一种无人扫地车车载垃圾箱自动清理系统及其方法

1.本发明属于无人扫地车技术领域，尤其涉及一种无人扫地车车载垃圾箱自动清理系统及其方法。


背景技术：

2.无人驾驶已经逐渐成为未来汽车发展的趋势，把高科技无人驾驶技术和日常的环卫扫地车结合起来是一个大胆创新而又不失使用的理念。无人驾驶在环卫领域的应用是一个比较封闭的环境，不需要积累太多的数据和测试，可有效替代复杂机械的环卫工作，降低环卫工人的劳动强度，提高清洁效率。
3.对于现有的无人扫地车而言，在完成一圈清扫作业或者垃圾箱装满后，只能通过人工倾倒的方式处理垃圾，并且与垃圾站不能有效的协调，导致整个清扫过程需要更多的人工成本。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种无人扫地车车载垃圾箱自动清理系统及其方法,以解决现有的无人扫地车只能通过人工倾倒的方式处理垃圾，与垃圾站不能有效的协调，导致整个清扫过程需要更多的人工成本的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：
6.一种无人扫地车车载垃圾箱自动清理系统，包括无人扫地车垃圾箱和地埋式垃圾站，自动将无人扫地车垃圾箱中垃圾倒入地埋式垃圾站中；
7.所述无人扫地车垃圾箱包括箱体，第一压力传感器，垃圾箱舱口，垃圾箱舱门，卡扣，第一旋转电机，传感器模块；
8.所述箱体底部是圆弧形，底部设有弧形垃圾箱舱口；
9.所述卡扣安装在箱体底部；
10.所述垃圾箱舱门为圆弧的外置部件，处于箱体底部，圆弧一侧与垃圾箱舱口靠近，另一侧圆弧与箱体垂直线拥有一定的夹角，保证垃圾箱舱门不会漏出箱体内的污水；
11.所述垃圾箱舱门通过与卡扣配合，保证垃圾箱舱门的闭合；
12.在垃圾箱舱门的圆心，设立一体式的轴心；
13.所述第一旋转电机与轴心相连，协同控制垃圾箱舱门的运作；
14.所述第一压力传感器安装在无人扫地车垃圾箱上，连续无线设备；
15.所述地埋式垃圾站包括可移动式开口；
16.可移动式开口包括垃圾站舱门、第二旋转电机、可活动套口、震动电机；
17.所述垃圾站舱门安装在可活动套口上部；
18.所述震动电机安装在套口外侧；
19.所述第二旋转电机与垃圾站舱门相连，控制垃圾站舱门开合；
20.套口内设有内置电机，控制套口上下活动，可以套入垃圾箱舱口。
21.进一步的，在垃圾箱舱门以及垃圾箱舱之间设立了防漏水装置。
22.进一步的，所述的防漏水装置是插销，在垃圾箱舱门的突出部分设置塑胶套，包裹住舱门上的凸出的插销。
23.进一步的，所述传感器模块包括激光雷达、全球卫星定位系统、惯性传感器imu。
24.一种无人扫地车车载垃圾箱自动清理方法，包括以下步骤：
25.步骤1、无人车在园区进行第一次运作，做出地图并进行路径规划；
26.步骤2、在规划出的路径上进行巡航清扫垃圾；
27.步骤3、扫描过程中第一压力传感器发现垃圾箱装满后开始驶向垃圾站；
28.步骤4、进入垃圾站后通过视觉对齐车辆与地埋式垃圾站；
29.步骤5、地埋式垃圾站向下打开后垃圾箱倾倒垃圾；
30.步骤6、倾倒后垃圾箱与垃圾站依次关闭，无人车继续巡航清扫。
31.进一步的，步骤1所述路径规划采用loam算法。
32.进一步的，步骤2中所述巡航清扫垃圾通过激光雷达对当前前方物体进行扫描，通过边界框检测选定规划出的路人以及其他障碍物，通过imm
‑
jpda滤波器对目标进行深入检测，判断目标是否是虚警以及目标与车所在距离。
33.进一步的，所述步骤5中由传感器模块向系统发送开启垃圾箱舱门请求，同时地埋式垃圾站也受到信号，所述倾倒垃圾包括以下步骤：
34.步骤5.1、地埋式垃圾站控制可升降的套口开始上升，通过第二旋转电机进行控制垃圾站舱门的打开；
