CN108457260A - 一种水面漂浮垃圾收集机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水面漂浮垃圾收集机器人，包括船体、推进机构、收集机构、中央处理器、电源、遥控器以及无线通信模块。收集机构包括对称设置在船体两侧且可展开/收回的U形臂、可控制U形臂展开或收回的控制组件、可充气拱门、用于向拱门内充气的微型气泵、垃圾收集网以及收口组件。收口组件包括两根拉线以及用于卷绕拉线的收线电机。本发明的机器人将垃圾收集网的开口做成可收缩\张开的形式，当需要清理垃圾时，通过远程控制向拱门内充气，使收集网的网口张开，漂浮垃圾能顺利进入垃圾网内，当收集完毕时，通过远程控制停止充气，并启动收线电机，将拉线收紧，使收集网的上半部分网口闭合，防止垃圾从垃圾网内脱出。

Description

一种水面漂浮垃圾收集机器人

技术领域

本发明涉及小型机械技术领域，具体涉及一种水面漂浮垃圾收集机器人。

背景技术

据调查了解，由于生活垃圾的随意乱扔，目前我国现有的河流湖泊均受到不同程度的漂浮垃圾的污染，尤其在于长江、嘉陵江这种游船较多的河流或者一些景区的水面，情况更为严重。而且水面垃圾得不到及时处理将会产生二次污染物，严重影响水质，威胁到以这些水体作为生活用水的居民的身体健康。然而，市场上推行的垃圾打捞船只结构复杂、价格昂贵，普遍推广难度较大，而且，这种垃圾打捞船打捞速度极慢，如果打捞船移动速度过快会推动水流，当前方的垃圾冲开，进而不能完成垃圾打捞，仅仅适用于当水面已经积聚了很厚的漂浮垃圾的情况。再一方面，这种垃圾打捞船只体积庞大、灵活度差，适用于垃圾量极大的水面的垃圾打捞，不适于狭窄河道、滩涂或者是公园景区之小型水面的清理作业，或者水面垃圾量少。当水面垃圾量少，或者狭窄河道、滩涂或者是公园景区之小型水面的清理作业通常是采用人工渔网打捞的方式，不仅耗时耗力，效率低小。该项目的目的是研究一种体积小，移动灵活的水面垃圾清理机器人，适于公园景区的水面垃圾清理工作使用。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种水面漂浮垃圾收集机器人，可远程操控，快速收集水面上漂浮的垃圾。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种水面漂浮垃圾收集机器人，包括船体、驱动船体移动和转向的推进机构、用于打捞漂浮垃圾的收集机构、中央处理器、电源、遥控器以及用于遥控器和中央处理器之间无线通信的通信模块；

所述收集机构包括对称设置在船体两侧且可展开/收回的U形臂、可控制U形臂展开或收回的控制组件、可充气拱门、用于向拱门内充气的微型气泵、垃圾收集网以及收口组件，所述U形臂的一端通过垂直于船体设置的转轴与船体连接，且U形臂的开口朝上设置；

所述可充气拱门的两端分别与U形臂的两端头连接，且可充气拱门靠近转轴的一端设置有通气孔，两个可充气拱门的通气孔分别通过充气管与微型充气泵连接，所述垃圾收集网的网口下部沿U形臂设置，网口上部沿可充气拱门设置；

所述收口组件包括两根拉线以及用于卷绕拉线的收线电机，两根拉线分别穿设在两个可充气拱门内，拉线的一端与U形臂远离转轴的一端固定连接，拉线的另一端穿出可充气拱门与收线电机的输出轴连接。

作为本发明一种水面漂浮垃圾收集机器人的进一步优化：所述控制组件包括齿轮盒、传动电机和两个传动齿轮，两个传动齿轮分别固定套设在两个转轴上，所述齿轮盒设置在两个传动齿轮之间，且盒体上对应两个传动齿轮一侧的盒壁上均设置有通孔，齿轮盒包括盒体以及设置在盒体内相互啮合的齿轮A和齿轮B，齿轮A和齿轮B分别穿过通孔与两个传动齿轮啮合，所述传动电机设置在盒体上部，且传动电机与齿轮A或齿轮B传动连接。

