫机器人的智能化控制。

进一步地，对获取的图像信息进行分析后，若发现垃圾位于绿化带中时，执行以下步骤：

步骤一，控制机械手臂伺服电机和舵机，将扫帚放入对应的清扫装置收容器内；

步骤二，断开电磁铁控制开关，使扫帚与机械手臂分离；

步骤三，控制机械手臂伺服电机和舵机，将机械手臂的电磁铁对准抓手的衔铁；

步骤四，闭合电磁铁控制开关，通过电磁铁与衔铁的吸引力使机械手臂与抓手固定在一起；

步骤五，控制机械手臂伺服电机和舵机，使抓手的抓取部对准目标垃圾，并控制抓手舵机对目标垃圾进行抓取；

步骤六，控制机械手臂伺服电机和舵机，将抓取的垃圾移至垃圾箱体上侧，并控制抓手舵机松开抓手的抓取部，将垃圾放入垃圾箱体中。

通过上诉步骤，可实现本发明清扫装置的自动更换以及绿化带垃圾的自动清理，更换方便、快捷，并且能够实现整个过程的智能化控制。

本发明的有益效果是：可自动更换清扫装置，以使能够同时清扫绿化带和路面上的垃圾，适用于不同大小的垃圾，且清扫效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的机械手臂和清扫装置的拆分示意图；

图3为本发明实施例的机械手臂连接结构示意图；

图4为本发明实施例的垃圾铲结构示意图；

图5为本发明实施例的控制原理图；

图6为本发明实施例采用扫帚清扫时的控制方法流程图；

图7为本发明实施例更换抓手及清扫的控制方法流程图。

附图中，1表示底盘；2表示安装架；21表示支撑架；3表示机械手臂；31表示转台；32表示电磁铁；321表示凹槽；33表示臂体；34表示支架；4表示清扫装置；41表示扫帚；42表示抓手；421表示抓取部；43表示衔铁；431表示凸体；5表示垃圾铲；51表示挡板；61表示卷扬机；62表示吊绳；63表示液压杆；64表示刮板；7表示移动机构；8表示垃圾箱体；9表示摄像装置；10表示清扫装置手容器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

第一方面，如图1所示，本发明实施例提供了一种可更换清扫装置的环卫机器人，包括底盘1、安装架2、机械手臂3、清扫装置4、垃圾铲5、传送机构和主机，安装架2通过支撑架21固定在底盘1的前端且位于底盘1上方，垃圾铲5位于底盘1的前端，支撑架21挡在垃圾铲5后面，防止垃圾铲5晃动；底盘1下设置有通过驱动电机驱动的移动机构7，为了更好的适应地形，移动机构7优选为履带轮移动机构7，底盘1上面放置有垃圾箱体8，主机安装在底盘1内。

如图1和图2所示，安装架2顶部设置有转台31以及控制转台31转动的伺服电机，机械手臂3的第一端安装在转台31上，机械手臂3的第二端设置有电磁铁32；清扫装置4包括抓手42和扫帚41，抓手42包括抓取部421以及控制抓取部421开合的舵机，清扫装置4的连接端设置有衔铁43，衔铁43设置有凸体431，电磁铁32设置有与该凸体431相匹配的凹槽321，清扫时抓手42或扫帚41与机械手臂3连接，另外，底盘1前端两侧设置有用于放置清扫装置4的清扫装置收容器10。

路面垃圾一般采用扫帚41进行清扫，当发现绿化带中有垃圾时，则需要将扫帚41更换为抓手42，以对绿化带中的垃圾进行抓取；清扫装置4与机械手臂3采用电磁铁32固定，更换时，先将扫帚41放入对应的清扫装置收容器10内，断开电磁铁32电路，使扫帚41与机械手臂3分离，然后将机械手臂3对准放置在清扫装置收容器10内的抓手42，电磁铁32通电，使抓手42与机械手臂3结合在一起，即可完成扫帚41与抓手42的自动更换，更换方便、快捷；同时，衔铁43和电磁铁32通过凸体431和凹槽321结合在一起，使清扫装置4和机械手臂3的结合更稳固。通过自动更换清扫装置4，不仅可以同时清扫绿化带和路面上的垃圾，适用于不同大小的垃圾，而且提高了清扫效率。

如图3所示，机械手臂3包括三节臂体33以及连接臂体33的支架34，支架34为两个底板背靠连接的U形槽，支架34一端与一臂体33固定连接，支架34另一端与安装在另一臂体33上的舵机的输出轴固定连接，这样通过伺服电机和舵机控制机械手臂3水平转动和上下弯曲活动，可灵活地挥动扫帚41清扫垃圾。

如图4所示，垃圾铲5的左侧、右侧和后侧均设置有挡板51，能防止垃圾在收集和提升的过程中散落，后侧的挡板51上端通过转动轴分别与左侧和右侧的挡板51可转动地连接，向垃圾箱体8卸垃圾时，推动垃圾使后侧的挡板51被顶起来并绕上端的转动轴转动，使垃圾通过后侧的挡板51进入垃圾箱体8中，卸完后自动回位。

