本发明涉及一种垃圾智能分类收取装置及方法，用于环境保护技术领域。本发明包括主控制器、移动底盘、麦克及语音识别器、喇叭及语音合成器、无线遥控发射器及接收器、测距传感器、分类垃圾桶；其中，主控制器分别与语音识别器、语音合成器、无线遥控接收器、旋转电机驱动器相连，并通过移动底盘的驱动电机与移动底盘连接；分类垃圾桶安装在移动底盘上方，麦克位于分类垃圾桶一侧，并通过语音识别器与主控制器连接；该装置能够远距离、实时地响应用户的要求，迅速判断用户位置，与用户进行语音交互，判断用户所述垃圾类型，并根据判断结果自主旋转垃圾桶，将桶盖开口转到相应垃圾类型区域，分类收取垃圾。本发明能防异味、环保、小巧低功耗，在社会公共服务中具有较好的应用价值。
1.一种垃圾智能分类收取装置，其特征在于：包括主控制器、移动底盘、麦克及语音识别器、喇叭及语音合成器、无线遥控发射器及接收器、测距传感器、分类垃圾桶；
主控制器是整个垃圾智能分类收取装置的中枢，由芯片、控制电路及电路板组成，综合处理从垃圾智能分类收取装置的其它组件获取的信息，并给出相应指令，协调各组件；
移动底盘包括底座、轮子、履带、驱动电机、发音孔，是垃圾智能分类收取装置地面移动部分的基本载体；
麦克及语音识别器接收用户的语音信息，对语音信息进行识别，并将识别结果发送给主控制器；
喇叭及语音合成器能够通过发音孔向用户提供语音服务，引导用户对垃圾进行合理的描述；
无线遥控发射器与接收器能够远程发送用户命令，并实时接收，而后将信号传给主控制器；
测距传感器为多个近程及远程测距传感器组合，测量装置在楼道的位置，避免与墙壁、障碍物发生碰撞；
分类垃圾桶包括垃圾桶箱、垃圾桶上旋转盖、垃圾桶下旋转盖、旋转电机和限位传感器，按照垃圾类型分类收取垃圾；其中，上旋转盖有一开口，垃圾桶下旋转盖根据垃圾的类别分成若干个子区域，每个子区域都有相应的开口，当垃圾桶上下旋转盖开口重合时，用户可以将各种类别的垃圾扔至相应垃圾桶区域；没有垃圾收取任务时，上下垃圾桶盖配合使分类垃圾桶处于封闭状态，防止垃圾异味扩散；
各个组件的连接方式为：主控制器、语音识别器、语音合成器、无线遥控接收器、旋转电机驱动器置于移动底盘内部；其中，主控制器分别与语音识别器、语音合成器、无线遥控接收器、旋转电机驱动器相连，并通过移动底盘的驱动电机与移动底盘连接；分类垃圾桶安装在移动底盘上方，麦克位于分类垃圾桶一侧，并通过语音识别器与主控制器连接；喇叭位于移动底盘内部，通过语音合成器与主控制器相连；多个测距传感器分别安装在移动底盘四周，并与主控制器相连。
2.如权利要求1所述的垃圾智能分类收取装置，其特征在于：所述语音合成器可以通过异步串口(UART)、SPI接口及I2C总线三种方式接收待合成的文本，直接合成为语音输出；该语音合成器能够合成任意的中文文本，支持英文字母的合成，支持GB2312、GBK、BIG5、UNICODE四种内码格式的文本。
3.如权利要求1所述的垃圾智能分类收取装置，其特征在于：所述移动底盘的底座由高强度耐用材料制成；轮子可以有多个，安装在底座和履带之间，其转轴与驱动电机输出轴相连，轮子能够根据驱动电机的输出控制信号实时调整转速和转向，带动履带的转动。
4.如权利要求1所述的垃圾智能分类收取装置，其特征在于：所述移动底盘的履带采用高强度轻质材料制成，通过轮子置于底座两侧，能够随着轮子的转动带动移动底盘运动，增大移动底盘与地面的接触面积，提高移动底盘的稳定性。
5.如权利要求1所述的垃圾智能分类收取装置，其特征在于：所述移动底盘的驱动电机由低功率电机及其驱动器组成，安装在底座内部左右两侧以驱动履带运动。
6.如权利要求5所述的垃圾智能分类收取装置，其特征在于：驱动电机可以有多个，一个驱动电机对应一条履带，驱动电机的输出轴直接与轮子连接，带动轮子转动，并采用差动控制方式，只需控制驱动电机的转向和转速就可以实现垃圾智能分类收取装置的进退与转向。