作为本发明一种水面漂浮垃圾收集机器人的进一步优化：所述控制组件包括电动推杆、两个传动把杆和两个传动推杆，传动把杆固定在转轴上且与U形臂相对设置，电动推杆设置在船体上，电动推杆的推杆头通过铰接的形式连接两个传动推杆，两个传动推杆的另一端分别通过铰接的方式与两个传动把杆连接，通过电动推杆可控制U形臂的展开及收回。

作为本发明一种水面漂浮垃圾收集机器人的进一步优化：所述船体两侧设置有可容纳U形臂的避让槽。

作为本发明一种水面漂浮垃圾收集机器人的进一步优化：所述拉线通过转向导轮与力矩电机传动连接。

有益效果

一、本发明的机器人采用船体的形式，利用船体在水面上航行，将功能附件都安装在船体上，利用远程控制，使船体在水面上灵活移动，便于快捷清理水面垃圾。

二、本发明的机器人采用可收起/展开的垃圾收集网，并做成双翼的形式，像翅膀一样，可以展开，在航行过程中，垃圾收集网处于收起状态，减小航行的阻力，当需要清理垃圾时，将垃圾收集网展开。

三、本发明的机器人将垃圾收集网的开口做成可收缩\张开的形式，当需要清理垃圾时，通过远程控制向拱门内充气，使收集网的网口张开，漂浮垃圾能顺利进入垃圾网内，当收集完毕时，通过远程控制停止充气，并启动收线电机，将拉线收紧，使收集网的上半部分网口闭合，防止垃圾从垃圾网内脱出。

附图说明

图1为本发明机器人的骨架的结构示意图；

图2为本发明机器人的U形臂处于展开状态的俯视结构示意图；

图3为本发明机器人的U形臂处于收缩状态的俯视结构示意图；

图4为本发明机器人的拱形门处于充气状态的结构示意图；

图5为本发明机器人的垃圾收集网处于收口状态的结构示意图；

图6为本发明机器人的U形臂处于展开状态时控制组件的结构示意图；

图7为本发明机器人的U形臂处于收缩状态时控制组件的结构示意图；

图8为本发明机器人的收口组件的结构示意图；

图9为实施例1中转轴与传动齿轮和U形臂的连接关系示意图；

图10为实施例3中控制组件（U形臂出于展开状态）的结构示意图；

图11为实施例3中控制组件（U形臂出于收回状态）的结构示意图；

图中标记：1、船体，2、U形臂，3、拱门，4、气泵，5、垃圾收集网，6、转轴，7、齿轮盒，8、传动齿轮，9、齿轮A，10、齿轮B，11、拉线，12、收线电机，13、导轮，14、传动推杆，15、传动把杆，16、电动推杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图所示：一种水面漂浮垃圾收集机器人，包括船体1、驱动船体1移动和转向的推进机构、用于打捞漂浮垃圾的收集机构、中央处理器、电源、遥控器以及用于遥控器和中央处理器之间无线通信的通信模块。推进机构的具体结构形式可以采用现有技术中船体驱动技术的其中一种。本实施例可以采用类似专利 201720081166.X中的推进机构，推进机构包括吸水口、喷水推进吸水管路、喷水推进泵和喷水管，在喷水推进泵的动力作用下，使得吸水口处不断地有水被吸入，吸入的水再经过喷水推进泵后从喷水管的喷水口处向后喷出，在喷水管喷出的水流的反作用力下获得船体向前航行的前行力。推进机构还包括原动机、变速箱以及倒航装置等，原动机可以采用柴油机，变速箱构成推进机构的传动系统、起到减速的作用，原动机输出的动力经变速箱传递给喷水推进泵，从而驱动喷水推进泵作业，进行吸水和喷水。喷水推进泵是喷水推进装置的核心部件，喷水推进泵可选用叶片泵中的轴流泵和导叶式混流泵，特殊情况下也可采用离心泵。推进机构通过以下结构实现船体的转向，喷水管的喷水口的方向可通过操纵杆来改变，操纵杆通过传动机构与喷水推进装置相连接、用于控制喷水管后端喷水口的喷水方向，使喷水口喷出的水流向左或向右偏转，从而改变水流反作用力的方向，实现保洁船的转向。操纵杆通过传动机构可与喷水管相连接、驱动喷水管向左或向右摆动，该结构为现有技术，比如：申请号为200810021970.4的中国发明专利申请说明书所公开的一种喷水式推进船的操纵和控制装置，故本说明书中不再详细叙述。

