智能垃圾分拣机器人的制作方法

1.本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及智能垃圾分拣机器人。


背景技术：

2.随着我国经济的快速发展，城市化进程逐步加快，人民生活水平日益提高且环保意识增强，垃圾的处理越来越受到重视，因此本领域开发了各类的垃圾机器人。目前市场上较多的是扫地机器人，主要应用于室内环境，针对室外垃圾进行分拣设备很少，特别是垃圾处理厂等需要进行分拣，对垃圾进行分拣，保护资源的充分利用。一般情况下垃圾场堆积了各类的垃圾，人工分拣时存在一定的安全隐患，同时由于垃圾堆积气味较重，工作环境较为恶劣，对工人的身体健康也存在影响。
3.现有技术方案：对抓取和投放的单块垃圾送入小型识别仓，进行识别后通过机械杆推入相应垃圾桶内，一次识别一个垃圾，然后进行下一次识别，垃圾桶满后通过程序内建的地图自动巡航至垃圾站进行卸货，把已满的垃圾桶交互给一个小型的倾倒装置，然后换上空的垃圾桶继续工作；硬件：采用内置独立的cnn卷积神经网络运算单元、内置apu，具有单元处理快速傅里叶变换的fft运算单元的处理器，使用深度学习框架；程序：识别方面——使用大量单个垃圾的图片集，对神经网络进行训练，提高准确率，当投放使用后有识别不了的垃圾被人工远程辅助识别从而提高识别率；巡航方面——对特定新场景使用超声波测距和双目测距进行快速建模，并将地图储存，通过特定算法自动分配巡航路线。
4.现有技术的缺点：
①
、双目测距用到的设备较多，在没有主动光、环境较暗的时候，会因为看不清而误差很大；
②
、机械臂和移动小车基于一体，小车运输垃圾需要配合机械臂同时巡航，工作效率较低；
③
、小车没有终端控制，在出现故障时不能及时停止工作。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的智能垃圾分拣机器人。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
7.智能垃圾分拣机器人，包括驾驶小车和机械臂，所述驾驶小车上设置有驱动模块、感知模块、采集模块、音频模块和惯性测量单元，所述驾驶小车上设置有第一嵌入式计算平台，所述第一嵌入式计算平台上设置有usb2.0接口、用于音频输出信号和参考信号输入的模拟量信号接口，以及用于imu通信的uart接口，所述机械臂为并联机械臂，机械臂包含四个关节，且前三个关节均通过步进电机连接，且步进电机上固定安装有减速电机，第四个关节通过舵机连接，所述机械臂的底部设置有底层控制器，机械臂的一侧上固定安装有单目相机，机械臂内设置有第二嵌入式计算平台，所述第一嵌入式计算平台和第二嵌入式计算平台均集成有arm架构处理器和geforce gpu，所述机械臂内还设置有电源。
8.优选的，所述驱动模块包括安装在驾驶小车底部四角上的驱动电机，驱动电机的输出轴上固定安装有轮子。
9.优选的，所述感知模块为安装在驾驶小车上的激光雷达，激光雷达分雷达本体、usb转接线和usb type
‑
c数据线，且激光雷达内部集成电机控制器，usb type
‑
c数据线连接激光雷达和驾驶小车的工控机，usb转接板有两个接口，即usb_data和usb_pwr。
10.优选的，所述采集模块为安装在驾驶小车上的采集相机，所述音频模块为安装在驾驶小车上的麦克风阵列，麦克风阵列由多个声学传感器组成，且麦克风阵列采用平面式分布结构，由六个麦克风相间六十度环形布置。
11.优选的，所述惯性测量单元安装在驾驶小车上，惯性测量单元内装有三轴的陀螺仪和三个方向的加速度计。
12.优选的，所述第一嵌入式计算平台上集中有软件架构、通用软件组件、tensorrt和deepstream，软件架构为ros，且版本为melodic，里面预装有ros基础工具roscpp、rospy、roscore，通用软件组件为cuda。
13.本实用新型中，所述智能垃圾分拣机器人，采用激光雷达进行建图、避障和导航，配合slam建图、move_base导航等，可实现精准定位和导航；小车与机械臂分离，更加灵活，小车运输垃圾时不需配合机械臂同时巡航，进一步提高了工作效率；可以采用上位机通过局域网通信控制小车工作，在必要时可以对小车进行急停和中断其工作。
附图说明
14.图1为本实用新型提出的智能垃圾分拣机器人的结构示意图。
具体实施方式
15.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