7.如权利要求1所述的垃圾智能分类收取装置，其特征在于：所述移动底盘的发音孔置于底座侧面，根据声音扩散原理所设计，移动底盘内部的喇叭可以通过发音孔发出响亮的声音。
8.如权利要求1-7所述的垃圾智能分类收取装置，其垃圾智能分类收取方法的特征在于：用户通过无线遥控发射器发送任务信息，无线遥控接收器接收后传送给主控制器；主控制器判断用户所在位置，然后根据预存的电子地图确定垃圾智能分类收取装置的行进路线，并发送控制信息给驱动电机使其带动整个移动底盘运动；同时主控制器利用测距传感器获得移动底盘四周障碍物信息，防止移动底盘与障碍物发生碰撞，对移动底盘的运动路径进行实时规划，使垃圾智能分类收取装置自主达到相应的用户位置；垃圾智能分类收取装置到达后，通过喇叭向用户传达语音信息，并通过麦克接受用户语音信息，识别出用户的语音命令，传输给主控制器；主控制器按语音命令识别垃圾类型，并转换为控制信号传给旋转电机驱动器，驱动旋转电机带动上旋转盖旋转；垃圾桶上旋转盖有一开口，垃圾桶下旋转盖根据垃圾的类别分成若干个子区域，每个子区域都有相应的开口，当垃圾桶上下旋转盖开口重合时，用户可以将各种类别的垃圾扔至相应垃圾桶区域，实现垃圾的分类收取；没有垃圾收取任务时，上下垃圾桶盖配合使分类垃圾桶处于封闭状态，防止垃圾异味扩散；任务结束后，主控制器控制垃圾智能分类收取装置返回起始点处理垃圾并等待下一次命令。
一种垃圾智能分类收取装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种垃圾智能分类收取装置及方法，属于环境保护技术领域。
背景技术
[0002] 垃圾，只有在混放在一起的时候才是垃圾，一旦分类回收就都是宝贝。垃圾分类的主要阻力在于人们的行为上。在我国，许多人没有垃圾分类的意识，这需要国家社会的长期而广泛宣传；另外也有一部分人虽然知道应该分类扔垃圾，但是却由于缺乏垃圾分类的知识或者无意识、不自觉的行为而没有将垃圾分类放置。虽然，国家投放使用了大量的标识分类垃圾桶，但从实际情况来看，仅仅通过标识分类垃圾桶很难达到良好的垃圾分类目的。另一方面，研究设计通过力学、化学等途径分析垃圾成分，单纯地依靠机器进行垃圾分类的方法，不是成本太高就是难于实现，不能在实际生活中大量使用。
[0003] 随着机器人技术的成熟，机器人系统逐渐进入家庭生活与服务领域，尤其是在公共卫生方面做出了突出的贡献。但是目前在卫生方面表现比较出色的机器人主要是清洁机器人，它虽然能够对用户居住空间的环境进行很好的清理，却不能合理的分类处理垃圾。因此如何能够使用机器人技术对垃圾进行即时地收取、分类，更卫生、更便捷的处理垃圾，降低人工成本，并能够与用户进行良好的人机交互，已经成为该领域亟待解决的一个问题。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为了解决现实生活中垃圾难以有效分类的问题，提供一种垃圾智能分类收取装置及方法。本发明的垃圾智能分类收取装置能实时地响应用户的要求，自主到达用户所在的位置，并通过与用户进行语音交互，根据对用户语音信息的判断，分类收取垃圾。
[0005] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006] 本发明的垃圾智能分类收取装置包括主控制器、移动底盘、麦克及语音识别器、喇叭及语音合成器、无线遥控发射器及接收器、测距传感器、分类垃圾桶。
[0007] 1、移动底盘包括底座、轮子、履带、驱动电机、发音孔。它是垃圾智能分类收取装置地面移动部分的基本载体。
