CN108275246A - 自动搜索并处理水面垃圾的无人船及无人船系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自动搜索并处理水面垃圾的无人船及无人船系统，该自动搜索并处理水面垃圾的无人船包括船体和设置于船体的定位装置、摄像装置、主控制器、通信装置、发动机装置、以及垃圾处理机构；定位装置，用于对所述船体进行定位，获取定位信息；摄像装置，用于拍摄航线中船体前方画面；发动机装置，用于提供无人船航行动力；垃圾处理机构，用于对垃圾进行收集处理；主控制器，用于根据定位信息驱动所述船体按照设定路径航行；根据摄像装置拍摄的画面，通过垃圾处理机构对设定路径的垃圾进行收集处理。本发明技术方案实现了无人船的自主巡航和垃圾收集处理，提高水面垃圾处理的效率低、降低垃圾处理费用。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种自动搜索并处理水面垃圾的无人船及无人船系统。
背景技术
目前，环境保护逐渐成为国内国际关注热点，随着城市建设规划改革，越来越多的中小型人工湖进入人们视野。水污染治理也已经不再局限于昔日的湖泊海洋类大型水域。
传统的垃圾打捞船舶采用人力进行打捞，这对打捞人员的技术要求高，而且还存在效率低、作业时间久、以及人工费用和管理费用成本高昂，经济效益差。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种自动搜索并处理水面垃圾的无人船，旨在提高水面垃圾处理的效率低、降低垃圾处理费用。
为实现上述目的，本发明提出的自动搜索并处理水面垃圾的无人船包括船体和设置于船体的定位装置、摄像装置、主控制器、通信装置、发动机装置、以及垃圾处理机构；所述定位装置、摄像装置、驱动模块和垃圾处理机构均与所述主控制器连接；
所述定位装置，用于对所述船体进行定位，获取定位信息；所述摄像装置，用于拍摄航线中船体前方画面；所述发动机装置，用于提供无人船航行动力；所述垃圾处理机构，用于对垃圾进行收集处理；
所述主控制器，用于根据定位信息驱动所述船体按照设定路径航行；根据摄像装置拍摄的画面，通过垃圾处理机构对设定路径的垃圾进行收集处理。
优选地，所述自动搜索并处理水面垃圾的无人船还包括避障装置，所述避障装置用于对障碍物进行测量，得到船体与障碍物的相对位置；主控制器根据相对位置控制发动机装置驱动所述船体绕开障碍物。
优选地，所述摄像装置包括微处理器和摄像头；所述微处理器分别与所述主控制器及所述摄像头连接。
优选地，所述垃圾处理机构包括收集舱体及转动挡板；所述转动挡板与所述主控制器连接，所述转档挡板接收主控制器发出的驱动信号，以打开或闭合所述收集仓。
优选地，所述发动机装置包括驱动模块及电机；所述驱动模块与所述电机连接。
优选地，所述定位装置采用全球定位系统或/与北斗定位。
优选地，所述定位装置记录所述船体所处地理位置；定位装置根据无人船的地理位置和设定路径，将设定路径拆分成有限个经纬度坐标，计算出距离无人船最近的一个坐标点，将所需航行的路程以及方向发送至主控制器，主控制器控制发动机装置驱动无人船航行至该坐标点。
优选地，所述自动搜索并处理水面垃圾的无人船还包括电源，所述电源采用锂电池进行供电。
为实现上述目的，本发明还提出一种无人船，所述无人船包括如上所述的自动搜索并处理水面垃圾的无人船。该自动搜索并处理水面垃圾的无人船包括定位装置、避障装置、摄像装置、主控制器、发动机装置、以及垃圾处理机构；所述定位装置、摄像装置、通信装置、驱动模块和垃圾处理机构均与所述主控制器连接；所述定位装置，用于对所述船体进行定位；所述摄像装置，用于发现并识别垃圾；所述发动机装置，用于提供无人船航行动力；所述垃圾处理机构，用于对垃圾进行收集处理；所述主控制器，用于根据定位信息驱动所述船体按照设定路径航行；根据摄像装置拍摄的画面，通过垃圾处理机构对设定路径的垃圾进行收集处理。
本发明技术方案通过设置定位装置、摄像装置、主控制器、通信装置、发动机装置、以及垃圾处理机构，形成了一种自动搜索并处理水面垃圾的无人船。定位装置定位当前船体的位置，主控装置控制发动机装置驱动船体按照设定路径行驶，通过摄像装置识别水面垃圾，并对设定路径中的垃圾进行收集处理，从而实现了对水面垃圾的自动收集处理。本发明技术方案提高了水面垃圾处理的效率低、降低垃圾处理费用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明自动搜索并处理水面垃圾的无人船一实施例的功能模块图；