35.步骤5.2、第二旋转电机接收到无人扫地车车载垃圾箱传来的信号，开始进行旋转，通过套口内部的齿轮口一步步提高套口的位置，直到震动电机与无人扫地车垃圾箱对齐为止；在整个上升过程中，地埋式的垃圾站始终保持开口状态，并且垃圾箱舱门也始终处于闭合状态，确保整个垃圾倾倒过程时，无人扫地车垃圾箱内的垃圾不会流出来。
36.步骤5.3、在可活动套口与无人扫地车垃圾箱对齐后，无人扫地车开始打开舱门倾倒垃圾；在震动电机附近安装了一个第二压力传感器，第二压力传感器在发现套口与无人扫地车垃圾箱之间的压力时，向系统发送到位信号；
37.步骤5.4、在系统接收到位信号时，控制卡扣打开，通过内部钩锁的活动，释放出处于垃圾箱舱门上的钩子，使得垃圾箱舱门向后运行，此时，由于设定垃圾箱舱门时卡口所在角度大于后部的角度，垃圾箱舱门向后侧开始倾倒，保证卡扣与垃圾箱舱门上的钩子分离；
38.步骤5.5、与轴心连接的第一旋转电机开始工作，第一旋转电机带动轴心运转，防水装置脱离，打开垃圾箱舱门。
39.进一步的，所述步骤6具体包括以下步骤：
40.步骤6.1、震动电机停止作业，进行无人扫地车垃圾箱与地埋式垃圾站脱离；
41.步骤6.2、第一旋转电机带动轴心反向旋转，控制垃圾箱舱门关闭；
42.步骤6.3、关闭时，防水装置进入垃圾箱舱门和垃圾箱舱之间套牢并且卡扣由于垃圾箱舱门的旋转，推动钩子进入卡扣，向内推动卡扣内部的钩锁，确保垃圾箱舱门处于密闭状态；
43.步骤6.4、地埋式垃圾站开始回收套口，套口内置电机反向旋转，控制套口下沉，当套口完全进入地埋式垃圾站时，第二旋转电机开始控制垃圾站舱门旋转关闭；
44.步骤6.5、当地埋式垃圾站完成全部回收任务时，最终向系统发送结束指令，终止整个垃圾倾倒过程；
45.步骤6.6、结束垃圾倾倒过程后，无人扫地车继续沿着地面所示线条离开地埋式垃圾站，返回之前标定的位置继续进行垃圾清扫工作。
46.本发明的一种无人扫地车车载垃圾箱自动清理系统及其方法，具有以下优点：
47.1、本发明提出一种能够实现无人扫地车与垃圾站协同使用，减少整个环节的人工参与度，有效地实现车载垃圾箱自动清理方法。
48.2、本发明使用自主设计的垃圾箱与地埋式垃圾站接驳，从而使得整个垃圾收集过程可以更加简单，干净。倾倒过程中能够有效防止扬尘；且因地面无明显机械装置，提高系统安全性；利用内置高频振动电机加快垃圾倾倒进程，确保流质垃圾也能快速完全倾倒出来。
附图说明
49.图1为本发明的无人扫地车车载垃圾箱自动清理方法流程示意图；
50.图2为本发明的无人扫地车垃圾箱结构示意图；
51.图3为本发明的地埋式垃圾站结构示意图；
52.图中标记说明：1、卡扣；2、第一压力传感器；3、插销；4、垃圾箱舱门；5、第一旋转电机；6、震动电机；7、第二旋转电机；8、垃圾站舱门；9、套口。
具体实施方式
53.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种无人扫地车车载垃圾箱自动清理系统及其方法做进一步详细的描述。
54.本发明一种无人扫地车车载垃圾箱自动清理系统包括无人扫地车垃圾箱和地埋式垃圾站，自动将无人扫地车垃圾箱中垃圾倒入地埋式垃圾站中；
55.如图2所示，无人扫地车垃圾箱包括箱体，第一压力传感器2，垃圾箱舱口，垃圾箱舱门4，卡扣1，第一旋转电机5，传感器模块；箱体底部是圆弧形，底部设有弧形垃圾箱舱口4；卡扣1安装在箱体底部；垃圾箱舱门4为圆弧的外置部件，处于箱体底部，圆弧一侧与垃圾箱舱口靠近，另一侧圆弧与箱体垂直线拥有一定的夹角，保证垃圾箱舱门4不会漏出箱体内的污水；垃圾箱舱门4通过与卡扣1配合，保证垃圾箱舱门4的闭合；在垃圾箱舱门4的圆心，设立一体式的轴心；第一旋转电机5与轴心相连，协同控制垃圾箱舱门4的运作；第一压力传感器2安装在无人扫地车垃圾箱上，连续无线设备；