[0008] 底座由高强度耐用材料制成；轮子可以有多个，安装在底座和履带之间，其转轴与驱动电机输出轴相连，轮子能够根据驱动电机的输出控制信号实时调整转速和转向，带动履带的转动；履带采用高强度轻质材料制成，通过轮子置于底座两侧，能够随着轮子的转动带动移动底盘运动，增大移动底盘与地面的接触面积，提高移动底盘的稳定性；驱动电机由低功率电机及其驱动器组成，安装在底座内部左右两侧以驱动履带运动，驱动电机可以有多个，一个驱动电机对应一条履带，驱动电机的输出轴直接与轮子连接，带动轮子转动，并采用差动控制方式，只需控制驱动电机的转向和转速就可以实现装置的进退与转向；发音孔置于底座侧面，根据声音扩散原理所设计，移动底盘内部的喇叭可以通过发音孔发出响亮的声音。
[0009] 2、主控制器是整个装置的中枢，由芯片、控制电路及电路板组成，其功能为接收、分析、判断、综合处理从装置的其它组件获取的信息，并给出相应指令，协调各组件。
[0010] 主控制器安装在移动底盘内部，通过移动底盘的驱动电机与移动底盘相连。用户所在区域的电子地图预存在主控制器的芯片中，主控制器根据接收到的用户命令，判断出用户位置后，在芯片中搜索相应的电子地图，并将控制信号发送给移动底盘的驱动电机，使装置自主地向用户所在位置移动；移动过程中，将测距传感器反馈的距离信息，与主控制器中设定的距离阈值相比较，进而控制移动底盘的运动轨迹，避免装置与墙壁、障碍物发生碰撞；主控制器接收麦克语音识别器反馈的信息，分析判断垃圾类别，将控制策略传送给分类垃圾桶旋转电机驱动器，控制旋转电机旋转，并且根据限位传感器反馈的角度信息控制垃圾桶上旋转盖，保证其开口能正确的旋转到相应的垃圾类别区域；主控制器控制喇叭语音合成器，通过喇叭向用户传递语音信息。
[0011] 3、麦克及语音识别器接收用户的语音信息，对语音信息进行识别，并将识别结果发送给主控制器。
[0012] 麦克位于分类垃圾桶前方，语音识别器置于移动底盘内部，与主控制器相连。麦克为常见的低功耗麦克，语音识别器由芯片及其控制电路组成。麦克及语音识别器在工作前需要进行语音训练，让语音识别器的芯片记录常用的垃圾类别关键词。
[0013] 4、喇叭及语音合成器能够通过发音孔发出响亮的声音。语音合成器能够通过喇叭向用户提供语音服务，引导用户对垃圾进行合理的描述。
[0014] 喇叭位于移动底盘内部，与移动底盘发音孔相对应，语音合成器位于移动底盘内部，通过主控制器与整个装置相连。喇叭采用常见低功率喇叭，语音合成器由芯片及其控制电路组成。语音合成器可以通过异步串口(UART)、SPI接口及I2C总线三种方式接收主控制器输出的待合成文本，将其合成为语音输出。该语音合成器能够合成任意的中文文本，支持英文字母的合成，支持GB2312、GBK、BIG5、UNICODE四种内码格式的文本。
[0015] 5、无线遥控发射器与接收器能够远程发送用户命令，并实时接收，而后将信号传给主控制器。
[0016] 无线遥控接收器位于移动底盘内部，与主控制器相连，其接收天线通过移动底盘上的小孔与外界沟通；无线遥控发射器为一小型遥控信号发送装置，由各用户持有。
[0017] 6、测距传感器为多个近程及远程测距传感器组合，分别安装在移动底盘四周，能够通过测量装置距四周楼道墙壁和障碍物的距离来获取装置在楼道内的位置以及周围的障碍物信息，并将测量结果传给主控制器。
[0018] 7、分类垃圾桶包括垃圾桶箱、垃圾桶上旋转盖、垃圾桶下旋转盖、旋转电机和限位传感器。
[0019] 垃圾桶箱置于移动底盘上方，垃圾桶下旋转盖固定在垃圾桶上方，垃圾桶上旋转盖置于垃圾桶下旋转盖上方，多个限位传感器分布于上下垃圾桶盖之间，旋转电机的输出轴与垃圾桶上下旋转盖中心相连，能够带动垃圾桶上旋转盖转动。
[0020] 垃圾桶箱为大容量、易于改装的轻质垃圾桶；垃圾桶上旋转盖有一定的开口，供扔垃圾使用；垃圾桶下旋转盖按照垃圾的类别分成几个子区域，每个子区域都有相应的开口，当垃圾桶上下旋转盖开口重合时，用户可以将各种类别的垃圾扔至相应垃圾桶区域；旋转电机为低功耗电机及其驱动器，电机位于分类垃圾桶内部，旋转电机驱动器置于移动底盘内部，旋转电机能够由其驱动器驱动以一定转速进行顺时针和逆时针旋转，配合限位传感器的反馈信息，将垃圾桶上旋转盖旋转到相应的垃圾分类区域；限位传感器能向主控制器反馈垃圾桶上旋转盖的相对位置信息。没有垃圾收取任务时，上下垃圾桶盖配合使分类垃圾桶处于封闭状态，防止垃圾异味扩散，保护环境。
