垃圾自动拾取方法及垃圾捡拾机器人与流程

本技术涉及机器人控制，特别涉及一种垃圾自动拾取方法及垃圾捡拾机器人。

背景技术：

1、在道路清洁场景中，需要对城市人行道、乡村道路等路面内存在的垃圾进行捡拾。

2、相关技术中，随着环卫工作的智能化升级，道路垃圾捡拾作业逐步由传统的人工捡拾模式转化为自动化作业。

3、但是，相关技术中在利用机器人捡拾垃圾时，机器人需要先行驶至垃圾旁后停止移动，再通过定位驱动机械臂完成拾取，作业效率极低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术旨在提出一种垃圾自动拾取方法，以提高垃圾拾取作业的作业效率。

2、为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：

3、一种垃圾自动拾取方法，应用于垃圾捡拾机器人，该方法包括：

4、在所述垃圾捡拾机器人行进过程中，获取路面图像信息，并识别路面上是否存在垃圾；

5、在存在垃圾的情况下，根据所述路面图像信息确定所述垃圾的位置；

6、基于所述垃圾捡拾机器人与所述垃圾之间的相对运动，对所述垃圾的位置进行补偿，确定目标抓取位置；

7、以抵达所述目标抓取位置为目标，控制所述垃圾捡拾机器人抓取所述垃圾。

8、进一步的，所述基于所述垃圾捡拾机器人与所述垃圾之间的相对运动，对所述垃圾的位置进行补偿，确定目标抓取位置，包括：

9、估计从图像采集时刻至夹爪抵达时刻之间的延迟时长，所述夹爪抵达时刻为所述垃圾捡拾机器人的夹爪抵达所述垃圾所在位置的时刻；

10、确定所述垃圾相对所述垃圾捡拾机器人的相对运动速度；

11、根据所述图像采集时刻下所述垃圾的位置，以及所述相对运动速度，利用预设卡尔曼滤波算法，预测经所述延迟时长后的预测垃圾位置，并将所述预测垃圾位置作为所述目标抓取位置；

12、其中，所述预测垃圾位置为假设所述垃圾以所述相对运动速度移动时，所述垃圾在所述延迟时长后所处的位置。

13、进一步的，所述预测经所述延迟时长后的预测垃圾位置，包括：

14、根据所述路面图像信息，确定目标路面图像帧；

15、针对所述目标路面图像帧，执行卡尔曼滤波迭代处理得到所述目标路面图像帧对应的垃圾状态向量，并根据所述垃圾状态向量与所述延迟时长，确定所述目标路面图像帧对应的预测垃圾位置；

16、其中，所述垃圾状态向量为表示垃圾的位置与相对运动速度的向量。

17、进一步的，所述根据所述垃圾状态向量与所述延迟时长，确定所述目标路面图像帧对应的预测垃圾位置，包括：

18、计算所述延迟时长相对预设图像采样周期的倍数，得到预测步数；

19、利用预设状态转移矩阵、所述目标路面图像帧对应的所述垃圾状态向量，预测经所述预测步数个预设图像采样周期后的垃圾状态向量；

20、根据所述经所述预测步数个预设图像采样周期后的垃圾状态向量，确定所述目标路面图像帧对应的预测垃圾位置；

21、其中，所述预设状态转移矩阵用于表征单个预设图像采样周期下垃圾状态向量的变换关系。

22、进一步的，所述估计从图像采集时刻至夹爪抵达时刻之间的延迟时长，包括：

23、获取传感器前端延时、控制器计算延时、驱动链路通讯延时以及机械动作延时；

24、基于所述传感器前端延时、所述控制器计算延时、所述驱动链路通讯延时以及所述机械动作延时，确定所述延迟时长。

25、进一步的，所述垃圾捡拾机器人包括机器人本体与捡拾执行部，所述捡拾执行部包括水平移动组件、竖直移动组件以及夹爪；

26、其中，所述以抵达所述目标抓取位置为目标，控制所述垃圾捡拾机器人抓取所述垃圾，包括：

27、每隔预设控制周期计算所述水平移动组件的目标水平移动速度，以及所述竖直移动组件的目标竖直移动速度；

28、在预设控制周期内控制所述水平移动组件按所述目标水平移动速度运动，以带动所述夹爪在水平方向上移动，以及控制所述竖直移动组件按所述目标竖直移动速度运动，以带动所述夹爪在竖直方向上移动；