56.如图3所示，地埋式垃圾站包括可移动式开口；可移动式开口包括垃圾站舱门8、第二旋转电机7、可活动套口9、震动电机6；垃圾站舱门8安装在可活动套口9上部；震动电机6安装在套口9外侧；第二旋转电机7与垃圾站舱门8相连，控制垃圾站舱门8开合；套口9内设有内置电机，控制套口9上下活动，可以套入垃圾箱舱口4。
57.在垃圾箱舱门4以及垃圾箱舱之间设立了防漏水装置，防漏水装置采用插销3，在垃圾箱舱门4的突出部分设置塑胶套，包裹住舱门上的凸出的插销3。
58.无人扫地车上搭载了激光雷达、全球卫星定位系统、惯性传感器imu等传感器模块，这些传感器模块在采集数据时协同进行，获取无人车当下的位置以及周围环境信息。此
外，独特的倒垃圾方式可以使无人扫地车在进入垃圾站后的操作无人化程度更高。
59.无人扫地车，整套系统最主要的数据来源是传感器模块，本实施例使用的星网宇达imu、华信gps天线、16线激光雷达和超声波雷达等模块，会同步传输大量的数据，为完整实现无人驾驶所需的大量计算任务，达到理想的感知、融合、建图、规划等控制效果。本实施例使用工业级gpu嵌入式边缘计算人工智能平台作为无人驾驶系统的计算中心(ipc)，它承担着数据存储、数据处理和指挥全局的功能。底盘系统通过can线和ipc相连，一方面可以向上位机反馈底盘的实时数据，另一方面用来接受上位机的指令。
60.如图1所示，本发明一种无人扫地车车载垃圾箱自动清理方法包括以下步骤：
61.步骤1、无人车在园区进行第一次运作，做出地图并进行路径规划；
62.地图扫描以及路径规划是所有流程的基础。采用loam算法，该算法将复杂的slam问题分为：高频的运动估计以及低频的环境建图两个问题。lidar接收数据，首先进行point cloud registration，lidar odometry以10hz的频率进行运动估计和坐标转换，lidar mapping以1hz的频率构建三维地图，transform integration完成位姿的优化。这样并行的结构保证了系统的实时性。
63.步骤2、在规划出的路径上进行巡航清扫垃圾；
64.在无人扫地车正式投入园区使用时，无人扫地车依照步骤1所示的规划路径在园区巡航，并且通过激光雷达对当前前方物体进行扫描，通过边界框检测选定规划出的路人以及其他障碍物，除此之外，还要通过imm
‑
jpda滤波器对目标进行深入检测，从而判断当前目标是否是虚警以及目标与车所在距离。在这之后无人小车进入动态避障阶段。完成动态避障阶段即进入下一步骤。
65.步骤3、扫描过程中压力传感器发现垃圾箱装满后开始驶向垃圾站；
66.在无人扫地车垃圾箱上安装了三个第一压力传感器2，分布在前中后三个位置。第一压力传感器2连接无线设备，在整个运行过程中，当垃圾箱内的物体对第一压力传感器2产生压力时，第一压力传感器2通过无线设备向无人扫地车发送信号，无人扫地车接收信号后由工控机控制，直接停止运行，并在地图上规划当前位置到垃圾站的路径，开始驶向垃圾站并进行对正工作。
67.需要解释的是，在整套垃圾收集装置中，无人扫地车提供的是垃圾箱的打开关闭服务，地埋式垃圾站进行的是舱门的升降以及震动无人扫地车垃圾箱的工作。
68.步骤4、进入垃圾站后通过视觉对齐车辆与地埋式垃圾站；
69.无人扫地车进入地埋式垃圾站后，通过无人扫地车前方的高清摄像头采集垃圾站的地面图像，根据图像处理识别垃圾站的主干地面以及引导地面，让车体跟着引导地面不断修正前进的路线，接着等待垃圾坑前侧阅读器检测到无人车底部的标签信息后立即发出急停信息，完成系统的双向互相识别确认从而完成扫地车与地埋式垃圾站的准确接驳。
70.步骤5、地埋式垃圾站向下打开后垃圾箱倾倒垃圾；
