專利名稱：一種垃圾分類機器人及其垃圾識別與分類方法
技術領域：
本發明涉及紅外傳感器識別分類的一種垃圾分類機器人及其垃圾識別與分類方法。
背景技術：
目前現有的垃圾分類機器人還沒有正在的實現自動化，智能化。國內甚至全世界還沒有出現正在能夠自動化智能化的垃圾分類機器人問世。現有的圖像處理的技術還不夠成熟而且圖像識別算法繁多，目前目標物體識別都拘泥于圖像處理等軟件識別上，并且圖像處理的結果多少都受到環境、設備等因素的影響，從而導致垃圾分類存在誤差。目前還沒有出現采用硬件設備識別目標物體的技術。

發明內容
為了解決“背景技術中”涉及的難題，本發明提供了一種垃圾分類機器人。一種垃圾分類機器人，其特征在于:包括小車，小車上設有垃圾箱、用于抓取垃圾放入垃圾箱的可旋轉的機械手、智能處理單元；所述機械手上設置有紅外傳感器，小車設置機械手方向上還設置有超聲波傳感器，所述超聲波傳感器、紅外傳感器均與智能處理單元連接。上述方案中，所述垃圾箱由3個垃圾鐵桶相連組成，采用支架支撐，可拆裝。上述方案中，所述智能處理單元包括單片機、液晶顯示屏、A/D轉換器，所述A/D轉換器、液晶顯示器均與單片機連接，所述A/D轉換器連接紅外傳感器和超聲波傳感器。上述方案中，所述紅外線傳感器，固定在機械手下部。上述方案中，所述小車的車輪為兩個驅動車輪和兩個萬向輪。上述方案中，所述小車的動力裝置采用電機，所述電機連接有與單片機相連接的電機驅動器。本發明還提供了一種垃圾分類機器人垃圾識別與分類方法，其特征在于包括以下步驟:
1)、采用紅外傳感器在扇形面積內掃描來檢測目標物體；
2)、在掃描時，如果得到目標物體的距離數據在預設值之間，則檢測到的該值(點)為在掃描的扇形面積內的某一個點，記下該點，重復步驟2)，直到掃描完該扇形面積，此時得到一系列不連續的隨機點，點的總數代表目標物體的寬度；
3)、如果掃描完后記錄下的點數超過最大閥值，說明物體過大，機械手無法抓取，目標物體視為障礙物，進行步驟4，如果這個閥值大于I小于最大閥值，那么就是目標物體，進行步驟5 ;
4)、就開始驅動車輪進行避障，并重新檢測，重復步驟1)-3)動作；
5)、紅外傳感器在扇形面積內再進行一次掃描以確定物體方位，通過掃到得到第一個有效點立刻停止掃描，微調誤差直到定位成功。
6)、定位成功之后根據第一次掃描得到的閥值，進行垃圾分類操作，垃圾可分為塑料瓶，易拉te，牛奶紙質等。上述一種垃圾分類機器人垃圾識別與分類方法方案中，步驟I)和步驟5中所述的扇形面積的角度為-80° ^80°。上述一種垃圾分類機器人垃圾識別與分類方法方案中，所述目標物體的距離數據的預設值為0-8cm。上述一種垃圾分類機器人垃圾識別與分類方法方案中，所述最大閥值為59。與現有技術相比，本發明的有益效果是:
1.采用紅外傳感器硬件識別垃圾并進行分類，具有實時性和獨特新穎性，從而避免了圖像處理所帶來的誤差和識別慢的現象。

