CN108202845A - 用于自动清理水面垃圾的机器人及水面垃圾自动清理方法 - Google Patents

用于自动清理水面垃圾的机器人及水面垃圾自动清理方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于垃圾清理技术领域，公开了一种用于自动清理水面垃圾的机器人及水面垃圾自动清理方法，所述机器人包括双体船、转动设置在所述双体船上方的云台、安装在所述云台上的摄像装置、设置在所述双体船下方且用于驱动所述双体船运动及转向的动力装置、安装在所述云台内且用于为所述机器人供电的电源，以及安装在所述云台内且分别与所述云台、摄像装置、动力装置和电源电性连接的电路模块。本发明可以实现自动打捞水面垃圾，无需人工干预；另外，可以实现周边垃圾自动识别，提高打捞垃圾时的效率。

Description

用于自动清理水面垃圾的机器人及水面垃圾自动清理方法
技术领域
本发明属于垃圾清理技术领域，尤其涉及一种用于自动清理水面垃圾的机器人及水面垃圾自动清理方法。
背景技术
近年来环境污染严重，水环境的污染问题越来越受到人们关注，湖泊、河流等水域的漂浮垃圾已经逐步影响到市民的饮水卫生、环境卫生及城市面貌。解决水面垃圾收集的问题，目前主要方法还是采用人工打捞的方式，但这种人工打捞水面垃圾作业方式劳动强度较大、工作效率不高，而且还容易给打捞人员带来人身安全事故。因此，自动化清理水面垃圾已成为水环境保护的急需措施。虽然目前已有一些水面垃圾清理机器人，但是现有的水面垃圾清理机器人主要为水面巡航清理，其不能自主识别及定位水面垃圾，只能通过盲目巡航来清理垃圾，垃圾清理效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于自动清理水面垃圾的机器人，旨在解决现有技术中的水面垃圾清理效率低的技术问题。
本发明的技术方案是：提供了一种用于自动清理水面垃圾的机器人，包括双体船、转动设置在所述双体船上方的云台、安装在所述云台上的摄像装置、设置在所述双体船下方且用于驱动所述双体船运动及转向的动力装置、安装在所述云台内且用于为所述机器人供电的电源，以及安装在所述云台内且分别与所述云台、摄像装置、动力装置和电源电性连接的电路模块。
进一步地，所述双体船包括甲板、设置在所述甲板底部两侧的片体，以及可拆卸安装在所述甲板底部的垃圾收集舱，所述云台转动设置在所述甲板上方，所述动力装置设置在所述片体上。
进一步地，所述摄像装置的相机镜头装有可控偏振镜。
进一步地，所述动力装置为喷水驱动装置。
进一步地，所述用于自动清理水面垃圾的机器人还包括设置在所述甲板上且与所述电源电性连接的太阳能电池板。
进一步地，所述垃圾收集舱可拆卸连接在所述甲板两侧的所述片体之间。
进一步地，所述电路模块包括用于定位机器人当前位置的定位单元、分别与所述定位单元和摄像装置电性连接且用于分析所述摄像装置采集的图像及计算图像中的物体的具体位置的处理单元、与所述处理单元电性连接且用于存储机器人工作水域的环境信息的存储单元，以及分别与所述动力装置和云台电性连接且用于控制所述动力装置和云台的动作的控制单元。
本发明还提供了一种水面垃圾自动清理方法，所述方法采用如上述所述的用于自动清理水面垃圾的机器人，其中，所述电路模块包括定位单元、分别与所述定位单元和摄像装置电性连接的处理单元、与所述处理单元电性连接的存储单元，以及分别与所述动力装置和云台电性连接的控制单元，所述方法具体包括以下步骤：
A、所述控制单元控制机器人在水面巡航，通过所述处理单元对所述摄像装置实时采集的环境图像进行分析并判断图像内是否有异常物体，若有则执行下一步骤，否则重复执行本步骤；
B、所述控制单元控制所述动力装置停止运行；
C、所述控制单元控制所述云台转动使得所述异常物体位于图像的中心区域，同时重复调节所述摄像装置镜头上的偏振镜至少三次并重新采集每次调节后的环境图像，通过所述处理单元对每次重新采集的环境图像进行分析并判断图像中是否都有异常物体，若都有则执行下一步骤，否则返回步骤A；