71.无人扫地车对正地埋式垃圾站后，由传感器向系统发送开启舱门请求，同时地埋式垃圾站也受到信号。地埋式垃圾站首先控制可升降的套口9开始上升，通过第二旋转电机7进行控制垃圾站舱门8的打开。套口9内有内置电机，内置电机接收到小车传来的信号，开始进行旋转，通过套口9内部的齿轮口一步步提高套口的位置，直到震动电机6与无人扫地车垃圾箱对齐为止。在整个上升过程中，地埋式的垃圾站始终保持开口状态，并且垃圾箱舱
门4也始终处于闭合状态，确保整个垃圾倾倒过程时，无人扫地车垃圾箱内的垃圾不会流出来。
72.在可活动套口9与无人扫地车垃圾箱对齐后，无人扫地车开始打开舱门倾倒垃圾。在震动电机6附近安装了一个第二压力传感器，第二压力传感器在发现套口与垃圾箱之间的压力时，向系统发送到位信号，此时垃圾倾倒过程进入下一个步骤。
73.在系统接收到信号时，首先控制卡扣1打开，通过内部钩锁的活动，释放出处于垃圾箱舱门4上的钩子，使得垃圾箱舱门4可以向后运行，此时，由于设定垃圾箱舱门4时卡口所在角度大于后部的角度，垃圾箱舱门4向后侧开始倾倒，保证卡扣1与垃圾箱舱门4上的钩子分离，但是由于存在插销3，垃圾箱舱门4不能完全打开，此时，与轴心5连接的电机开始工作，第一旋转电机5带动轴心运转，插销3脱离，打开垃圾箱舱门4。由于设计的无人扫地车垃圾箱是上下两层结构，所以第一旋转电机5带动轴心旋转时可以将垃圾箱舱门4旋转到垃圾箱的后部，完全打开垃圾箱的舱门。
74.考虑到垃圾倾倒过程中可能存在倾倒不干净的问题，在无人扫地车垃圾箱时，设计的是拥有倾斜角度的垃圾箱，确保垃圾在扫入垃圾箱是就因为重力问题汇集到箱底。当然，在园区清扫过程中也可能存在一些特殊情况，比如在雨天时会存在积水，或者在打理园区的会存在地面积水。这时，巡航在园区的无人扫地车就可能会因为积水，在垃圾箱内会产生掺水的部分粘滞在垃圾箱内壁上。在地埋式垃圾站设立的震动电机6就会有效地避免这种情况。震动电机6贴在无人扫地车垃圾箱外壁上。当倾倒垃圾时，震动电机6控制内部震动模块快速敲击无人扫地车垃圾箱，使得贴合在垃圾箱内壁上的垃圾顺利进入地埋式垃圾站。
75.步骤6、倾倒后垃圾箱与垃圾站依次关闭，无人车继续巡航清扫。
76.在套口闭合到开始结束收集工作之间，产品设计为20s的时间。20s之后，无人扫地车与地埋式垃圾站结束工作，进入到脱离部分。
77.脱离时，震动电机6首先停止作业。之后，第一旋转电机5带动轴心反向旋转，控制垃圾箱舱门4关闭。关闭时，插销3进入套牢并且卡扣1由于垃圾箱舱门4的旋转，推动钩子进入卡扣1，向内推动卡扣1内部的钩锁，确保垃圾箱舱门4处于密闭状态。同时，使用卡扣1也可以减少第一旋转电机5由于长时间推动带来的电力损耗以及机械磨损。当插销3套上后，第一旋转电机5不再控制垃圾箱舱门4。
78.此时地埋式垃圾站开始回收套口9，套口9内置电机反向旋转，控制套口9下沉，当套口9完全进入地埋式垃圾站时，第二旋转电机7开始控制垃圾站舱门8旋转关闭。当地埋式垃圾站完成全部回收任务时，最终向系统发送结束指令，终止整个垃圾倾倒过程。
79.结束垃圾倾倒过程后，无人扫地车继续沿着地面所示线条离开地埋式垃圾站，返回之前标定的位置继续进行垃圾清扫工作。
80.本发明在于扫地车的无人驾驶以及与地埋式垃圾站结合，使用自主设计的垃圾箱与地埋式垃圾站接驳，从而使得整个垃圾收集过程可以更加简单，干净。它的优势在于倾倒过程中能够有效防止扬尘；且因地面无明显机械装置，提高系统安全性；利用内置高频振动电机加快垃圾倾倒进程，确保流质垃圾也能快速完全倾倒出来。
81.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另
外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。