一種新型垃圾處理機械手系統及其智能控制方法與流程

本發明涉及一種新型垃圾處理機械手系統及其智能控制方法，適用于環保領域。

背景技術：

據國家旅游局發布的《中國旅游業統計公報》統計，2010年至2013年，國內旅游人數分別為21．03億、26．41億、29．57億、32．62億，國內旅游人數的快速增長一定程度上體現了旅游業總體的快速發展。然而，旅游垃圾也隨著旅游人數的增長而成正比增長。以礦泉水瓶、易拉罐、飲料罐(鍍錫鐵)、玻璃瓶為主的瓶罐類垃圾是旅游垃圾的主要組成部分之一，均屬于可回收類垃圾，而人工將這些瓶罐從旅游垃圾中分揀出來并進行分類，不僅勞動量大，而且效率較低，另外，旅游垃圾中的有害物質也會損害工人的身體健康。故本文提出一種能夠將上述瓶罐從旅游垃圾中分揀并自動進行分類的機械手系統，通過智能化控制實現全自動地高效作業。

技術實現要素：

本發明提出了一種新型垃圾處理機械手系統及其智能控制方法，其中設置兩套結構相同的四自由度機械手，機械手的末端執行器采用交錯布置的三根夾爪。智能控制方法，首先采用攝像機確定目標瓶罐的位姿．然后在機械手靠近目標瓶罐的過程中加入模糊控制．保證對目標瓶罐的準確夾持，最后通過紅外傳感器來識別夾持瓶罐的種類。采用該智能控制方法控制上述機械手系統，能夠將旅游垃圾中的瓶罐高效準確地分揀出來并進行分類。

本發明所采用的技術方案是：

所述機械手系統中設置兩個結構相同的機械手同時工作，每個機械手在三個方向上的移送均采用氣缸驅動，并加入了一轉動自由度，機械手的末端執行器采用三根交錯布置的夾爪。智能控制系統中加入模糊控制，并通過紅外傳感器快速識別夾持瓶罐的種類。

所述械手系統整體結構主要包括支架、兩個機械手、傳送帶、八個分類箱、八個分類板。機械手結構相同，均為四自由度機械手。支1包括4根支柱和根橫梁。其中一對相對設置的橫梁上分別設置有X向導軌，每個X向導軌上均設有兩個X向滑塊，四個X向驅動氣缸分別固定在上述一對相對設置的橫梁1b的兩端。兩Y向臂與另外一對橫梁平行設置，并且每個Y向臂分別與兩對應X向滑塊固接。Y向臂上設置有Y向導軌和Y向驅動氣缸，Y向導軌上設置一Y向滑塊。

Y向滑塊一側固定安裝有向旋轉電機，與輸出軸止轉連接的齒輪與齒輪嚙合。齒輪與Z向旋轉軸止轉連接，Z向旋轉軸通過與Y向滑塊固定連接的上連接塊和下連接塊而保持。Z向旋轉軸下端,與連接座的背板止轉連接，連接座的橫板固接在背板的下端，橫板上固定有Z向驅動氣缸，并且設置有兩個導向孔。安裝座包括頂板和兩支撐板，頂板上設置兩根導向柱。傳送帶沿X向設置在支架內，間歇性地輸送旅游垃圾。八個分類箱3均布在傳送帶兩側，分類板設置在傳送帶和分類箱之間，并且分類板靠近傳送帶的一側高于與靠近分類箱的一側，從而在末端執行器將夾持瓶罐在分類板上松開時，瓶罐在自重作用下滑人對應分類箱。

所述機械手采用3根交錯設置的夾爪提高了對瓶罐夾持的有效性。末端執行器包括夾持氣缸、雙面齒條、齒輪和以及三根夾爪。夾持氣缸的活塞桿與雙面齒條一端固接，齒輪分別與齒輪軸和止轉連接，齒輪軸轉動連接在兩支撐板之間．且齒輪分別與雙面齒條的其中一面嚙合。兩根夾爪與齒輪軸止轉連接，并且位于齒輪的兩側，另外一根夾爪與齒輪軸止轉連接，且該夾爪與齒輪在齒輪軸上的位置相對應。