图2为图1中发动机装置一实施例的功能模块图；
图3为本发明自动搜索并处理水面垃圾的无人船在作业时一实施例的流程图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 10 | 定位装置 | 15 | 垃圾处理机构 |
| 11 | 摄像装置 | 16 | 避障装置 |
| 12 | 主控制器 | 18 | 单片机 |
| 13 | 通信装置 | 19 | 双向电调 |
| 14 | 发动机装置 | 20 | 电机 |
| 23 | 驱动模块 | 22 | 电源 |
| 24 | 动力模块 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种自动搜索并处理水面垃圾的无人船。
参照图1，在本发明实施例中，该自动搜索并处理水面垃圾的无人船包括定位装置10、摄像装置11、主控制器12、发动机装置14、以及垃圾处理机构15；所述定位装置10、摄像装置11、通信装置13、驱动模块和垃圾处理机构15均与所述主控制器12连接。
所述定位装置10，用于对所述船体进行定位。所述定位装置10采用GPS进行定位，或者采用北斗定位进行定位，或者同时采用GPS(Global Positioning System，全球定位系统)和北斗双模定位。但定位方式不仅局限于上述所列举的三种。
所述发动机装置14，用于提供无人船航行动力。发动机装置14可采用电力驱动或者燃油驱动。本实施例中，优选采用电力驱动的发动机装置14，以减少燃油对水面环境的二次污染。
所述摄像装置11，用于发现并识别垃圾。摄像装置11捕捉周围物体，对物体进行扫描拍照，将扫描到的图像进行图像识别处理，需要说明的是，该图形识别处理的算法采用现有的成熟识别的算法。图像识别处理用于判断目标物体是垃圾还是障碍物或者陆地。此时，若判断目标物体为垃圾，则对垃圾锁定。此时，主控制器12控制发动机装置14使无人船行驶至垃圾附件，通过所述垃圾处理机构15对垃圾进行收集处理。
所述通信装置13，用于与远程控制终端进行通信。需要说明的是，本实施例中，该无人船相应的还包括一个远程控制终端。该远程控制终端由操作人员进行控制。通过远程终端，操作人员可对无人船的航速、航向、设定路径进行处理。该远程控制终端具有显示装置，通信装置13将前方捕捉到的画面实时传输至显示装置。便于实时了解前方无人船的情况。此外，远程控制终端还可与移动终端进行通信连接，方便管理人员实时通过例如手机、平板电脑等查看前方无人船的位置、电量状态以及摄像头的各种视角，还可以授权控制无人船的运行，通过灵活切换无人船的工作模式。
所述垃圾处理机构15包括垃圾控制单元(未图示)和垃圾处理单元(未图示)，所述垃圾控制单元与主控制器12相连，用于驱动垃圾处理单元进行垃圾的收集和存储。在无人船发现垃圾后，启动垃圾控制单元以驱动垃圾处理单元进行垃圾收集；在无人船正常搜寻航行过程中，垃圾处理控制单元处于待机状态。所述垃圾处理机构包括收集舱体及转动挡板；所述转动挡板与所述主控制器连接，所述转档挡板接收主控制器发出的驱动信号，以打开或闭合所述收集仓。需要说明的是，该收集仓体的仓尾处还设有阻挡垃圾流出的镂空网格板，该镂空网格板还用于滤除垃圾中的水分。
所述主控制器12，用于控制所述船体按照设定路径航行，并对设定路径的垃圾进行收集处理。本发明的一个实施例中，上述主控制器12可以为一种处理能力强且成本低廉的单片机，例如STM32单片机，用于接收以及处理各个模块的信息，并作为大脑协调各个模块正常工作。
本发明技术方案通过设置定位装置10、摄像装置11、主控制器12、通信装置13、发动机装置14、以及垃圾处理机构15，形成了一种自动搜索并处理水面垃圾的无人船。定位装置10定位当前船体的位置，主控装置控制发动机装置14驱动船体按照设定路径行驶，通过摄像装置11识别水面垃圾，并对设定路径中的垃圾进行收集处理，从而实现了对水面垃圾的自动收集处理。本发明技术方案提高了水面垃圾处理的效率低、降低垃圾处理费用。
进一步地，所述自动搜索并处理水面垃圾的无人船还包括避障装置16，所述避障装置16，用于对障碍物进行测量，计算无人船与障碍物的距离，得到船体与障碍物的相对距位置。本实施例中，所述避障装置16采用超声波传感器进行障碍物测量，从而控制发动机装置14驱动无人船绕开障碍物。需要说明的是，该避障装置对障碍物的测量方法为一种现有的测量方法。