D、所述定位单元定位机器人的当前坐标位置，并通过所述处理单元计算所述异常物体的具体坐标位置；
F、所述控制单元控制机器人前往清理所述异常物体，清理完毕后返回步骤A。
进一步地，在所述步骤A和步骤C中，所述处理单元通过对比所述摄像装置采集的环境图像与所述存储单元中存储的环境信息来判断图像内是否有异常物体。
进一步地，在所述步骤D中，所述处理单元通过获取所述摄像装置的高度及所述云台的垂直角度来计算所述异常物体与机器人的相对位置，再根据机器人的当前坐标位置计算所述异常物体的具体坐标位置。
实施本发明的一种用于自动清理水面垃圾的机器人，具有以下有益效果：其通过设置电路模块对双体船、云台、摄像装置和动力装置进行控制，可以实现自动打捞水面垃圾，无需人工干预；另外，可以实现周边垃圾自动识别，提高打捞垃圾时的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的用于自动清理水面垃圾的机器人的立体结构示意图(一)；
图2是本发明实施例提供的用于自动清理水面垃圾的机器人的立体结构示意图(二)；
图3是本发明实施例提供的用于自动清理水面垃圾的机器人的结构框图；
图4是本发明实施例提供的水面垃圾自动清理方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接或间接在另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接或间接连接到另一个元件。
还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
本发明实施例提供的用于自动清理水面垃圾的机器人，其主要针对中小型湖泊、河流等水域的固体垃圾清理及收集，如塑料袋、饮料瓶、树枝树叶及其它易清理的水面漂浮垃圾。整个打捞过程无需人工参与，并且安全性好。
具体地，如图1至图3所示，本发明实施例的用于自动清理水面垃圾的机器人包括双体船1、云台2、摄像装置3、动力装置4、电源5和电路模块6。其中，双体船1用于在水面上运动以便于收集水面垃圾。云台2设置在双体船1的上方且可相对双体船1转动。摄像装置3安装在云台2上且可与云台2一起转动，进而使得摄像装置3可以采集各个角度的环境图像。动力装置4设置在双体船1的下方，其用于驱动双体船1在水面上运动及转向。电源5安装在云台2内以防止电源5进水而失效，其主要用于为机器人的各元器件供电，如云台2、摄像装置3、动力装置4和电路模块6。电路模块6安装在云台2内以防止电路模块6进水而失效，其分别与云台2、摄像装置3、动力装置4和电源5电性连接，电路模块6用于控制云台2的转动，还用于接收并处理摄像装置3实时采集的环境图像以判断图像中是否存在异常物体(即垃圾)，还用于控制动力装置4的动作进而控制双体船1运动及转向。
本发明实施例通过设置电路模块6对双体船1、云台2和摄像装置3和动力装置4进行控制，可以实现自动打捞水面垃圾，无需人工干预；另外，可以实现周边垃圾自动识别，提高打捞垃圾时的效率。
在本发明实施例中，摄像装置3可以是高清像机，通过高清像机对水面上的垃圾进行定位，且高清像机的个数可以是一个也可以是两个，若采用两个像机，通过双目视觉定位原理，同样可以实现垃圾的定位。另外，电源5为内置电池，优选为可充电电池。
进一步地，上述双体船1包括甲板11、片体12和垃圾收集舱13。其中，在甲板11底部的两侧均设置有片体12，以使双体船1运动平稳。垃圾收集舱13可拆卸安装在甲板11的底部以便于更换垃圾收集舱13，其用于收集垃圾，具体地，垃圾收集舱13可通过螺纹连接或卡扣连接等可拆卸连接方式安装在甲板11底部。上述云台2转动设置在甲板11的上方，动力装置4设置在片体12上，具体地，在双体船1的两个片体12上均安装有动力装置4。优选地，在本发明实施例中，垃圾收集舱13呈网状，可减轻双体船1在收集垃圾后的总重量。
优选地，在本发明的一个实施例中，在摄像装置3的相机镜头上装有可控偏振镜(未示出)，使得摄像装置3的成像结果为对水面反射的光线进行过滤处理后的成像，进而使得机器人可以清理较小且不易被发现的垃圾。该偏振镜可以按角度调节，也可以按一定速度转动，在转动过程中不停获取图像，同样可以达到滤除干扰光线的效果。
