CN107100151A - 一种水面漂浮物自动收集装置及收集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水面漂浮物自动收集装置及收集方法，包括无人船、竖直输送带和垃圾桶。无人船中的垃圾存储舱顶部固设有环形的电磁铁，电磁铁的纵向截面为直角梯形，直角梯形的斜边朝上，且直角梯形的斜边向着垃圾存储舱的底部倾斜；竖直输送带有若干条，沿垃圾存储舱的外圆周方向均匀布设；每条竖直输送带上均铰接一个垃圾桶，垃圾桶与竖直输送带相铰接的铰接点均设置在垃圾桶桶高的1/2~2/3处；每个垃圾桶均包括外筒、垃圾收集网、压力传感器、液位控制器、太阳能电板和若干个抽水泵。本发明无需人工操作，占用体积小，能实现对水面漂浮物的自动连续收集，且结构简易，操作简单，运作成本低，适合景区和城市等小型湖泊里使用。

Description

一种水面漂浮物自动收集装置及收集方法

技术领域

本发明涉及漂浮物收集装置，特别是一种水面漂浮物自动收集装置。

背景技术

随着经济社会的发展，各种一次性产品、塑料制品等充斥着我们的生活，中国素有“塑料大国”之称。

现如今我国湖泊、河流、水库等水体受到不同程度的塑料垃圾污染，各式各样的漂浮垃圾对水体产生严重的污染，破坏水生生物的生长环境，影响水体美观。

目前清理这些垃圾主要是人工网兜打捞为主，操作繁琐，处理效率低，打捞工作易受环境限制，且操作安全性低。针对这一问题，市面上各种垃圾打捞船的出现解放了人工问题，但是这些设备体积大多庞大，结构复杂，操作繁琐，能耗较大，并且打捞装置无法对水面产生持续清洁的效果，且造价较高，不方便在一些景区和城市等小型湖泊里使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种水面漂浮物自动收集装置，该水面漂浮物自动收集装置无需人工操作，占用体积小，能实现对水面漂浮物的自动连续收集，且结构简易，操作简单，运作成本低，适合景区和城市等小型湖泊里使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种水面漂浮物自动收集装置，包括无人船、竖直输送带和垃圾桶；

无人船包括垃圾存储舱和内置GPS定位模块的控制系统。

垃圾存储舱的顶部截面呈圆形，在圆形的垃圾存储舱的顶部固设有环形的电磁铁，电磁铁的纵向截面为直角梯形，直角梯形的斜边朝上，且直角梯形的斜边向着垃圾存储舱的底部倾斜。

竖直输送带有若干条，沿垃圾存储舱的外圆周方向均匀布设。

每条竖直输送带上均铰接一个所述垃圾桶，垃圾桶与竖直输送带相铰接的铰接点均设置在垃圾桶桶高的1/2~2/3处。

每条竖直输送带均能正向转动和反向转动，进而带动对应的垃圾桶高度上升或下降。

每个垃圾桶均包括外筒、垃圾收集网、压力传感器、液位控制器、太阳能电板和若干个抽水泵；压力传感器、液位控制器、太阳能电板和若干个抽水泵均与控制系统相连接。

垃圾收集网内置在外筒内，压力传感器设置在外筒上，液位控制器设置在外筒与垃圾收集网之间的空腔内，若干个抽水泵均匀布设在外筒的底部。

太阳能电板设置在外筒的上方，太阳能电板由两块半圆形拼合板拼合形成，太阳能电板的拼合缝与垃圾桶外壁上设置的铰接点位于同一个竖直平面内。

每块半圆形拼合板均通过转动支架与外筒相连接。

电磁铁的外周套设有环形的支撑保护板。

电磁铁的顶部设置有弹性缓冲层。

无人船还包括燃油驱动装置，该燃油驱动装置与控制系统相连接，能为整个自动收集装置提供能源。

所述垃圾桶和抽水泵的数量均为四个。

垃圾收集网的材料为尼龙、涤纶、腈纶聚酯纤维或芳纶纤维。

本发明还提供一种水面漂浮物自动收集方法，该水面漂浮物自动收集方法无需人工操作，占用体积小，能实现对水面漂浮物的自动连续收集，且结构简易，操作简单，运作成本低，适合景区和城市等小型湖泊里使用。

一种水面漂浮物自动收集方法，包括如下步骤。

步骤1，无人船航行路径规划：先根据待收集漂浮物的水面的形状和面积，在无人船的控制系统内事先对无人船的航行路径进行规划。

步骤2，自动收集装置下水调试：将自动收集装置放置在步骤1规划的航行路径的起点处，垃圾桶沿着竖直传输带下降，垃圾桶下降过程中，压力传感器将对外筒所受压力进行检测，当外筒所受压力达到设定值时，垃圾桶将停止下降；此时，外筒将完全浸没在水面下，外筒顶部与水面之间的距离控制在3~6cm；太阳能电板处于拼合状态，且位于水面上。

