一种带机械臂的新型自动垃圾收集及垃圾桶清洗多功能车的制作方法
时间: 2024-02-12 21:03:25 | 作者: 乐鱼在线登录
本实用新型涉及一种带机械臂的新型自动垃圾收集及垃圾桶清洗多功能车，属于机械领域。
人们为了方便装运垃圾，设计了一种电动提桶垃圾运输车，其原理是通过一个勾板勾住垃圾桶边沿，然后上提垃圾桶倾倒垃圾到运输车辆的车厢内。但是这样的形式需要人工将垃圾桶送到勾板处，倾倒完后再人工将垃圾桶送回原位，效率低下，且倾倒垃圾是逸散的灰尘、腐烂味道等容易对运输人员的健康造成损伤。再次，现有的垃圾运输车辆没安装垃圾桶清洗结构，因此倾倒完垃圾后，被上层垃圾遮住的内部臭味会散发出来污染周围空气。
本实用新型克服现存技术存在的不足，本实用新型公开了一种带机械臂的新型自动垃圾收集及垃圾桶清洗多功能车。本实用新型结构相对比较简单，使用起来更便捷，实现了对垃圾桶的全自动夹取、倾倒和清洗，操作快速方便，不需要驾驶员反复下车，大大加快了工作效率，保护了清洁人员的身体健康。
一种带机械臂的新型自动垃圾收集及垃圾桶清洗多功能车，包括车身1，车身1上安装有垃圾箱2、清洗箱3和机械臂结构，机械臂结构连接有抓手臂4，所述抓手臂4两侧分别铰接连接有夹持杆5；清洗箱3内安装有垃圾桶清洗结构；所述机械臂至少包括一个横向转动臂和一个竖向转动臂。
进一步的改进，所述机械臂包括与车身1连接的横向转动的水平臂49，水平臂49铰接横向转动的抓手臂50，抓手臂50连接有竖向设置的垂直臂51，垂直臂51铰接有竖向旋转的设置的翻转臂52，翻转臂52 铰接抓手臂4。
进一步的改进，所述两个夹持杆5分别连接有第一旋转装置9，第一旋转装置9为电机或液压马达。
进一步的改进，所述垃圾桶清洗结构包括升降台15，升降台15 轴接有内喷头22并连接有第二旋转装置23；第二旋转装置23的转轴24 中空，且转轴24内穿过与内喷头22连通的输水管25；升降台15外安装有外喷头26。
进一步的改进，配合升降台15安装有回位装置；所述回位装置包含与升降台15配合的电磁刹27和通过绝缘材料28与转轴24连接的导电环29，导电环29上成形有缺口30；电磁刹27电连接有延时开关31；电磁刹27和延时开关31与导电环29电性并联连接。
进一步的改进，所述绝缘材料28为塑料或陶瓷；所述电磁刹27 包括壳体35，壳体35内安装有电磁铁32，电磁铁32通过第一弹簧33 连接有与刹车片相连的磁块34或铁块。
如图1-4所示的一种新型自动垃圾收集及垃圾桶清洗多功能车，包括车身1，车身1上安装有垃圾箱2、清洗箱3和垃圾桶运输结构，垃圾桶运输结构连接有抓手臂4，所述抓手臂4两侧分别铰接连接有夹持杆5；清洗箱3内安装有垃圾桶清洗结构；垃圾箱2和清洗箱3 顶部均成形有开口20。
使用时，垃圾桶运输结构将抓手臂4运送到垃圾桶位置，然后两个夹持杆5相对运动，将垃圾桶36夹住，然后运送到垃圾箱2顶部的开口20出，将垃圾倒入垃圾箱，再横移垃圾桶，运送到清洗箱3 的开口处，垃圾桶清洗结构承接垃圾箱，将垃圾箱清理洗涤干净。然后夹持杆5再夹住垃圾箱，将其送回原位。
具体实现夹持的方式如图5所示：两个夹持杆5通过均连接有旋转齿轮6，两个旋转齿轮6相互啮合，其中一个旋转齿轮6连接有连杆7，连杆7连接有推拉结构8，推拉结构8为油缸或气缸。
另一种实现夹持的方式如图15所示：两个夹持杆5分别连接有第一旋转装置9，第一旋转装置9为电机或液压马达。
垃圾桶运输结构包括伸缩结构10，伸缩结构10旋转连接有L状翻转杆11，L状翻转杆11连接有平移结构，所述平移结构连接抓手臂4；伸缩结构10为油缸或气缸；伸缩结构10通过液压马达旋转连接L状翻转杆11。
平移结构为油缸或气缸或丝杆结构；所述丝杆结构包括旋转动力装置12，旋转动力装置12连接有丝杆13，丝杆13螺纹连接抓手臂4；丝杆13外安装有壳体14，壳体14上成形有与抓手臂4配合的与丝杆13 平行的滑槽；旋转动力装置12为液压马达。