进一步优选地，上述动力装置4为喷水驱动装置，该喷水驱动装置用于为机器人提供前进动力及转向动力，相对螺旋桨而言，此喷水驱动方式可避免被垃圾缠绕。
进一步地，本发明实施例的用于自动清理水面垃圾的机器人还包括覆盖在甲板11上的太阳能电池板7，该太阳能电池板7与电源5电性连接，此时电源5为内置可充电电池，通过太阳能电池板7为电池持续充电，进而为机器人提供更持久的续航时间。
优选地，在本发明的一个实施例中，垃圾收集舱13可拆卸连接在甲板11两侧的片体12之间，且该垃圾收集舱13的下端面高出片体12的底面。可以理解的是，在本发明的其它实施例中，垃圾收集舱13也可以不设置在两个片体12之间。
进一步地，如图3所示，电路模块6具体包括定位单元61、处理单元62、存储单元63和控制单元64。其中，定位单元61与处理单元62电性连接且用于定位机器人当前坐标位置信息并将其传输给处理单元62；处理单元62分别与定位单元61、摄像装置3、存储单元63和控制单元64电性连接，且处理单元62用于接收摄像装置3实时采集的环境图像信息并将其与存储单元63的中存储的环境信息进行对比，以判断采集的图像中是否存在异常物体，处理单元62还用于接收定位单元61的定位信息并根据该定位信息及摄像装置3的高度及云台2的垂直角度计算图像中的异常物体的具体位置信息；存储单元63用于存储机器人工作水域的环境信息；控制单元64分别与动力装置4和云台2电性连接，控制单元64用于接收处理单元62的处理信息并根据处理信息控制动力装置4和云台2的动作。
结合图4，本发明实施例还提供了一种水面垃圾自动清理方法，其采用如上述所述的用于自动清理水面垃圾的机器人。其中，电路模块6包括定位单元61、分别与定位单元61和摄像装置3电性连接的处理单元62、与处理单元62电性连接的存储单元63，以及分别与动力装置4和云台2电性连接的控制单元64。具体地，该方法包括以下步骤：
A0、开始；
A、水面巡航图像分析及判断是否发现异常物体，具体为：控制单元64通过控制动力装置4来控制机器人在水面巡航，然后通过处理单元62对摄像装置3实时采集的环境图像进行分析并判断图像内是否有异常物体，若有则执行下一步骤，否则重复执行本步骤；
B、停止运动，具体为：控制单元64控制动力装置4停止运行，进而使得双体船停止运动；
C、调节偏振镜采集图像及判断图像是否均包含此物体，具体为：控制单元64控制云台2转动使得异常物体位于图像的中心区域，同时重复调节摄像装置3镜头上的偏振镜至少三次并重新采集每次调节后的环境图像，然后通过处理单元62对每次重新采集的环境图像进行分析并判断图像中是否都有异常物体，若都有则执行下一步骤，否则返回步骤A；
D、识别物体位置，具体为：定位单元61定位机器人的当前坐标位置，并通过处理单元62计算异常物体的具体坐标位置；
F、前往清理垃圾，具体为：控制单元64通过控制动力装置4来控制机器人前往清理异常物体，清理完毕后返回步骤A。
优选地，在上述步骤A和步骤C中，处理单元62通过对比摄像装置3采集的环境图像与存储单元63中存储的环境信息来判断图像内是否有异常物体。
进一步优选地，在上述步骤D中，处理单元62通过获取摄像装置3的高度及云台2的垂直角度来计算异常物体与机器人的相对位置，再根据机器人的当前坐标位置计算异常物体的具体坐标位置。
在本发明实施例的具体应用中，机器人通过GPS自主导航，在水面进行巡航移动，同时垃圾收集舱13进行垃圾清理工作。在双体船1的移动过程中，云台2按预设的角度范围缓缓转动，同时摄像装置3对环境图像进行实时采集，采集后的图像传输给处理单元62进行分析。机器人内部存储单元63存储有当前工作水域的所有环境信息，当处理单元62分析到某位置的图像与内部存储的信息不一致时，机器人立即停止前进动作，自动调整云台2使该位置至图像中心。然后旋转偏振镜一定的角度(如90度或60度或30度等)并重新采集图像，重复调节偏振镜及采集图像3次，再分析每次采集的图像中是否有此物体出现。若分析结果为所有图像中均有此物体出现，则可排除水面波纹反光因素的干扰，进而判定此位置存在垃圾。
