[發(fā)明專利]一種自平衡式分類智能垃圾桶及其控制方法

有效

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• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112173478B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田小平;鄧瑩鑫;黃舟平;李思呈
• 申請（專利權(quán)）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: B65F1/00
• 分類號: B65F1/00;B65F1/14;B65F1/16
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

1.一種自平衡式分類智能垃圾桶的控制方法，其特征在于：所述垃圾桶包括平衡車底座、垃圾桶主體、中央控制模塊和有源射頻RFID標簽；在平衡車底座下安裝有RFID傳感器(11)，配合地面安裝的無源RFID標簽(17)使用；RFID傳感器(11)和遠距離射頻標簽讀卡模塊與中央控制模塊電信號連接，通過串口進行通信；兩個驅(qū)動電機(9)與中央控制模塊相互電信號連接；垃圾桶主體(1)上安裝有紅外線傳感器(8)和兩個翻蓋(3)，兩個翻蓋(3)由兩個電機驅(qū)動；垃圾桶主體(1)安裝在平衡車底座上方，四周安裝有超聲波測距傳感器(4)和一個電源充電接口，超聲波測距傳感器(4)與中央控制模塊電信號連接；垃圾桶主體(1)內(nèi)安裝有可拆卸的內(nèi)桶(2)；中央控制模塊內(nèi)設(shè)置有遠距離射頻標簽讀卡模塊、陀螺儀模塊、wifi模塊和電源模塊(7)；有源射頻RFID標簽(18)包含獨立電源，分別放置在空間中的各個地方配合遠距離射頻標簽讀卡模塊一起使用；

所述垃圾桶的控制方法具體包含以下步驟：

S1：打開垃圾桶電源后，垃圾桶進行自檢，實時監(jiān)測垃圾桶各個模塊的情況；

S2：當垃圾桶檢測到缺電時自動前往充電樁并上傳充電樁信息到管理員手機，管理員前往對應(yīng)充電樁位置為垃圾桶進行充電；檢測到模塊異常時，將垃圾桶的位置信息上傳到管理員手機上，管理員前往垃圾桶位置進行檢修，否則垃圾桶進入等待狀態(tài)保持位置不變，等待接收云端服務(wù)器向垃圾桶發(fā)送指令；

S3：中央控制器接收到用戶通過云端服務(wù)器發(fā)送的指令后，根據(jù)指令做出指定動作，并在運動過程中實時利用超聲波測距傳感器(4)對周圍環(huán)境進行檢測，把數(shù)據(jù)發(fā)送到中央控制模塊做出相應(yīng)的前進、避障、停止、開蓋的動作；

S4：在運動過程中，當垃圾桶紅外線傳感器(8)檢測到垃圾桶上方有人手扔垃圾的動作時，把數(shù)據(jù)發(fā)送到中央控制模塊控制垃圾桶停止運動，并打開翻蓋(3)，否則繼續(xù)執(zhí)行云端服務(wù)器的指令；

S5：垃圾桶因放入垃圾而導致重心發(fā)生偏移時，自動調(diào)整重心位置保持垃圾桶的平衡，并繼續(xù)執(zhí)行未完成的指令，其自動調(diào)整重心位置的控制方程為：

式中：t為采樣時刻，u₁(t)、u₂(t)分別為通過垃圾桶位置和角度調(diào)節(jié)出的速度，K_p1、K_p2分別為位置和角度的比例系數(shù)，K_d1、K_d2分別為位置和角度的微分系數(shù)，e(t)為位置的反饋誤差，a(t)為角度的反饋誤差，最終輸出控制車輪的速度； 其中通過垃圾桶的速度是否在連續(xù)時間內(nèi)為0，即在t₁、t₂、t₃時刻的速度來判斷垃圾桶的平衡狀態(tài)，其判斷方程為：

式子中為陀螺儀模塊檢測的垃圾桶傾斜角度；在垃圾桶達到平衡時out輸出為1，通過判斷out輸出是否為1來對a(t)進行更新，確保重心發(fā)生偏移時垃圾桶的平衡。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自平衡式分類智能垃圾桶的控制方法，其特征在于：所述垃圾桶主體(1)利用平衡車底座進行驅(qū)動；

所述中央控制模塊使用STM32F103ZET6芯片控制；

所述有源射頻RFID標簽，每隔5m進行安放，發(fā)射頻率為3s/次；

所述無源RFID標簽，使用的是頻率為13.56MHZ的IC卡，采用矩陣式均勻分布安裝在地面上；

所述遠距離射頻標簽讀卡模塊使用DSR-M01/2讀卡模塊，安放在空間中各個位置的有源射頻標簽使用；

所述超聲波測距傳感器(4)分布垃圾桶主體(1)四周，分別安裝在垃圾桶主體(1)最下方；

所述陀螺儀模塊使用MPU9250九軸陀螺儀傳感器；

所述wifi模塊使用ATK-ESP8266系列wifi模塊；

所述電源模塊(7)使用18650電池組提供整車電能。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自平衡式分類智能垃圾桶的控制方法，其特征在于：所述平衡車底座利用兩個520編碼電機驅(qū)動；平衡車底座上安裝有兩個電機(9)和一個RFID傳感器(11)，兩個電機(9)通過電機支撐(6)與垃圾桶主體(1)相連接，并與中央控制模塊進行電信號連接，電機(9)上設(shè)有霍爾傳感器。