一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置的制作方法

本发明涉及一种应用于宠物卫生领域的智能硬件，具体是一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置。

背景技术：

随着国内小康群体的不断增多，养宠物也成为了一种时尚，尤其是猫作为一种非常萌的室内宠物，广泛被大众喜爱，猫是一种非常爱干净的动物，其上厕所基本在猫砂之中并多会掩埋，而粪便与猫砂会发生结块，猫砂结块虽然比较好打理，但由于猫的粪便非常臭，所以需要及时清理且过程并不令人舒适，随着信息技术发展和摩尔定律推动，智能化的浪潮已经渗透到我们生活的各个方面，尤其是机器视觉技术和机械臂均开始广泛进入工业领域，这是因为工业领域的场景相对标准化，对于民用领域，机器视觉还没有过多涉足，但这里，猫砂的清理事实上是一个非常标准化的场景，同时也是人们反感去做的场景，利用深度学习算法训练结合机器视觉可以很好的从猫砂中识别猫砂结块，再结合机械臂可以很好的去模拟人铲猫砂的动作，尽管近几年市面上已经出现了一些智能猫砂盆，但大多是基于球状旋转式，占地面积和体积均很大，堪比一台洗衣机，不太适用于广大中国公寓家庭，而采用机械臂的解决方案非常小型化，不会给家庭增加额外的摆放负担，而且相比之下，采用机械臂方案所消耗塑料等原材料会大大减少，不但极大的减少环保压力也可以成本更加低廉。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种可以减少异味且不需要人来打理的智能猫厕所，从而为广大养猫家庭带来极大的便利。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置，包括机械臂、承载或固定装置、图像传感器、处理器及配套电路板、电源等主要核心部件，亦可包含猫砂盆和配套储存空间。

所述机械臂包括但不限于关节式机械臂，转动部件包括但不限于舵机、永磁电机、直流无刷电机等机电装置；机械臂结合所述承载或固定装置可以对猫砂结块或屎块等异物进行移动，使其从猫砂中分离出来，所述承载或固定装置包括但不限于铲子、夹子、爪子、机械手等夹具或载具。作为最优的，铲子上设有网孔，可以使得干净的猫砂漏回盆内。当猫砂结块埋在猫砂下面时，机械臂可以配合承载或固定装置对猫砂进行耙或刮的动作，清理完毕后亦可对猫砂面进行耙或刮直至猫砂平整。

所述图像传感器可以观察到整个盆内情况，结合处理模块上搭载的机器视觉算法可以对盘内异物进行定位，并控制机械臂完成转运。作为最优的，图像传感器可以是cmos图像传感器或者红外成像传感器。

作为改进，所述配套储存空间平时处于密闭状态，而在机械臂需要其开启时可以自动开启，其亦可集成自动打包功能，在人们需要倾倒时可以自动打包，该打包功能仅作为产品潜在功能描述而不在本发明要求内。

作为改进的，本发明可以利用机器视觉或者红外传感器来感知猫进出猫砂盆，从而当猫在盘内时机械臂停止工作，当猫进出猫砂盆后，若发现猫砂结块则进行清理，若没有发现猫砂结块则控制模块可以控制机械臂对猫砂进行耙刮动作，将隐藏的猫砂结块耙至表面，若依然没有发现猫砂结块则机械臂回到初始态并停止工作。

附图说明

图1为本发明一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置的一种实施方式待机状态效果图。

图2为本发明一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置的一种实施方式铲动作效果图。

图3为本发明一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置的一种实施方式倾倒过程效果图。

图4为本发明一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置的一种实施方式倾倒过程效果图。

图5为本发明一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置的一种实施方式机械手与铲子方式示例图。

如图所示：1、机械臂，1.1、关节（电机），2、铲子，3、cmos图像传感器，4、密闭垃圾桶、5、猫砂盆。

具体实施方式

下面将结合附图1-5对本发明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发明的一种实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

所述机械臂1上设有自由度电机1.1从而可以实现类似人胳膊的自由动作，所述电机1.1包括但不限于永磁电机、舵机、伺服电机、直流无刷电机等机电装置。所述2载具或夹具以铲子为代表，结合1机械臂可以对盆内任意区域进行铲的动作，从而可以将5猫砂盆内区域中的猫砂结块分离并运送至4特定收纳容器。

所述3图像传感器配合搭载有机器视觉算法的处理器模块可以实现对5猫砂盆内情况的监控，当发现5猫砂盆内有猫砂结块（尿液块或屎块）时，可以控制1机械臂和2铲子对其进行清理，亦可通过3图像传感器感知猫是否在盘内，猫是否进出5猫砂盆并是否有排便动作。