传送机构包括卷扬机61、吊绳62、液压杆63和刮板64，卷扬机61安装在安装架2顶部，吊绳62上、下两端分别与卷扬机61的输出轴和垃圾铲5连接，液压杆63一端固定安装架2的前侧，液压杆63另一端与后侧的刮板64连接，刮板64用于将垃圾铲5内的垃圾推入垃圾箱体8，采用这样的方式，以实现垃圾的垂直和水平传送。

采用扫帚41清扫地面垃圾时，机械手臂3挥动扫帚41将垃圾扫入垃圾铲5中，当垃圾铲5内的垃圾数量到达一定数量后，通过卷扬机61将垃圾铲5和收集到的垃圾一并提升至刮板64下，伸长液压杆63，推动刮板64将垃圾推入垃圾箱体8中，然后再将刮板64和垃圾铲5恢复到原来的位置进行下一个垃圾清扫循环。采用这样的清扫方式，无论是较大的垃圾还是细小的垃圾均能进行清理，同时角落的垃圾也能够清扫干净且清扫的速度较快、效率较高。

此外，转台31上安装有摄像装置9，垃圾铲5的底板上设置有压力传感器，如图5所示，主机包括控制模块、定位模块、储存模块和通信模块，控制模块用于采集信息并发出控制信号，控制模块输入端与定位模块、压力传感器和摄像装置9连接，控制模块输出端与移动机构驱动电机、机械手臂伺服电机、机械手臂舵机、抓手舵机、电磁铁控制开关、传送机构卷扬机61和传送机构液压杆63信号连接连接，储存模块和通信模块分别与控制模块连接，储存模块用于存储信息，通信模块用于与远程服务器通信。通过获取定位模块定位信息、摄像装置9摄取的图像信息以及压力传感器信息并传输给控制模块，控制模块控制移动机构驱动电机、机械手臂伺服电机、机械手臂舵机、抓手舵机、电磁铁控制开关、传送机构卷扬机61和传送机构液压杆63作出相应的动作，以完成垃圾清扫和清扫装置4更换的智能控制，并且还可以通过储存模块记录并储存信息，通过通信模块与远程服务器通信并实现远程监控，从而实现垃圾清扫的智能化控制。

第二方面，如图6所示，本发明实施例提供了一种可更换清扫装置的环卫机器人的控制方法，清扫装置4为扫帚41且清扫地面上的垃圾时，执行下步骤：

步骤一，划分清扫区域为多个网格区域，对网格区域进行编号并将其坐标储存在储存模块中；

步骤二，获取当前坐标和目标网格区域的坐标信息，计算出行驶路线并控制驱动电机行驶至该网格区域；

步骤三，获取该坐标网格区域的图像信息并进行分析，当没有发现目标垃圾时，进入步骤四，当发现目标垃圾时，进入步骤五；

步骤四，获取下一网格区域的坐标信息，控制移动机构驱动电机行驶至下一网格区域，然后返回步骤三；

步骤五，分析与目标垃圾的相对位置关系，计算出与目标垃圾的距离和角度；

步骤六，控制机械手臂伺服电机和舵机，使机械手臂3旋转相应的角度并伸长相应的距离，将目标垃圾扫入垃圾铲5中；

步骤七，获取压力传感器的信息，压力达到设定阈值时，进入步骤八，未达到设定阈值时，返回步骤三；

步骤八，控制传送机构卷扬机61转动，将垃圾铲5提升至刮板64高度；

步骤九，控制传送机构液压杆63伸长，将垃圾铲5内的垃圾推至后侧的垃圾箱体8中；

步骤十，控制传送机构卷扬机61转动，将垃圾铲5放回到地面上，然后返回步骤三。

本发明实施例提供的可更换清扫装置的环卫机器人可自动对划分的网格区域逐一进行清扫，清扫路线清晰，不会造成路线重复；同时在采用扫帚41的清扫过程中，能自动实现机器人的移动、垃圾的识别、垃圾的清扫以及垃圾的传送全过程，从而实现该环卫机器人的智能化控制。

如图7所示，进一步地，对获取的图像信息进行分析后，若发现垃圾位于绿化带时，执行以下步骤：

步骤一，控制机械手臂伺服电机和舵机，将扫帚41放入对应的清扫装置收容器10内；

步骤二，断开电磁铁控制开关，使扫帚41与机械手臂3分离；

步骤三，控制机械手臂伺服电机和舵机，将机械手臂3的电磁铁32对准抓手42的衔铁43；

步骤四，闭合电磁铁控制开关，通过电磁铁32与衔铁43的吸引力使机械手臂3与抓手42固定在一起；

步骤五，控制机械手臂伺服电机和舵机，使抓手42的抓取部421对准目标垃圾，并控制抓手舵机对目标垃圾进行抓取；

步骤六，控制机械手臂伺服电机和舵机，将抓取的垃圾移至垃圾箱体8上侧，并控制抓手舵机松开抓手42的抓取部421，将垃圾放入垃圾箱体8中。

通过上诉步骤，可实现本发明实施例清扫装置4的自动更换以及绿化带垃圾的自动清理，更换方便、快捷，并且能够实现整个过程的智能化控制。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。