所述主控制器12，在所述避障装置16识别到设定路径中有障碍物时，控制发动机装置14避开设定路径中的障碍物。
进一步地，所述摄像装置11包括微处理器(未图示)和摄像头(未图示)；所述微处理器分别与所述主控制器12及所述摄像头连接；
所述摄像头将扫描到的图像传输给微处理器进行图像识别处理，再将反馈信息发送至主控制器12。
本发明的摄像装置11能够分辨垃圾、障碍物或者陆地。如果对所处环境周围的物体不进行识别，很有可能会将障碍物误认为垃圾而进行作业，或者将大型的垃圾误认为障碍物。在判断结束后，启动两种不同的处理模式：若被摄像头判定为垃圾，则进行锁定，同时，主控制器12控制发动机装置14使无人船运动至垃圾前方进行收集；若判定为障碍物或者陆地，则关闭摄像头模块并开启船体上的超声波传感器，如果障碍物或者陆地在船体前方或者行径途中，则主控制器12调节发动机装置14使无人船绕开障碍物；如果障碍物或者陆地在船体两侧，即没有阻碍到无人船的行径，则摄像头放弃目标继续搜寻。
进一步地，所述自动搜索并处理水面垃圾的无人船还包括电源，所述电源采用锂电池进行供电。
具体地，所述通信装置13采用移动无线通信。移动无线通信可以3G、4G通信等。此外，还可采用WIFI、蓝牙等网络实现通信。
通信装置13用于接收远程控制终端所传输的指定航线轨迹坐标信息，以及发送无人船的电池电量信息和垃圾存储装置的剩余存储容量至远程控制终端。通过该通信装置13，不仅能够实现通信、自动规划路径，而且能进行电量监测、垃圾剩余存储容量、无人船位置查询等功能。
具体地，所述发动机装置14包括驱动模块23及动力模块24，其中动力模块24包括电机20；所述驱动模块23与所述电机20连接。
驱动模块23包括单片机18和双向电调19。电机20与对应的双向电调19连接，上述双向电调19用以提供电机20合适的工作电流。电机20的数量可以是两个或者多个，具体数量根据船的尺寸和结构调整。本实施例中，包括有两个电机和两个双向电调。
两个防水无刷电机安装在船体的左后方和右后方。使用单片机结合双向电调来控制无刷电机的转速，即可通过控制单片机引脚输出PWM信号来控制电机的转速和转动方向。
单片机输出1000μs—2000μs的PWM波，初始状态设置为1500μs处，对应着无刷电机不转动。1500μs向上(即往2000μs方向增加)电机正转，并且转速逐渐增加。1500μs向下(即往1000μs反向减小)电机反转，并且转速逐渐增加。单片机使用两个定时器T1，T2，产生两个相同的PWM波，脉冲宽度在1000μs-2000μs可调。初始状态的PWM波的脉宽为1500μs，此时电机不转。如此实现了双向电调与无刷电机的转速和转动方向的控制。
当两个电机同时以相同的速度正转时，船体将以一定的速度向前行驶，通过改变电机的转速，即可控制船体的前进速度。同理，两个电机同时反转，船体即可后退。当船体需要左转时，左边电机反转，右边电机正转，(说明：正转意味着提供向前的动力，反转意味着提供向后的动力。)即可实现船体左转，同时电机的转动速度对应着船体转向的快慢。当船体需要右转时，原理同左转类似，不再重复说明。
特别的，与双向电调连接的锂电池采用12v供电。其余部分供电采用5v。
具体地，所述定位装置10记录所述船体所处地理位置；定位装置10根据无人船的地理位置和设定路径，将设定路径拆分成有限个经纬度坐标，计算出距离无人船最近的一个坐标点，将所需航行的路程以及方向发送至主控制器12，主控制器12控制发动机装置14驱动无人船航行至该坐标点。需要说明的是，该定位装置采用的定位方法为一种现有的定位方法。
参照图3，无人船在水面进行作业时，包括如下步骤：
S101、启动无人船电源后，无人船系统初始化，记录无人船的初始位置。
S102、导入航线。操作人员根据工作计划，导入需要清理的水面航线图。
S103、巡航。操作人员通过远程控制终端启动无人船按照设定路径巡航。
S104、摄像头扫描。在进行巡航的过程中，摄像头实时对视野范围内的环境进行扫描，并进行图像识别。
S105、根据识别结果判断是否发现物体。若没有发现物体返回步骤S103；若发现物体，则进入步骤S106。
S106、进一步判断物体的种类。若判断物体的种类为垃圾，则进入步骤S107；若判断物体的种类为障碍物，则进入步骤S108.