作为本实施例较佳实施方案的是所述配套4密闭垃圾桶平时处于密闭状态，而在机械臂需要其开启交互时可以自动开启，其亦可集成自动打包功能，在人们需要倾倒时可以自动打包。

作为本实施例较佳实施方案的是本发明可以采用低功耗设计，整体装置处于待机状态时摄像头关闭，处理器处于低功耗模式；当猫咪进出猫砂盆后，装置通过红外感应传感器进行唤醒，此时3摄像头开启，工作完毕后回到低功耗状态，低功耗模式下本发明可以采用电池供电方式。

作为本实施例较佳实施方案的是当猫咪进出猫砂盆后，由于猫会掩埋粪便，1机械臂和2铲子会先对猫砂进行试探性的铲或者耙或搜刮动作，从而可以将隐藏的猫砂结块暴露出来，进而进行收纳。

作为本实施例较佳实施方案的是，结合led照明模块，当工作状态下3图像传感器检测到光线不足时，led启动补光，清理完毕后led熄灭。

作为本实施例较佳实施方案的是，采用5-8个自由度性价比最高，最少5个自由度可以实现铲的方式，其中三个自由度可以实现铲的动作，一个自由度可以实现方向的旋转，由于铲子无法铲猫砂盆斜对角角落的猫砂结块，所以需要留一个手腕自由度用来将铲子立起来，从而可以将角落的猫砂结块推至可以铲到的区域。

以上所述实施仅为本发明的一种实施，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改或改进等，尤其是各功能模块的放置位置的变化以及在本发明基础上增加相关辅助功能模块均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置，其特征在于：拥有机械臂、图像传感器、控制电路、以铲子或爪子为代表的承载或固定装置、收纳容器等核心部分，所述摄像头和控制电路结合有机器视觉算法，可以定位到猫砂内的猫砂结块或其他异物，亦可识别承载固定装置如铲子是否捕捉到猫砂结块，机械臂和以铲子或爪子为代表的承载或固定装置则可以将猫砂结块或其他异物载出并运送至特定收纳空间。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置，其特征在于机械臂包括但不限于关节式机械臂，机械臂的转动部件包括但不限于舵机、永磁电机、直流无刷电机等机电装置；所述机械臂采用了多个自由度关节但不限于具体数量，以4-8个自由度为性价比最佳，所述机械臂结合所述承载或固定装置可以对猫砂结块或屎块等异物进行移动，使其从猫砂中分离出来，所述承载或固定装置包括但不限于铲子、夹子、爪子、机械手等夹具或载具，所述承载或固定装置完成承载猫砂结块的动作后，所述机械臂可以通过抖动的手段使铲子或夹具上的干净猫砂掉落。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置，其特征在于图像传感器包括但不限于以cmos图像传感器为代表的单目或多目摄像头、红外成像传感器、雷达成像传感器等，图像传感器通过与机器视觉算法的结合可以准确对猫砂盆内的异物进行定位，为分离和转移动作提供视觉基础，利用声波或微波雷达定位、红外定位等类似视觉定位的方式亦在本权利要求范围内。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置，其特征在于当图像传感器通过机器视觉检测到承载或固定装置例如铲子装载到猫砂结块后，将会控制承载或固定装置将猫砂结块转运至收纳容器。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置，其特征在于最终产品形态可以是与猫砂盆集成在一起的形态，即智能猫厕所产品，亦可以是对通用式猫厕所进行辅助清洁的外部独立产品。

6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置，其特征在于所述收纳容器可以密闭储存猫砂结块，包括但不限于可自动打开关闭的垃圾桶形态，即当机械臂将猫砂结块等异物移至靠近收纳容器区域时，收纳容器会打开，异物进入收纳容器后，收纳容器自动封闭。

技术总结
本发明公开了一种基于机器视觉和机械臂的智能猫砂清理装置，包括图像传感器、机械臂、铲子或夹爪等承载或固定装置、处理器、控制电路、收纳容器、电源等多个功能模块；本发明的核心在于采用机器视觉和机械臂来模拟人清理猫砂的行为，所述承载或固定装置用于对结块猫砂或者猫屎块等其他异物从猫砂中分离出来并承载转移，同时可以不夹带或漏掉干净猫砂，其包括但不限于带孔的铲子、机械手或者爪子、夹具等；当猫咪在猫砂中排便并掩埋完离开后（不论大小便均会变成猫砂结块的形态），所述机械臂将通过承载固定装置例如铲子对猫砂进行耙的动作或搜刮的动作，当猫砂下面的结块暴露在猫砂表面后，摄像头通过机器视觉会迅速将结块定位，并用机械臂配合承载固定装置例如铲子对结块进行承载并运送至收纳空间内储存。本发明通过机械臂和机器视觉实现对猫砂的自动清理可以极大的减少养猫家庭的气味问题以及令人们反感的清理粪便过程，为宠物家庭家居生活提供极大的便利。

技术研发人员：李士豪;其他发明人请求不公开姓名
受保护的技术使用者：李青山
技术研发日：2020.08.20
技术公布日：2020.10.23