步骤3，漂浮物自动收集：通过控制各个垃圾桶底部的抽水泵，使自动收集装置按照步骤1规划的航行路径进行航行；在无人船航行的过程中，由于位于垃圾桶底部的抽水泵处于工作状态，故使垃圾收集网内因负压形成漩涡，漂浮物将自动流入垃圾收集网内，完成收集工作。

步骤4，漂浮物倾倒：在步骤3漂浮物自动收集过程中，液位控制器将对位于垃圾收集网与外筒之间空腔内的液位进行检测；当液位控制器所检测的液位低于设定值，也即垃圾收集网内垃圾收满，垃圾收集网的透水率降低时，抽水泵停止工作，垃圾桶在竖直传输带的带动下上升；在垃圾桶高度上升的同时，转动支架转动，使太阳能电板解除拼合状态；当垃圾桶与竖直传输带相铰接的铰接点传输至最高点的同时，位于垃圾存储舱顶部的电磁铁通电，在电磁吸力的作用下，垃圾桶倾斜，并与电磁铁表面相贴合，由于电磁铁上表面具有指向垃圾存储舱底部的斜面，故垃圾桶内的漂浮物将自动倾倒至垃圾存储舱内。

步骤5，垃圾桶复位继续自动收集漂浮物：当垃圾桶内漂浮物倾倒完成后，电磁铁断电，垃圾桶在竖直传输带的带动下高度下降，使外筒顶部与水面之间的距离控制在3~6cm；在垃圾桶高度下降的同时，转动支架转动，使太阳能电板相拼合；垃圾桶复位完成，继续自动收集漂浮物。

本发明采用上述结构和方法后，通过对各个垃圾桶底部不同方向抽水泵的工作状态控制，实现无人船水面运动方向的控制，实现自动航行。另外，控制系统控制垃圾桶的外筒顶部处于液面下3cm~6cm的位置，随着抽水泵的抽吸，漂浮的垃圾随着河水一起被吸进垃圾桶内，实现了无需额外动力自动收集的目的。垃圾被垃圾收集网截留，进入垃圾桶内的水在置于垃圾桶底部的抽水泵作用下，重新排出垃圾桶，保证垃圾桶内与水面液位差的存在。进入垃圾收集网内的垃圾收集满后，垃圾收集网被垃圾堵住，导致垃圾收集网对水的通透率下降，外筒内的液位降低，当液位控制器检测到水位低于设定水位时，控制系统控制竖直传输带的运动状态，此时抽水泵停止运动，竖直传输带牵引垃圾桶上升，达到顶部后，电磁铁通电，垃圾桶自动倾斜，垃圾桶内的垃圾被倾倒出来。另外，除了燃油驱动装置提供能源外，垃圾桶上装有太阳能电池板，与燃油驱动装置一起为整个自动收集装置提供能源，整个装置实现节能减排的目的。另外，垃圾桶内与水面液位差的存在使得该装置犹如一个水面黑洞，实现对水体以及水面上的漂浮垃圾进行持续吸引的目的。

附图说明

图1显示了本发明一种水面漂浮物自动收集装置的正视图。

图2显示了本发明一种水面漂浮物自动收集装置的俯视图。

图3显示了本发明中垃圾桶的结构示意图。

图4显示了垃圾桶中太阳能电板的结构示意图。

图5显示了电磁铁的剖面结构示意图。

其中有：

1.无人船；

11.垃圾存储舱；12.控制系统；13.电磁铁；14.支撑保护板；15.弹性缓冲层；16.斜边；

2.竖直输送带；

3.垃圾桶；

31.外筒；32.垃圾收集网；33.液位控制器；34.压力传感器；35.铰接点；36.抽水泵；37.太阳能电板；38.转动支架。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，一种水面漂浮物自动收集装置，包括无人船1、竖直输送带2和垃圾桶3。