判定图像中存在垃圾后，处理单元62通过获取摄像装置3的高度及云台2的垂直角度，计算出此物体与双体船1的相对位置，再根据机器人的当前位置可计算出此物体的具体坐标位置，然后机器人行驶至垃圾位置将垃圾清理。此垃圾清理完毕之后，机器人继续巡航移动清理其它垃圾。
本发明实施例的水面巡航功能可清理较小且不易被发现的垃圾，而垃圾定位清理功能，则实现了较大垃圾的迅速清理工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于自动清理水面垃圾的机器人，其特征在于，包括双体船、转动设置在所述双体船上方的云台、安装在所述云台上的摄像装置、设置在所述双体船下方且用于驱动所述双体船运动及转向的动力装置、安装在所述云台内且用于为所述机器人供电的电源，以及安装在所述云台内且分别与所述云台、摄像装置、动力装置和电源电性连接的电路模块。
2.如权利要求1所述的用于自动清理水面垃圾的机器人，其特征在于，所述双体船包括甲板、设置在所述甲板底部两侧的片体，以及可拆卸安装在所述甲板底部的垃圾收集舱，所述云台转动设置在所述甲板上方，所述动力装置设置在所述片体上。
3.如权利要求1所述的用于自动清理水面垃圾的机器人，其特征在于，所述摄像装置的相机镜头装有可控偏振镜。
4.如权利要求1所述的用于自动清理水面垃圾的机器人，其特征在于，所述动力装置为喷水驱动装置。
5.如权利要求2所述的用于自动清理水面垃圾的机器人，其特征在于，所述用于自动清理水面垃圾的机器人还包括设置在所述甲板上且与所述电源电性连接的太阳能电池板。
6.如权利要求2所述的用于自动清理水面垃圾的机器人，其特征在于，所述垃圾收集舱可拆卸连接在所述甲板两侧的所述片体之间。
7.如权利要求1-6任一项所述的用于自动清理水面垃圾的机器人，其特征在于，所述电路模块包括用于定位机器人当前位置的定位单元、分别与所述定位单元和摄像装置电性连接且用于分析所述摄像装置采集的图像及计算图像中的物体的具体位置的处理单元、与所述处理单元电性连接且用于存储机器人工作水域的环境信息的存储单元，以及分别与所述动力装置和云台电性连接且用于控制所述动力装置和云台的动作的控制单元。
8.一种水面垃圾自动清理方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1-7任一项所述的用于自动清理水面垃圾的机器人，其中，所述电路模块包括定位单元、分别与所述定位单元和摄像装置电性连接的处理单元、与所述处理单元电性连接的存储单元，以及分别与所述动力装置和云台电性连接的控制单元，所述方法具体包括以下步骤：
A、所述控制单元控制机器人在水面巡航，通过所述处理单元对所述摄像装置实时采集的环境图像进行分析并判断图像内是否有异常物体，若有则执行下一步骤，否则重复执行本步骤；
B、所述控制单元控制所述动力装置停止运行；
C、所述控制单元控制所述云台转动使得所述异常物体位于图像的中心区域，同时重复调节所述摄像装置镜头上的偏振镜至少三次并重新采集每次调节后的环境图像，通过所述处理单元对每次重新采集的环境图像进行分析并判断图像中是否都有异常物体，若都有则执行下一步骤，否则返回步骤A；
D、所述定位单元定位机器人的当前坐标位置，并通过所述处理单元计算所述异常物体的具体坐标位置；
F、所述控制单元控制机器人前往清理所述异常物体，清理完毕后返回步骤A。
9.如权利要求8所述的水面垃圾自动清理方法，其特征在于，在所述步骤A和步骤C中，所述处理单元通过对比所述摄像装置采集的环境图像与所述存储单元中存储的环境信息来判断图像内是否有异常物体。
10.如权利要求8所述的水面垃圾自动清理方法，其特征在于，在所述步骤D中，所述处理单元通过获取所述摄像装置的高度及所述云台的垂直角度来计算所述异常物体与机器人的相对位置，再根据机器人的当前坐标位置计算所述异常物体的具体坐标位置。
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