收集机构包括对称设置在船体1两侧且可展开/收回的U形臂2、可控制U形臂2展开或收回的控制组件、可充气拱门3、用于向拱门3内充气的微型气泵4、垃圾收集网5以及收口组件，船体1两侧设置有可容纳U形臂2的避让槽，U形臂2的一端通过垂直于船体1设置的转轴6与船体1连接，且U形臂2的开口朝上设置，转轴6的下端通过埋设在船体1内的轴承进行转动支撑（如图9所示）。

其中，控制组件的结构形式很多，可以采用现有技术中任意可实现转轴6的转动控制的结构形式。本实施例中的控制组件利用齿轮传动的远离控制两侧转轴6的转动，如图6和7所示：控制组件具体包括齿轮盒7、传动电机和两个传动齿轮8，两个传动齿轮8分别固定套设在两个转轴6上，所述齿轮盒7设置在两个传动齿轮8之间，且盒体上对应两个传动齿轮8一侧的盒壁上均设置有通孔，齿轮盒7包括盒体以及设置在盒体内相互啮合的齿轮A9和齿轮B10，齿轮A9和齿轮B10分别穿过通孔与两个传动齿轮8啮合，传动电机设置在盒体上部，且传动电机与齿轮A9传动连接。靠近齿轮A9的传动齿轮8命名为传动齿轮a，靠近齿轮B10的传动齿轮8命名为传动齿轮b。在U形臂2处于收缩的状态下，需要将U形臂2展开时，传动电机带动齿轮A9逆时针转动时，与齿轮A9啮合的传动齿轮a顺时针转动，此时，其对应的转轴6顺时针转动，该侧的U形臂2在顺时针转动过程中逐渐展开，与此同时，与齿轮A9啮合的齿轮B10顺时针转动，与齿轮B10啮合的传动齿轮b逆时针转动，其对应的转轴6逆时针转动，该侧的U形臂2在逆时针转动过程中逐渐展开。在U形臂2处于展开的状态下，需要将U形臂2收缩时，传动电机带动齿轮A9顺时针转动时，与齿轮A9啮合的传动齿轮a逆时针转动，此时，其对应的转轴6逆时针转动，U形臂2在逆时针转动过程中逐渐收回，与此同时，与齿轮A9啮合的齿轮B10逆时针转动，与齿轮B10啮合的传动齿轮b顺时针转动，其对应的转轴6顺时针转动，该侧的U形臂2在顺时针转动过程中逐渐收回。

如图4和5所示：可充气拱门3的两端分别与U形臂2的两端头连接，且可充气拱门3靠近转轴6的一端设置有通气孔，两个可充气拱门3的通气孔分别通过充气管与微型充气泵4连接，微型充气泵4可以选用新为诚科技的FAA系列抽/打气两用微型气泵。所述垃圾收集网5的网口下部沿U形臂2设置，网口上部沿可充气拱门3设置。可充气拱门3类似于现有的，结婚或者开业时用的那种充气门，充气状态下，门的形状为拱形。