垃圾桶清洗结构包括升降台15，升降台15连接有升降结构21；升降台15外侧安装有外侧旋转喷头16，外侧旋转喷头16通过横管17连通旋转结构18的转轴；升降台15上安装有内旋转喷头19，升降结构21 为油缸或气缸；旋转结构18为电机或液压马达。
垃圾桶被运送到清洗箱处时，升降台15上升到开口处，然后垃圾箱被扣在升降台15上，随后升降台15下降，外侧旋转喷头16和内旋转喷头19旋转喷水清理洗涤垃圾箱。
实施例1的垃圾桶清洗结构需要喷头进行旋转，因此喷头的管路至少有一处需要轴接，而轴接处由于摩擦等，非常容易造成漏水情况，即其常规使用的寿命不高，未解决以上问题，进行如下改进，具体如图8 所示：
垃圾桶清洗结构包括升降台15，升降台15轴接有内喷头22并连接有第二旋转装置23；第二旋转装置23的转轴24中空，且转轴24内穿过与内喷头22连通的输水管25；升降台15外安装有外喷头26；第二旋转装置23为电机或液压马达，这样通过旋转。这样，清洗垃圾桶时，外喷头26和内喷头22均不需要转动，仅仅升降台15旋转即可。升降台15 可安装弯曲的弹性杆43，从而便于将垃圾箱固定。升降台15连接升降结构如气缸。油缸等实现升降。
在实施例2的基础上，如图12所示，由于垃圾箱清洗旋转，也许会出现清洗完成后垃圾箱壁与夹持杆成45°角，这样由于接触面积减小，且夹持力不变很容易使得垃圾箱变形或破损而影响其常规使用的寿命。所以如图9-11所示设置回位装置，具体的：
配合升降台15安装有回位装置；所述回位装置包含与升降台15 配合的电磁刹27和通过绝缘材料28与转轴24连接的导电环29，导电环 29上成形有缺口30；电磁刹27电连接有延时开关31；电磁刹27和延时开关31与导电环29电性并联连接。
这样当断电后，延时开关31开关继续维持电磁刹27、延时开关31 和导电环29之间的闭合电路，但是当电线处时，闭合电路断开，电磁刹27将升降台15刹住，来保证垃圾桶处于不会被夹坏的角度。优选的导电环29两个电连接点之间对应的圆心角为九十度的整数倍。
绝缘材料28为塑料或陶瓷；所述电磁刹27包括壳体35，壳体35 内安装有电磁铁32，电磁铁32通过第一弹簧33连接有与刹车片相连的磁块34或铁块。
在夹装有垃圾的垃圾箱时也有一定的可能出现如图12所示的情况，因此为避免夹坏垃圾箱，作如下改进：
如图12所示，夹持杆5上安装有调正垃圾桶36放入垃圾桶调正机构；垃圾桶调正机构包括轴接在夹持杆5上的若干旋转柱40，旋转柱40外套设有皮带42，其中一个夹持杆5上的旋转柱40连接有动力装置41，动力装置41为电机或液压马达。这样当夹持垃圾箱时，动力装置41转动，即与垃圾箱接触的夹持杆5上的皮带42转动，从而将垃圾箱摆正，防止夹坏垃圾箱。
在实施例4的基础上，如图13和14所示，垃圾桶调正机构包括与夹持杆5滑动连接的滑板37，滑板37两端通过第二弹簧38与夹持杆5 相连；夹持杆5内侧面成形有与滑板37配合的滑动槽38，滑动槽38内安装有滚柱39或滚珠；其中一个滑板37外侧面与夹持杆5内侧面平行，另一个滑板37的外侧面与夹持杆5的内侧面的角度为a，a为五到十之间的数字。
这样，不需要设置额外的动力结构，由于两个滑板，一个外表面平行，一个倾斜，因此当出现图12的情况是，必然有一个夹持面与垃圾桶表面不是正好45°，这样在夹持的过程中两个滑板37会前后交错滑动，从而将垃圾桶摆正。由于a的角度不大，而垃圾桶基本为塑料制成，所以加持后，垃圾桶的形变很小，几乎不会对其造成破坏。而当松开垃圾桶后，由于弹簧的弹力，滑板37复位，从而进行下一个垃圾桶垃圾的的倾倒和垃圾桶的清洗。