29、直至所述夹爪抵达所述目标抓取位置。

30、进一步的，所述计算所述水平移动组件的目标水平移动速度，以及所述竖直移动组件的目标竖直移动速度，包括：

31、计算当前时刻对应的剩余抓取时间；

32、获取当前时刻的夹爪水平位置和夹爪与地面之间的垂直距离，并获取当前垃圾捡拾机器人的行驶速度；

33、根据所述夹爪水平位置、所述行驶速度以及所述剩余抓取时间，计算当前时刻对应的夹爪水平速度，得到目标水平移动速度；

34、根据所述垂直距离以及所述剩余抓取时间，计算当前时刻对应的夹爪竖直速度，得到目标竖直移动速度。

35、进一步的，所述水平移动组件包括水平设置的第一机械臂与第二机械臂；

36、所述竖直移动组件包括竖直设置的连接杆以及升降驱动机构，所述夹爪固定在所述连接杆的底端，所述升降驱动机构与所述连接杆连接，用于驱动所述连接杆在竖直方向升降；

37、所述第一机械臂与第二机械臂的一端分别与所述机器人本体铰接，所述第一机械臂与所述第二机械臂的另一端分别与所述连接杆垂直转动连接，且所述第二机械臂的转动连接点低于所述第一机械臂与所述连接杆的转动连接点；

38、所述第一机械臂与所述第二机械臂用于带动所述连接杆在水平方向上移动。

39、进一步的，在所述控制所述垃圾捡拾机器人抓取所述垃圾之后，该方法还包括：

40、控制所述竖直移动组件以预设最大上升速度运行，直至所述夹爪上升至预设投放高度；

41、计算当前所述夹爪的位置与预设垃圾箱口位置之间的水平距离，根据所述水平距离、预设水平速度限值以及预设水平加速度限值，计算抵达所述预设垃圾箱口位置的最优过渡时长；

42、控制所述水平移动组件在所述最优过渡时长内令所述夹爪抵达所述预设垃圾箱口位置；

43、在抵达所述预设垃圾箱口位置的情况下，控制所述夹爪释放垃圾。

44、相对于相关技术，本技术至少具有以下优势：

45、本技术的垃圾自动拾取方法，先获取路面图像信息，在存在垃圾的情况下，确定垃圾的位置，之后基于垃圾捡拾机器人与垃圾之间的相对运动对垃圾的位置进行补偿，以补偿后的位置作为目标抓取位置进行垃圾抓取。这样由于目标抓取位置是在垃圾的位置的基础上，考虑垃圾捡拾机器人与垃圾之间的相对运动，进行补偿后得到的，因此不会因捡拾过程中垃圾捡拾机器人移动而导致无法准确抓取到垃圾的情况出现，从而不需要垃圾捡拾机器人停车后再拾取，而可以在垃圾捡拾机器人移动过程中自动完成垃圾的拾取，进而可以提高道路垃圾拾取的作业效率。

46、并且，本实施例中采用卡尔曼滤波算法迭代计算各路面图像帧对应的垃圾状态向量，得到垃圾状态向量的最优估计，实现垃圾的位置的准确识别，进而可以提高利用该垃圾状态向量确定预测垃圾位置的准确度。

47、并且，本实施例的垃圾捡拾机器人的捡拾执行部采用由第一机械臂与第二机械臂共同推动连接杆在水平方向上移动、且采用升降驱动机构带动连接杆在竖直方向上移动的结构，使得在夹爪在水平面内的移动由双臂共同驱动，从而使得其具备极高的刚度和加速度性能，响应速度更快，负载能力更强，适合快速启停工况，并且还可以减小单个机械臂的悬臂梁累积变形的情况出现，从而可以提高定位精度。

48、本技术的另一目的在于提出一种垃圾捡拾机器人，所述垃圾捡拾机器人包括机器人本体、捡拾执行部以及控制器，所述捡拾执行部包括水平移动组件、竖直移动组件以及夹爪，其中，所述控制器包括：

49、存储器，其内存储有计算机程序；

50、处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序，以实现上述的垃圾自动拾取方法。

51、本技术所述的垃圾捡拾机器人通过执行的垃圾自动拾取方法，能够在不停车的情况下实现垃圾的自动拾取，从而有利于提高道路垃圾捡拾作业的作业效率。