如图8所示：收口组件包括两根拉线11以及用于卷绕拉线11的收线电机12，两根拉线11分别穿设在两个可充气拱门3内，拉线11的一端与U形臂2远离转轴6的一端固定连接，拉线11的另一端穿出可充气拱门3并通过转向导轮13与收线电机12的输出轴连接，收口组件不工作时，拉线11的形状会随着拱门3的形状改变而改变，当拱门3处于充气状态时，拱门3内的拉线也呈拱形，当拱门3不充气时，启动收线电机12，拉动拉线11使拉线11呈水平直线形状，由于拉线11穿设在拱门3内，所以，拱门3的大体形状也呈水平直线形状，此时实现了网口上半部分的封闭。

遥控器与中央处理器之间的无线通信，以及中央处理器与推进机构中的电机、收集机构中的充气泵以及收线电机和传动电机之间均通过现有技术中成熟的电路进行连接，通过遥控器控制船体的移动及转向是本领域技术人员均知晓的现有技术，在此，不再详述其控制原理和控制电路。操作人员可通过手持遥控器发出相关指令，这些指令以无线信号的形式发送到无线通信模块，无线通信模块经过解码、处理后将接收到的指令发送到中央处理器。中央处理器可以选用型号为MK60DN512VLL10的微处理器或STM32F103VTE6处理器。通信模块可选用YL-5000，YL-5000是一款高稳定性，低功耗的采用GFSK调制方式的无线透明数据收发模块，具有灵敏度高，传输距离远，通讯速率快等优点。该模块传输距离可达IOKm，通讯速率1.2kbps-115.2kbps，工作频段在433MHz，通过232电平串行通信接口和处理器相连，进行数据通信。中央处理器通过现有成熟的电路与推进机构连接，可控制推进机构实现船体的前进、倒退以及转向，遥控器上分别设置有前进按钮、倒退按钮以及左转向按钮和右转向按钮。中央处理器通过现有成熟的电路与控制组件中的传动电机连接，可控制传动电机正转或者反转，使得U形臂展开或者收回，遥控器上分别设置有U形臂展开按钮和收回按钮。中央处理器通过现有成熟的电路与微型充气泵连接，可控制充气泵启动以及关闭，遥控器上分别设置有充气按钮和停止充气按钮。中央处理器通过现有成熟的电路与收线电机连接，可控制收线电机转动，实现拉线的拉紧，遥控器上设置有收线按钮。

本发明水面漂浮垃圾收集机器人的工作原理如下：

1、正常航行状态：操作人员通过手持遥控器控制船体1向有垃圾的水面航行，此时，机器人的U形臂2处于收回状态；

2、收集垃圾状态：操作人员通过手持遥控器控制传动电机，使两个U形臂2展开，然后控制微型气泵4启动，向可充气拱门3内充气，使拱门3呈拱形，此时，垃圾收集网5的开口处于张开状态，随着船体1的移动，可以将需要打捞的垃圾捞进网内；

3、运送垃圾状态：垃圾收集完毕后，需要将垃圾运送到岸边时，通过遥控器关闭微型气泵4，不再向拱门3内充气，同时，控制收线电机12启动，使拉线11的形状从拱形最终变成水平线，在此过程中，拱门3内的气体会被挤出，进而垃圾收集网5的开口会变成沿U形臂2的矩形，由于U形臂2的大部分是位于水面下的，因此，垃圾收集网5的开口一部分也是出于水面下的，而水面漂浮的垃圾是位于水面上，因此，这种状态下，垃圾是不会从收集网中脱离出来的，待船体1航行至岸边时，将拱门3充气，取出垃圾即可。

实施例2

本实施例的收集机器人整体结构与实施例1一样，不同之处在于，该实施例的推进机构采用中国发明专利201510061154.6 中的结构方式，推进机构包括动力推进装置和方向控制装置，动力推进装置安装在船体上方，方向控制装置安装在动力推进装置后方。动力推进装置包括发动机和安装在发动机输出轴上的螺旋桨，发动机的油门线连接在油门舵机上。方向控制装置包括空气尾翼和控制空气尾翼摆动方向的方向舵机。遥控器上设置有用于控制油门舵机的按钮以及控制方向舵机的旋钮。需要航行时，通过遥控器启动发动机，扳动遥控器上的旋钮让发动机油门加大从而让螺旋桨加速转动，从而让气流向后方流动来推进船前进，当需要船改变行进方向时，通过遥控器使空气尾翼转动，从而改变气流的流向而达到转向的目的。