为了便于快速更换清洗箱3和便于根据不一样的情况选择仅仅使用垃圾运输功能还是垃圾桶清洗功能与运输功能同时使用，以适应市场的不一样的需求，如图16所示，作如下改进，车身1包括前车身44和后车身 45；前车身44和后车身45通过可拆卸结构可拆卸连接，其中可拆卸结构包括U形架46和与U形架配合的插板47；U形架46和插板47均对应设置有插孔，插孔内插入有T形固定杆48。
实施例1的垃圾桶运输结构处于车辆侧面，占面积较大，行驶时也加宽了车辆的横向运动面积，易引起擦碰等事故，因为再其基础上做如下改进：将垃圾桶运输结构设置为机械臂结构，机械臂结构为六自由度的机械臂或四和五自由度的机械臂等。具体结构如图17所示，包括与车身1连接的横向转动的水平臂49，水平臂49铰接横向转动的抓手臂50，抓手臂50连接有竖向设置的垂直臂51，垂直臂51铰接有竖向旋转的设置的翻转臂52，翻转臂52铰接抓手臂4。铰接处通过液压马达或电机等实现旋转。
实施例7的结构存在如下问题：水平臂49和抓手臂50各有一个周向的旋转自由度，这导致机械臂旋转夹住垃圾桶后，向垃圾箱运输倾倒垃圾的时候，由于水平臂49和抓手臂50的旋转导致垂直臂51旋转，进而导致垃圾桶也会出现旋转，从而使得垃圾桶的倾倒方向发生偏转，倾倒垃圾时很难正对垃圾箱的垃圾入口，导致倾倒垃圾时垃圾倾洒出来。此外，若出现垂直臂51旋转超过九十度的情况，甚至会导致倾倒垃圾时，直接全部倾倒在垃圾箱外。因此就需要设计一种定向控制器，保证水平臂49和抓手臂50转动时，垂直臂51始终与垃圾箱侧壁保持平行，来保证垃圾不会被倾倒在垃圾箱外。
包括与水平臂49的转轴处轴接连接的第一锥齿轮69，第一锥齿轮 69啮合有第二锥齿轮70，第二锥齿轮70通过第一横向杆75固定连接有第三锥齿轮71，第三锥齿轮71啮合有第四锥齿轮72，第四锥齿轮72 同轴固定连接有第五锥齿轮73，第四锥齿轮72通过旋转轴与抓手臂50 的转轴处旋转轴接；第五锥齿轮73啮合有第六锥齿轮74，第六锥齿轮 74通过第二横向杆76固定连接有第七锥齿轮77，第七锥齿轮77啮合有第八锥齿轮78，第八锥齿轮78与垂直臂51固定连接。第四锥齿轮72 和第五锥齿轮73朝向相反。
第一横向杆75和第二横向杆76的结构可以分别固定安装在水平臂49和抓手臂50内，也可如图23所示，安装在水平臂49和抓手臂50 外，第一横向杆75外套有第一轴承79，第二横向杆76,外套有第二轴承80；第一轴承79通过第一连杆81固定在水平臂49上，第二轴承80 通过第二连杆82固定在抓手臂50上。第八锥齿轮78通过转动轴83与抓手臂50轴接。水平臂49固定连接有固定连接臂99，第一锥齿轮69与固定连接臂99或车身固定连接。
当水平臂49旋转角度为a时，带动第一锥齿轮69不动，而第二锥齿轮70被水平臂49带动绕第一锥齿轮69转动，然后通过第一横向杆75 和第三锥齿轮71及第四锥齿轮72传递到第五锥齿轮73；由于第四锥齿轮72和第五锥齿轮73与抓手臂50轴接，因此不会导致抓手臂50转动，第五锥齿轮73将转动的角度通过第六锥齿轮74、第二横向杆76和第七锥齿轮77传递到第八锥齿轮78，从而使得第八锥齿轮78旋转-a度，将水平臂49引起的角度偏转抵消，从而维持垂直臂51与垃圾箱平行。
当抓手臂50旋转角度为b时，由于第四锥齿轮72和第五锥齿轮73 已经被第一锥齿轮69、第二锥齿轮70、第一横向杆75和第三锥齿轮71 形成的啮合传动结构锁死，所以第五锥齿轮73不会转动，而第六锥齿轮74则绕第五锥齿轮73转动b个角度，并通过第二横向杆76和第七锥齿轮77传递到第八锥齿轮78，使得第八锥齿轮78，转动-b个角度将抓手臂50的旋转角度抵消。
这样实现了水平臂49和抓手臂50各自独立灵活转动的同时，保证了其转动不会传递到垂直臂51，保证垂直臂51与垃圾箱始终平行，来保证垃圾桶的倾倒角度正确。