[0021] 各个组件的连接方式为：主控制器、语音识别器、语音合成器、无线遥控接收器、旋转电机驱动器置于移动底盘内部。其中，主控制器分别与语音识别器、语音合成器、无线遥控接收器、旋转电机驱动器相连，并通过移动底盘的驱动电机与移动底盘连接。分类垃圾桶安装在移动底盘上方，麦克位于分类垃圾桶一侧，并通过语音识别器与主控制器连接。喇叭位于移动底盘内部，通过语音合成器与主控制器相连。多个测距传感器分别安装在移动底盘四周，并与主控制器相连。
[0022] 本发明的一种垃圾智能分类收取方法为：用户通过无线遥控发射器发送任务信息，无线遥控接收器接收后传送给主控制器；主控制器判断用户所在位置，然后根据预存的电子地图确定装置的行进路线，并发送控制信息给驱动电机使其带动整个移动底盘运动；同时主控制器利用测距传感器获得移动底盘四周障碍物信息，防止移动底盘与障碍物发生碰撞，对移动底盘的运动路径进行实时规划，使装置自主达到相应的用户位置；装置到达后，通过喇叭向用户传达语音信息，并通过麦克接受用户语音信息，识别出用户的语音命令，传输给主控制器；主控制器按语音命令识别垃圾类型，并转换为控制信号传给旋转电机驱动器，驱动旋转电机旋转，使垃圾桶上旋转盖开口旋转到相应类别的垃圾区域，与该垃圾区域的垃圾桶下旋转盖开口对应，分类收取垃圾；任务结束后，主控制器控制装置返回起始点处理垃圾并等待下一次命令。
[0023] 有益效果
[0024] 本发明的垃圾智能分类收取装置具有以下优点：
[0025] (1)能够远距离、实时地响应用户的要求，迅速判断用户位置，自主到达用户所在的位置；
[0026] (2)能够与用户进行语音交互，判断用户所述垃圾类型；
[0027] (3)能根据判断结果自主旋转垃圾桶，将桶盖开口转到相应垃圾类型区域，分类收取垃圾；
[0028] (4)能防异味、环保、小巧低功耗，在社会公共服务中具有较好的应用价值。
附图说明
[0029] 图1为本发明的垃圾智能分类收取装置侧视图；
[0030] 图2为本发明具体实施例中的垃圾智能分类收取装置的垃圾桶上下旋转盖俯视图，其中左侧为垃圾桶上旋转盖，右侧为垃圾桶下旋转盖；
[0031] 图3为本发明的移动底盘底座中部分组件位置的示意图；
[0032] 图4为本发明的垃圾智能分类收取装置各组件连接关系示意图；
[0033] 图5为本发明的垃圾智能分类收取装置工作流程图；
[0034] 图中，1-垃圾桶上旋转盖、2-垃圾桶下旋转盖、3-旋转电机、4-垃圾桶上旋转盖开口、5-垃圾桶下旋转盖开口、6-垃圾桶箱、7-分类垃圾桶、8-限位传感器9-移动底盘底座、10-履带、11-轮子、12-移动底盘、13-驱动电机、14-麦克、15-喇叭、16-测距传感器、17-语音合成器、18-无线遥控接收器、19-语音识别器20--主控制器、21-无线遥控接收器接收天线。
具体实施方式
[0035] 为了更好的说明本发明的目的及优点，现结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
[0036] 本发明所述的垃圾智能分类收取装置如图1及图3所示，包括主控制器20、移动底盘12、麦克14及语音识别器19、喇叭15及语音合成器17、无线遥控接收器18及发射器、测距传感器16、分类垃圾桶7，其中，主控制器20、语音识别器19、喇叭15及语音合成器17、无线遥控接收器18位于移动底盘底座9中，外部仅设计了相应的几个电源开关和指示灯，减小了装置的体积，使装置的外观简洁干净。无线遥控发射器在用户手中。