无人船1包括垃圾存储舱11、内置GPS定位模块的控制系统12和燃油驱动装置。

垃圾存储舱的顶部截面呈圆形，在圆形的垃圾存储舱的顶部固设有环形的电磁铁13。

如图5所示，电磁铁的纵向截面为直角梯形，直角梯形的斜边16朝上，且直角梯形的斜边向着垃圾存储舱的底部倾斜。

进一步，上述电磁铁的外周优选套设有环形的支撑保护板14，在垃圾桶倾斜的过程中，起保护作用，防止垃圾桶对电磁铁的撞击。

进一步，上述电磁铁的顶部优选设置有弹性缓冲层15，当垃圾桶与电磁铁上表面贴合时，能起缓冲作用，延长电磁铁的使用寿命。

竖直输送带2有若干条，优选为四条，沿垃圾存储舱的外圆周方向均匀布设。

每条竖直输送带上均铰接一个垃圾桶3，垃圾桶与竖直输送带相铰接的铰接点35均设置在垃圾桶桶高的1/2~2/3处。

每条竖直输送带均能正向转动和反向转动，进而带动对应的垃圾桶高度上升或下降。

竖直输送带和垃圾桶个数优选为4-6个，具体根据漂浮垃圾量和垃圾桶和船体直径比设定；抽水泵数量不少于于4个，满足控制抽水泵工作状态控制垃圾收集船的行进方向的同时保证外筒内低液面的要求。

如图3所示，每个垃圾桶均包括外筒31、垃圾收集网32、压力传感器34、液位控制器33、太阳能电板37和若干个抽水泵36。

其中，压力传感器、液位控制器、太阳能电板、燃油驱动装置和若干个抽水泵均与控制系统相连接。

太阳能电池板与燃油驱动装置一起为整个自动收集装置提供能源，整个装置实现节能减排的目的。

垃圾收集网内置在外筒内，垃圾收集网优选采用高分子纤维材料制成，如尼龙、涤纶、腈纶聚酯纤维，芳纶纤维等强度大抗腐蚀的材料，该材料耐腐蚀，强度高，孔径大小适中，且对水环境不会产生污染。

垃圾收集网用于截留水面的漂浮垃圾，如塑料瓶、塑料袋、水果皮、废旧浮漂、烂树叶等漂浮物垃圾。

压力传感器和液位控制器均优选设置在外筒与垃圾收集网之间的空腔内，若干个抽水泵均匀布设在外筒的底部。

太阳能电板设置在外筒的上方，如图4所示，太阳能电板由两块半圆形拼合板拼合形成，太阳能电板的拼合缝与垃圾桶外壁上设置的铰接点位于同一个竖直平面内，每块半圆形拼合板均优选通过转动支架与外筒相连接。图4中的箭头表示垃圾倾倒方向。

一种水面漂浮物自动收集方法，包括如下步骤。

步骤1，无人船航行路径规划：先根据待收集漂浮物的水面的形状和面积，在无人船的控制系统内事先对无人船的航行路径进行规划。

步骤2，自动收集装置下水调试：将自动收集装置放置在步骤1规划的航行路径的起点处，垃圾桶沿着竖直传输带下降，垃圾桶下降过程中，压力传感器将对外筒所受压力进行检测，当外筒所受压力达到设定值时，垃圾桶将停止下降；此时，外筒将完全浸没在水面下，外筒顶部与水面之间的距离控制在3~6cm；也即图1中的A位置，太阳能电板处于拼合状态，且位于水面上。

步骤3，漂浮物自动收集：通过控制各个垃圾桶底部的抽水泵，使自动收集装置按照步骤1规划的航行路径进行航行；在无人船航行的过程中，由于位于垃圾桶底部的抽水泵处于工作状态，故使垃圾收集网内因负压形成漩涡，漂浮物将自动流入垃圾收集网内，完成收集工作。

步骤4，漂浮物倾倒：在步骤3漂浮物自动收集过程中，液位控制器将对位于垃圾收集网与外筒之间空腔内的液位进行检测；当液位控制器所检测的液位低于设定值，也即垃圾收集网内垃圾收满，垃圾收集网的透水率降低时，抽水泵停止工作，垃圾桶在竖直传输带的带动下上升；在垃圾桶高度上升的同时，转动支架转动，使太阳能电板解除拼合状态；当垃圾桶与竖直传输带相铰接的铰接点传输至最高点（也即图1中B位置）的同时，位于垃圾存储舱顶部的电磁铁通电，在电磁吸力的作用下，垃圾桶倾斜，并与电磁铁表面相贴合，由于电磁铁上表面具有指向垃圾存储舱底部的斜面，故垃圾桶内的漂浮物将自动倾倒至垃圾存储舱内。

步骤5，垃圾桶复位继续自动收集漂浮物：当垃圾桶内漂浮物倾倒完成后，电磁铁断电，垃圾桶在竖直传输带的带动下高度下降，使外筒顶部与水面之间的距离控制在3~6cm；在垃圾桶高度下降的同时，转动支架转动，使太阳能电板相拼合；垃圾桶复位完成，继续自动收集漂浮物。