在实施例8的基础上，如图24所示，能够直接进行如下结构的变形：包括与水平臂49的转轴处轴接连接的第一齿轮84，第一齿轮84通过第一链条85连接第二齿轮86；第二齿轮86与水平臂49和抓手臂50轴接；第二齿轮86同轴固定连接有第三齿轮87；第三齿轮87通过第二链轮88 连接有第四齿轮89，第四齿轮89与抓手臂50轴接并与垂直臂51固定连接。第一齿轮84固定连接臂99或车身固定连接。
其实现原理如下：第二齿轮86绕第一齿轮84随水平臂49的转动，再将红钻东传递到第三齿轮87，第三齿轮87带动第四齿轮89转动，实现抵消了水平臂49的转动对垂直臂51的影响，保证垂直臂51始终与垃圾箱平行。
实施例8的另外一种实现方式如图25所示：包括与水平臂49的转轴处转动轴接连接的第一被动齿轮90和安装在水平臂49上的第二被动齿轮91；第一被动齿轮90和第二被动齿轮91之间通过第一传动齿轮 92啮合传动；第二被动齿轮91同轴固定连接有第三被动齿轮93；第二被动齿轮91和第三被动齿轮93与水平臂49和抓手臂50均轴接；抓手臂 50臂上轴接有第四被动齿轮95，第三被动齿轮93与第四被动齿轮95 之间通过第二传动齿轮96啮合传动。第一传动齿轮92和第二传动齿轮 96的个数均为奇数。第一被动齿轮90与与固定连接臂99或车身固定连接。
实施例7的另外一种机械臂结构及形式如图26所示：包括固定在车身1上的支座62，支座62通过伸缩结构66连接有臂座63，臂座63上铰接有竖向旋转的U形架64，U形架64上铰接有旋转臂65，旋转臂65上铰接有抓手臂4，抓手臂4包括与旋转臂65铰接的旋转座67，旋转座67 上铰接夹持杆5，夹持杆5与旋转座67之间铰接动力装置68。伸缩结构 66和动力装置68均为气缸或油缸。
在实施例7的基础上，由于连续的铰接难以控制，因此设置改进的交接式结构，如图19-21所示所示：包括安装在车身1上的竖向臂55，竖向臂55铰接有竖向翻转臂56，竖向翻转臂56铰接连接第一抓手臂 57。清洗箱3内安装有竖向伸缩结构，竖向伸缩结构连接有横向推拉结构58。横向推拉结构58连接有竖向杆59，竖向杆59连接有前后推拉结构60，前后推拉结构60连接有第二抓手臂61。第一抓手臂57、第二抓手臂61与抓手臂4的结构相同。竖向伸缩结构、横向推拉结构58和前后推拉结构60为气缸或油缸。也可省去竖向伸缩结构，使用带有升降结构21的升降台15。
如图22所示，垃圾箱内成形有两个或两个以上腔体，从而不同类的垃圾，如餐饮垃圾、可回收垃圾、不可回收垃圾等分别放在不同的腔体呢以此来实现垃圾分类。
如图27和28所示，为实现全自动夹取垃圾箱，而不需要人工确认位置，在车身上安装双摄像头97，双摄像头通过无线或有线，图像采集系统点连接垃圾桶运输结构的控制装置，控制装置电连接垃圾桶运输结构的的动力装置，动力装置控制垃圾桶运输结构运行。具体步骤如下：
1、收集车到达位置后，安装在车厢侧面的2个高清摄像头实时获取路边垃圾桶的位置照片
2、使用C#进行程序编写，采用2RGB法处理图像，通过OTSU算法对绿色垃圾桶动态阈值划分，采集绿色垃圾桶的视频信息，对拍摄的照片做处理和分析，判断垃圾桶的位置及垃圾桶的污秽程度
3、工控机根据视频信息规划机械臂的运行路线，发送控制信号给相应的驱动系统，驱动系统控制机械臂执行机构(液压马达)运转，实现垃圾桶的自动寻找并夹紧
4、垃圾桶运至清洗仓时，工控机根据垃圾桶的污秽程度判定清洗时间，控制清洗的时间和水流强度，以达到清洁垃圾桶的目的。
在实施例1的基础上，实际上使用发现存在如下问题，垃圾桶要放在清洗箱中清洗，加上各种清理洗涤设施，使得清洗箱在清洗垃圾桶时要有较高的高度，但是有很多道路有限高杆，导致运输车无法通过。
对此如图29所示，做如下改进，清洗箱包括下部的固定箱100和上部的活动箱101，活动箱101底部开口且其宽度小于固定箱100；固定箱100活动箱101之间安装有伸缩结构，所述伸缩结构为油缸或气缸。
上述实例仅仅是本实用新型的一个具体实施方式，对其的简单变换、替换等也均在实用新型的保护范围内。