16.参照图1，智能垃圾分拣机器人，包括驾驶小车和机械臂，所述驾驶小车上设置有驱动模块、感知模块、采集模块、音频模块和惯性测量单元，所述驾驶小车上设置有第一嵌入式计算平台，所述第一嵌入式计算平台上设置有usb2.0接口、用于音频输出信号和参考信号输入的模拟量信号接口，以及用于imu通信的uart接口，所述机械臂为并联机械臂，机械臂包含四个关节，且前三个关节均通过步进电机连接，且步进电机上固定安装有减速电机，第四个关节通过舵机连接，所述机械臂的底部设置有底层控制器，机械臂的一侧上固定安装有单目相机，机械臂内设置有第二嵌入式计算平台，所述第一嵌入式计算平台和第二嵌入式计算平台均集成有arm架构处理器和geforcegpu，所述机械臂内还设置有电源。
17.本实用新型中，所述驱动模块包括安装在驾驶小车底部四角上的驱动电机，驱动电机的输出轴上固定安装有轮子。
18.本实用新型中，所述感知模块为安装在驾驶小车上的激光雷达，激光雷达分雷达本体、usb转接线和usb type
‑
c数据线，且激光雷达内部集成电机控制器，usb type
‑
c数据线连接激光雷达和驾驶小车的工控机，usb转接板有两个接口，即usb_data和usb_pwr。
19.本实用新型中，所述采集模块为安装在驾驶小车上的采集相机，所述音频模块为安装在驾驶小车上的麦克风阵列，麦克风阵列由多个声学传感器组成，且麦克风阵列采用平面式分布结构，由六个麦克风相间六十度环形布置。
20.本实用新型中，所述惯性测量单元安装在驾驶小车上，惯性测量单元内装有三轴的陀螺仪和三个方向的加速度计。
21.本实用新型中，所述第一嵌入式计算平台上集中有软件架构、通用软件组件、tensorrt和deepstream，软件架构为ros，且版本为 melodic，里面预装有ros基础工具roscpp、rospy、roscore，通用软件组件为cuda。
22.本实用新型中，激光雷达：智能小车在一个环境中顺利移动的前提是能够对环境有“感知”，比如障碍物的位置信息、可通行区域的大小，即智能小车需要地图信息的指引。使用激光雷达的目的正是用于构建地图的，它可以帮助机器人识别可通行区域并进行导航。雷达分为雷达本体、usb转接线和usb type
‑
c数据线。激光雷达内部集成电机驱动，可实现对电机的停转控制和电机控制。usb type
‑
c数据线连接激光雷达和小车的工控机或其他pc；usb转接板有两个接口，即usb_data和usb_pwr。usb_data实现usb转uart以及供电的功能，其在方便雷达与工控机间的互联网的同时，还支持串口dtr信号对雷达电机的转停控制。
23.通过采集相机，机器人可以获得外部环境的具有纹理及颜色信息的3d信息，这是普通单线激光雷达所不能代替的，获取到的图像经过不同的处理可以得到不同的信息，如经过目标检测或场景分割，机器人可以识别到前方路标和可通行区域；经过场景分类，机器人可以根据路线标志的“弯”或“直”的程序来决定当前是往哪个方向行走。此外，机器人利用相机还可以实现人体检测和追踪等功能。
24.麦克风阵列是由一定数目的声学传感器组成，对声场的空间特性进行采样并处理的系统。小车上采用的麦克风阵列采用平面式分布结构，由6个麦克风相间60度环形布置实现，可实现360度等效拾音，唤醒分辨率1度。该阵列区别于普通麦克风的地方在于其不仅可以获取音频文件，还具备声源定位、回声消除、降噪等功能。在有噪音的环境，可极大程度上获取较清晰的降噪音频。
25.惯性测量单元：测量物体三轴姿态角以及加速度的装置。imu内装有三轴的陀螺仪和三个方向的加速度计，可以用于测量物体三维空间中的角速度和加速度，并以此来解算出物体的姿态。在智能小车上，利用imu来获取机器人当前位置和姿态，用于在地图中进行定位。
26.底层控制器：主要用于控制电机运动，读取电机状态以及电源管理。底层控制器为arduino2560，其主要用于完成机械臂电机、蜂鸣器的控制器，传感数据的读取，简单的运动规划。它控制机械臂执行什么样的动作取决于其通过串口接收到的指令。
27.单目相机用于彩色花画面，通过相机，机器人可以获取外部环境的具有纹理及颜色的3d信息。获取到的图像经过不同的处理可以得到不同的信息，在机械臂中，经过目标检测或场景分割，相机可以指引机械臂进行码垛等操作。
28.第二嵌入式计算平台：对传感器的数据进行分析处理并作出决策。上位机不仅完成与下位机的通信，还可用于完成语音识别、图像处理、机械臂避障以及机器学习等复杂功能，该平台集成了arm架构处理器和geforce gpu，可以面向便携设备提供高性能、低功耗的体验。
29.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用
新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。