S107、开启垃圾收集。主控制器控制垃圾处理单元对垃圾进行收集并存储。
S108、当判断物体的种类是障碍物时，开启避障，再进入步骤S110。
S109、进一步的判断垃圾存储是否饱和，若已经饱和，则进入步骤S111；若没有饱和，则进入步骤S110。
S110、判断电源的电量是否低于设定值。若低于设定值，则进入步骤S111，若高于设定值，则返回步骤S103。
S111、返回初始位置。返回初始位置时，可进行充电、垃圾回收等。
本发明的有益效果在于：1、本发明通过自动定位导航能够在水面上的各个水域不重不漏地有序穿梭，无需后台持续控制。配合摄像头巡视，达到全水域可视范围无死角，且省去人工操作达到高效率作业。2、该装置设置了自检功能，作业期间实时检测自身电量状态以及垃圾存储装置的剩余存储容量。在电量低于系统设定状态或者检测到垃圾存储饱和时，则通过通信装置13发送信号给远程控制终端，并自主回到初始位置。3、对于无法判断的物体将拍摄记录下来，便于后期系统更新和维护。4、远程控制终端可通过移动设备查看无人船的位置、电量状态以及摄像头的各种视角，还可以授权控制无人船的运行，通过灵活切换无人船的工作模式，从而提高操作性。
本发明还提出一种无人船系统，该无人船系统包括远程控制终端及上述自动搜索并处理水面垃圾的无人船，该自动搜索并处理水面垃圾的无人船的具体结构参照上述实施例，由于本无人船系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种自动搜索并处理水面垃圾的无人船，其特征在于，包括船体和设置于船体的定位装置、摄像装置、主控制器、发动机装置、以及垃圾处理机构；所述定位装置、摄像装置、驱动模块和垃圾处理机构均与所述主控制器连接；
所述定位装置，用于对所述船体进行定位，获取定位信息；所述摄像装置，用于拍摄航线中船体前方画面；所述发动机装置，用于为所述船体提供航行动力；所述垃圾处理机构，用于对垃圾进行收集处理；
所述主控制器，用于根据定位信息驱动所述船体按照设定路径航行，并根据摄像装置拍摄的画面，通过垃圾处理机构对设定路径的垃圾进行收集处理。
2.如权利要求1所述的自动搜索并处理水面垃圾的无人船，其特征在于，所述自动搜索并处理水面垃圾的无人船还包括与主控器连接的通信装置，所述通信装置用于与远程控制终端进行通信。
3.如权利要求1所述的自动搜索并处理水面垃圾的无人船，其特征在于，所述自动搜索并处理水面垃圾的无人船还包括避障装置，所述避障装置用于对障碍物进行测量，得到船体与障碍物的相对位置；主控制器根据相对位置控制发动机装置驱动所述船体绕开障碍物。
4.如权利要求1所述的自动搜索并处理水面垃圾的无人船，其特征在于，所述摄像装置包括微处理器和摄像头；所述微处理器分别与所述主控制器及所述摄像头连接。
5.如权利要求1所述的自动搜索并处理水面垃圾的无人船，其特征在于，所述垃圾处理机构包括收集舱体及转动挡板；所述转动挡板与所述主控制器连接，所述转档挡板接收主控制器发出的驱动信号，以打开或闭合所述收集仓体。
6.如权利要求1所述的自动搜索并处理水面垃圾的无人船，其特征在于，所述发动机装置包括驱动模块及电机；所述驱动模块与所述电机连接。
7.如权利要求1所述的自动搜索并处理水面垃圾的无人船，其特征在于，所述定位装置采用全球定位系统或/与北斗定位。
8.如权利要求7所述的自动搜索并处理水面垃圾的无人船，其特征在于，所述定位装置记录所述船体所处地理位置；
定位装置根据无人船的地理位置和设定路径，将设定路径拆分成有限个经纬度坐标，计算出距离无人船最近的一个坐标点，将所需航行的路程以及方向发送至主控制器，主控制器控制发动机装置驱动无人船航行至该坐标点。
9.如权利要求1所述的自动搜索并处理水面垃圾的无人船，其特征在于，所述自动搜索并处理水面垃圾的无人船还包括电源，所述电源采用锂电池进行供电。
10.一种无人船系统，其特征在于，所述无人船系统包括远程控制终端及如权利要求1-9任意一项所述的自动搜索并处理水面垃圾的无人船。
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