2.綜合運用了超聲波和紅外線傳感器，彌補了傳感器本身的誤差。3.整個系統采用自動化、機械化的實現方式，技術含量更高。


圖1為垃圾分類機器人的系統架構 圖2為紅外傳感器識別垃圾的流程 圖1中，I驅動車輪，2鋰電池，3垃圾箱，4萬向輪，5超聲波傳感器，6紅外傳感器，7智能處理器單元，8機械手。
具體實施例方式本發明提供了一種垃圾分類機器人包括機械手，小車底盤，兩個驅動車輪，兩個萬向輪，處理平臺設備，超聲紅外等傳感器，鋰電池和垃圾箱。小車可分為兩層，機械手置于小車底層前部與底片相連接，垃圾箱置于底盤中部，智能處理平臺置于小車上層后部，鋰電池置于小車底層后部，紅外傳感器安裝在機械手上，超聲波傳感器安裝在小車前端。機器人可自動查找識別垃圾，并使用機械手抓取，可分別分類塑料，紙質，易拉罐三種垃圾。如圖1、圖2所示，給系統上電并初始化系統后，下位機詢問上位機是否準備好。如果上位機已準備好。下位機就打開超聲波傳感器進行目標物體檢測。根據超聲波返回的距離來決定小車是前進還是后退。這里的35cm指的是機械手的長度。小車到達預定位置后，下位機機械手的轉盤開始從小車前方-80° ^80°的平面內進行轉動，同時打開安裝在機械爪上的紅外線傳感器，相當于紅外傳感器在-80° ^80°平面內掃描來檢測到的目標物體為障礙物(墻)還是目標物體(垃圾物體)。設定紅外傳感器可以檢測到的最大距離為8cm,也就是物體在小車前方角度-80° ^80°且距離小車在(8+35)cm之內就可以檢測到。在掃描時，如果得到的數據是在O到8cm之間，說明檢測到的該值(點)就是在掃描的扇形面積內的某一個點，記下該點，直到掃描完該扇形面積。根據圖2，如果掃描完后記錄下的點數(閥值)超過59，說明物體過大，機械手無法抓取，故大于59的閥值都視為障礙物。就開始驅動車輪進行壁障，并重新檢測，重復以上動作；如果這個閥值大于I小于59，那么就是目標物體；機械手再進行一次掃描以確定物體方位。確定方位也是通過掃到得到第一個有效點(即在-80° ^80°且距離小車(8+35)cm平面之內)立刻停止掃描，微調誤差直到定位成功。定位成功之后根據第一次掃描得到的閥值，進行垃圾分類操作(垃圾可分為塑料瓶，易拉罐，牛奶紙質等)。機械手根據該結果進行相應的抓取和投放。完成以上流程后，系統檢測是否收到結束信號。如果收到，就結束；如果沒有收到，下位機繼續詢問上位機是否準備好以開始下一次循環。物體檢測模塊的主要部件為超聲波傳感器、紅外線傳感器和A/D轉換器。其中，超聲波傳感器與單片機直接相連并安置在小車的前端，其作用是檢測前方是否有物體。本模塊輸出方式為PWM方式。利用單片機從控制口發一個IOus以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。一有輸出就可以開定時器計時，當此口變為低電平時就可以讀定時器的值，此時就為此次測距的時間，方可算出距離。如此周期性地測量方可移動測距。實時通信模塊
單片機與舵機控制板的通信作用是實現對舵機的動作、狀態的控制。這些指令有舵機移動、執行動作組、脫機運行、讀取2路模擬電壓值等。根據指令的格式，指定指令中每個量的值就可以賦予指令含義。例如舵機移動指令#3P600T1000\r\n，它的含義是單片機告知舵機控制板，要移動3號舵機到脈寬600us，使用時間為1000毫秒。舵機控制板讀取指令后，向3號舵機發送相應脈沖。上下位機通過制定協議來進行通信。上位機將指令發給下位機后，下位機根據制定的通信協議來判斷上位機所發指令的含義，并以此來決定要采取的動作。
權利要求
1.一種垃圾分類機器人，其特征在于:包括小車，小車上設有垃圾箱、用于抓取垃圾放入垃圾箱的可旋轉的機械手、智能處理單元；所述機械手上設置有紅外傳感器，小車設置機械手方向上還設置有超聲波傳感器，所述超聲波傳感器、紅外傳感器均與智能處理單元連接，
2.根據權利要求1所述的垃圾分類機器人，其特征在于:所述智能處理單元包括單片機、液晶顯示屏、A/D轉換器，所述A/D轉換器、液晶顯示器均與單片機連接，所述A/D轉換器連接紅外傳感器和超聲波傳感器。
3.根據權利要求1所述的垃圾分類機器人，其特征在于:所述紅外線傳感器，固定在機械手下部。
4.根據權利要求1所述的垃圾分類機器人，其特征在于:所述小車的車輪為兩個驅動車輪和兩個萬向輪。
5.根據權利要求1所述的垃圾分類機器人，其特征在于:所述小車的動力裝置采用電機，所述電機連接有與單片機相連接的電機驅動器。
6.一種垃圾分類機器人垃圾識別與分類方法，其特征在于包括以下步驟: 1)、采用紅外傳感器在扇形面積內掃描來檢測目標物體； 2)、在掃描時，如果得到目標物體的距離數據在預設值之間，則檢測到的該值(點)為在掃描的扇形面積內的某一個點，記下該點，重復步驟2)，直到掃描完該扇形面積，此時得到一系列不連續的隨機點，點的總數代表目標物體的寬度； 3)、如果掃描完后記錄下的點數超過最大閥值，說明物體過大，機械手無法抓取，目標物體視為障礙物，進行步驟4，如果這個閥值大于I小于最大閥值，那么就是目標物體，進行步驟5 ; 4)、就開始驅動車輪進行避障，并重新檢測，重復步驟I)-3)動作； 5)、紅外傳感器在扇形面積內再進行一次掃描以確定物體方位，通過掃到得到第一個有效點立刻停止掃描，微調誤差直到定位成功。
6)、定位成功之后根據第一次掃描得到的閥值，進行垃圾分類操作。
7.根據權利要求7所述的一種垃圾分類機器人垃圾識別與分類方法，其特征在于:步驟I)和步驟5中所述的扇形面積的角度為-80° ^80°。
8.根據權利要求7所述的一種垃圾分類機器人垃圾識別與分類方法，其特征在于:所述目標物體的距離數據的預設值為0-8cm。
9.根據權利要求7所述的一種垃圾分類機器人垃圾識別與分類方法，其特征在于:所述最大閥值為59。
全文摘要
本發明涉及紅外傳感器識別分類的一種垃圾分類機器人。其主旨在于提供采用硬件設備識別目標物體的小車。一種垃圾分類機器人，其特征在于包括小車，小車上設有垃圾箱、用于抓取垃圾放入垃圾箱的可旋轉的機械手、智能處理單元；所述機械手上設置有紅外傳感器，小車設置機械手方向上還設置有超聲波傳感器，所述超聲波傳感器、紅外傳感器均與智能處理單元連接。本發明采用紅外傳感器硬件識別垃圾并進行分類，具有實時性和獨特新穎性，從而避免了圖像處理所帶來的誤差和識別慢的現象；綜合運用了超聲波和紅外線傳感器，彌補了傳感器本身的誤差；整個系統采用自動化、機械化的實現方式，技術含量更高。
文檔編號B25J5/00GK103143509SQ20131009176
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月21日 優先權日2013年3月21日
發明者于永斌, 符國和, 邢林西, 湯耀澤, 金菊, 金勇 , 屈鴻 申請人:電子科技大學