[0037] 移动底盘12的行走机构为履带10，通过轮子11与移动底盘底座9相连，其相应的驱动电机13安装于移动底盘底座9内部，减少了噪音；多个测距传感器16分别安装在移动底盘12四周，分类垃圾桶7安置于移动底盘12上方，上方依次放置垃圾桶下旋转盖2和垃圾桶上旋转盖1，主控制器20根据垃圾类型控制旋转电机3，带动垃圾桶上旋转盖1旋转到相应的垃圾类型区域。麦克14位于分类垃圾桶7前方，这样能够更加清晰的接收住户的指令信息，喇叭15隐藏在移动底盘底座9中，通过根据声音扩散原理设计的发音孔可以响亮的发出声音。
[0038] 本实施例所采用的垃圾智能分类收取装置的垃圾桶上下旋转盖的俯视图如图2所示，垃圾桶上旋转盖1有一个60度的开口，垃圾桶下旋转盖2分为3个区域，每个区域有60度的开口，对应不同的垃圾类型区域。旋转电机3在主控制器20控制下使垃圾桶上旋转盖开口4旋转到对应类型的垃圾桶下旋转盖开口5处，分类垃圾桶7开启，用户可以根据垃圾类别处理垃圾。无处理任务时，垃圾桶上旋转盖1与垃圾桶下旋转盖2封闭，使整个分类垃圾桶7处于封闭状态。
[0039] 本发明所述垃圾智能分类收取装置的各组件连接关系如图4所示。
[0040] 主控制器20选取具有一定运算能力的处理芯片，例如单片机、ARM、DSP等，可以综合处理其他各个组件获取的信息，并给出相应控制策略。
[0041] 移动底盘12选取具有一定稳定性的高强度材料制成底座9，选取合适材质材料制成轮子11和履带10，选取低功率电机作为驱动电机13。驱动电机13通过H桥电路驱动移动底盘的轮子11，主控制器20能够根据实际情况调整驱动电机的驱动器的控制策略，控制装置的进退与转向。
[0042] 语音识别器19可以预存许多常用命令，例如纸类、塑料、废电池、剩饭菜等，当用户下达语音指令时，通过麦克接收，并由语音识别器19识别指令，然后将判断结果传输给主控制器20。
[0043] 语音合成器17可以通过异步串口(UART)、SPI接口及I2C总线三种方式接收待合成的文本，直接合成为语音输出至喇叭15。该语音合成器17能够合成任意的中文文本，支持英文字母的合成，支持GB2312、GBK、BIG5、UNICODE四种内码格式的文本。
[0044] 用户通过无线遥控发射器发出命令，无线遥控接收器18接收发送的命令并传送到主控制器20。所述无线遥控接收器及发射器，有多种实现方式，例如：蓝牙传输、ZigBee传输和无线射频传输等。
[0045] 测距传感器16有多种实现方式，如红外测距传感器、超声波测距传感器等。主控制器20通过采样获得测距传感器16的距离信息，并对获得的信息进行分析，以实现对装置运动轨迹的调整，避开楼道内的障碍物和墙壁，防止装置发生碰撞。
[0046] 分类垃圾桶7包括垃圾桶箱6、垃圾桶上旋转盖1、垃圾桶下旋转盖2、旋转电机3和限位传感器8。所述限位传感器8，安装在垃圾桶上下旋转盖之间，可以选用微动开关、干簧管等。
[0047] 垃圾智能分类收取装置工作流程如图5所示，无线遥控接收器18接收某房间用户通过无线遥控发射器发送的任务信息后，主控制器20判断用户的房间号码，然后根据事先存储的电子地图找出该用户的位置以及装置到达该位置所需的行进路线；之后主控制器20发送控制信息给驱动电机13的驱动器使其控制驱动电机13带动整个移动底盘运动，同时主控制器20利用测距传感器16获得移动底盘12在楼道中所处的位置，控制移动底盘
12前进、后退、左右旋转，防止移动底盘12与楼道墙壁或者障碍物发生碰撞，并可对移动底盘12的运动路径进行实时规划，使装置自主按照电子电图达到相应的用户位置；装置到达后，主控制器20控制语音合成器17合成语音信息，通过喇叭15向用户询问需要处理的垃圾名称，并通过麦克14接受用户语音信息，由语音识别器19识别用户的语音命令，根据事先存储在语音识别器19中的垃圾分类信息，判断用户垃圾类型，主控制器20将控制信号传给旋转电机3，使垃圾桶上旋转盖开口4旋转到相应类别的垃圾区域，与相应垃圾桶下旋转盖开口5对应，提示用户投放垃圾，并告知用户所投放垃圾类型；任务结束后，主控制器20控制装置返回起始点处理垃圾并等待下一次命令。