訴述智能控制系統包括圖像采集模塊、圖像處理模塊、路徑規劃模塊、種類識別模塊、運動控制模塊、傳感器模塊。圖像采集模塊由安裝在與Y向臂平行的兩橫梁上的六個攝像機以及安裝在安裝座上的攝像機組成。傳感器模塊包括安裝在各夾爪上的壓力傳感器以及安裝在安裝座上的紅外傳感器。

所述路徑規劃模塊根據坐標值最小瓶罐的位姿信息以及機械手當前的位置及姿態信息規劃機械手的夾持運動路徑，并發送至運動控制模塊，控制機械手各向驅動氣缸以及Z向旋轉電機的運動。同時，路徑規劃模塊根據坐標值最大瓶罐的位姿信息以及機械手當前的位置及姿態信息規劃機械手的夾持運動路徑，并發送至運動控制模塊。控制機械手b各向驅動氣缸以及Z向旋轉電機的運動。

本發明的有益效果是：系統結構簡單，響應快，便于控制，提高了夾持的有效性。采用上述智能控制系統，使機械手能夠準確到達目標瓶罐，并實現自動分類。解決了旅游垃圾中瓶罐分揀及分類的問題．為旅游業的健康發展提供了技術支撐。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的機械手整體結構圖。

圖2是本發明的A處局部放大圖。

圖3是本發明的末端執行器結構圖。

圖4是本發明的末端執行器B處局部放大圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

械手系統整體結構主要包括支架1、兩個機械手a和b、傳送帶2、八個分類箱3、八個分類板4。機械手a和b結構相同，均為四自由度機械手。支架1包括4根支柱1a和4根橫梁1b．其中一對相對設置的橫梁1b上分別設置有X向導軌5．每個X向導軌5上均設有兩個X向滑塊6，四個X向驅動氣缸7分別固定在上述一對相對設置的橫梁1b的兩端。兩Y向臂8與另外一對橫梁1b平行設置，并且每個Y向臂8分別與兩對應X向滑塊6固接。Y向臂8上設置有Y向導軌9和Y向驅動氣缸10，Y向導軌9上設置一Y向滑塊1l。

如圖1，Z向旋轉軸14下端,與連接座18的背板18a止轉連接，連接座18的橫板18b固接在背板18a的下端，橫板18b上固定有Z向驅動氣缸19，并且設置有兩個導向孔。安裝座21包括頂板21a和兩支撐板21b，頂板21a上設置兩根導向柱。傳送帶2沿X向設置在支架1內，間歇性地輸送旅游垃圾。八個分類箱3均布在傳送帶2兩側，分類板4設置在傳送帶2和分類箱3之間，并且分類板4靠近傳送帶2的一側高于與靠近分類箱3的一側，從而在末端執行器20將夾持瓶罐在分類板4上松開時，瓶罐在自重作用下滑人對應分類箱3。

如圖2，Y向滑塊11一側固定安裝有Z向旋轉電機12，與輸出軸止轉連接的齒輪與齒輪15嚙合。齒輪15與Z向旋轉軸14止轉連接，Z向旋轉軸14通過與Y向滑塊11固定連接的上連接塊16和下連接塊17而保持。

如圖3所示，采用3根交錯設置的夾爪提高了對瓶罐夾持的有效性。末端執行器包括夾持氣缸201、雙面齒條202、齒輪203和204以及三根夾爪205。夾持氣缸201的活塞桿與雙面齒條202一端固接，齒輪203和204分別與齒輪軸206和207止轉連接，齒輪軸206和207轉動連接在兩支撐板21b之間．且齒輪203和204分別與雙面齒條202的其中一面嚙合。兩根夾爪205與齒輪軸206止轉連接，并且位于齒輪203的兩側，另外一根夾爪205與齒輪軸207止轉連接，且該夾爪與齒輪204在齒輪軸207上的位置相對應。

智能控制系統包括圖像采集模塊、圖像處理模塊、路徑規劃模塊a和b、種類識別模塊a和b、運動控制模塊a和b、傳感器模塊。圖像采集模塊由安裝在與Y向臂平行的兩橫梁1b上的六個攝像機a以及安裝在安裝座21上的攝像機b組成。傳感器模塊包括安裝在各夾爪上的壓力傳感器以及安裝在安裝座21上的紅外傳感器。