实施例3

本实施例的收集机器人整体结构与实施例1一样，不同之处在于，收集机构中的控制组件结构形式不同，该实施例中控制组件的结构形式如图10和11所示：控制组件具体包括电动推杆16和两个传动把杆15和两个传动推杆14，传动把杆15固定在转轴6上，且与U形臂2相对设置，电动推杆16设置在船体上，电动推杆16的推杆头通过铰接的形式连接两个传动推杆14，两个传动推杆14的另一端分别通过铰接的方式与两个传动把杆15连接，通过电动推杆14可控制U形臂2的展开及收回，具体为，当电动推杆14的推杆向外伸出时，传动推杆14向船头方向移动，在传动推杆14的推动下，左边的传动把杆15发生逆时针转动，右边的传动把杆15发生顺时针转动，也就是说，左边的转轴6逆时针转动，右边的转轴6顺时针转动，使得两侧的U形臂2从展开的状态收回。当电动推杆14的推杆从伸出状态回缩时，传动推杆14向船尾方向移动，在传动推杆14的拉动下，左边的传动把杆15发生顺时针转动，右边的传动把杆15发生逆时针转动，也就是说，左边的转轴6顺时针转动，右边的转轴6逆时针转动，使得两侧的U形臂2从收回的状态展开。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种水面漂浮垃圾收集机器人，其特征在于：包括船体、驱动船体移动和转向的推进机构、用于打捞漂浮垃圾的收集机构、中央处理器、电源、遥控器以及用于遥控器和中央处理器之间无线通信的通信模块；

所述收集机构包括对称设置在船体两侧且可展开/收回的U形臂、可控制U形臂展开或收回的控制组件、可充气拱门、用于向拱门内充气的微型气泵、垃圾收集网以及收口组件，所述U形臂的一端通过垂直于船体设置的转轴与船体连接，且U形臂的开口朝上设置；

所述可充气拱门的两端分别与U形臂的两端头连接，且可充气拱门靠近转轴的一端设置有通气孔，两个可充气拱门的通气孔分别通过充气管与微型充气泵连接，所述垃圾收集网的网口下部沿U形臂设置，网口上部沿可充气拱门设置；

所述收口组件包括两根拉线以及用于卷绕拉线的收线电机，两根拉线分别穿设在两个可充气拱门内，拉线的一端与U形臂远离转轴的一端固定连接，拉线的另一端穿出可充气拱门与收线电机的输出轴连接。

2.如权利要求1所述的一种水面漂浮垃圾收集机器人，其特征在于：所述控制组件包括齿轮盒、传动电机和两个传动齿轮，两个传动齿轮分别固定套设在两个转轴上，所述齿轮盒设置在两个传动齿轮之间，且盒体上对应两个传动齿轮一侧的盒壁上均设置有通孔，齿轮盒包括盒体以及设置在盒体内相互啮合的齿轮A和齿轮B，齿轮A和齿轮B分别穿过通孔与两个传动齿轮啮合，所述传动电机设置在盒体上部，且传动电机与齿轮A或齿轮B传动连接。

3.如权利要求1所述的一种水面漂浮垃圾收集机器人，其特征在于：所述控制组件包括电动推杆、两个传动把杆和两个传动推杆，传动把杆固定在转轴上且与U形臂相对设置，电动推杆设置在船体上，电动推杆的推杆头通过铰接的形式连接两个传动推杆，两个传动推杆的另一端分别通过铰接的方式与两个传动把杆连接，通过电动推杆可控制U形臂的展开及收回。

4.如权利要求1所述的一种水面漂浮垃圾收集机器人，其特征在于：所述船体两侧设置有可容纳U形臂的避让槽。

5.如权利要求1所述的一种水面漂浮垃圾收集机器人，其特征在于：所述拉线通过转向导轮与收线电机传动连接。