垃圾存储舱收集满后，垃圾收集船会自动停靠步骤1规划的航行路径的终点处，后期人工对存储舱内的垃圾进行回收。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种水面漂浮物自动收集装置，其特征在于：包括无人船、竖直输送带和垃圾桶；

无人船包括垃圾存储舱和内置GPS定位模块的控制系统；

垃圾存储舱的顶部截面呈圆形，在圆形的垃圾存储舱的顶部固设有环形的电磁铁，电磁铁的纵向截面为直角梯形，直角梯形的斜边朝上，且直角梯形的斜边向着垃圾存储舱的底部倾斜；

竖直输送带有若干条，沿垃圾存储舱的外圆周方向均匀布设；

每条竖直输送带上均铰接一个所述垃圾桶，垃圾桶与竖直输送带相铰接的铰接点均设置在垃圾桶桶高的1/2~2/3处；

每条竖直输送带均能正向转动和反向转动，进而带动对应的垃圾桶高度上升或下降；

每个垃圾桶均包括外筒、垃圾收集网、压力传感器、液位控制器、太阳能电板和若干个抽水泵；压力传感器、液位控制器、太阳能电板和若干个抽水泵均与控制系统相连接；

垃圾收集网内置在外筒内，压力传感器设置在外筒上，液位控制器设置在外筒与垃圾收集网之间的空腔内，若干个抽水泵均匀布设在外筒的底部；

太阳能电板设置在外筒的上方，太阳能电板由两块半圆形拼合板拼合形成，太阳能电板的拼合缝与垃圾桶外壁上设置的铰接点位于同一个竖直平面内；

每块半圆形拼合板均通过转动支架与外筒相连接。

2.根据权利要求1所述的水面漂浮物自动收集装置，其特征在于：电磁铁的外周套设有环形的支撑保护板。

3.根据权利要求1所述的水面漂浮物自动收集装置，其特征在于：电磁铁的顶部设置有弹性缓冲层。

4.根据权利要求1所述的水面漂浮物自动收集装置，其特征在于：无人船还包括燃油驱动装置，该燃油驱动装置与控制系统相连接，能为整个自动收集装置提供能源。

5.根据权利要求1所述的水面漂浮物自动收集装置，其特征在于：所述垃圾桶和抽水泵的数量均为四个。

6.根据权利要求1所述的水面漂浮物自动收集装置，其特征在于：垃圾收集网的材料为尼龙、涤纶、腈纶聚酯纤维或芳纶纤维。

7.一种水面漂浮物自动收集方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，无人船航行路径规划：先根据待收集漂浮物的水面的形状和面积，在无人船的控制系统内事先对无人船的航行路径进行规划；

步骤2，自动收集装置下水调试：将自动收集装置放置在步骤1规划的航行路径的起点处，垃圾桶沿着竖直传输带下降，垃圾桶下降过程中，压力传感器将对外筒所受压力进行检测，当外筒所受压力达到设定值时，垃圾桶将停止下降；此时，外筒将完全浸没在水面下，外筒顶部与水面之间的距离控制在3~6cm；太阳能电板处于拼合状态，且位于水面上；

步骤3，漂浮物自动收集：通过控制各个垃圾桶底部的抽水泵，使自动收集装置按照步骤1规划的航行路径进行航行；在无人船航行的过程中，由于位于垃圾桶底部的抽水泵处于工作状态，故使垃圾收集网内因负压形成漩涡，漂浮物将自动流入垃圾收集网内，完成收集工作；

步骤4，漂浮物倾倒：在步骤3漂浮物自动收集过程中，液位控制器将对位于垃圾收集网与外筒之间空腔内的液位进行检测；当液位控制器所检测的液位低于设定值，也即垃圾收集网内垃圾收满，垃圾收集网的透水率降低时，抽水泵停止工作，垃圾桶在竖直传输带的带动下上升；在垃圾桶高度上升的同时，转动支架转动，使太阳能电板解除拼合状态；当垃圾桶与竖直传输带相铰接的铰接点传输至最高点的同时，位于垃圾存储舱顶部的电磁铁通电，在电磁吸力的作用下，垃圾桶倾斜，并与电磁铁表面相贴合，由于电磁铁上表面具有指向垃圾存储舱底部的斜面，故垃圾桶内的漂浮物将自动倾倒至垃圾存储舱内；

步骤5，垃圾桶复位继续自动收集漂浮物：当垃圾桶内漂浮物倾倒完成后，电磁铁断电，垃圾桶在竖直传输带的带动下高度下降，使外筒顶部与水面之间的距离控制在3~6cm；在垃圾桶高度下降的同时，转动支架转动，使太阳能电板相拼合；垃圾桶复位完成，继续自动收集漂浮物。