CN109204723A - 一种水域漂浮垃圾物自动清理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水域漂浮垃圾物自动清理装置及方法，它包括船体，所述船体前端安装有用于收集漂浮物的推斗，在船体的顶部固定安装有通信天线，位于推斗所在端的船体上可拆卸的安装有垃圾筐，所述船体的顶部设置有探照灯、超声波雷达、摄像装置和报警灯，所述垃圾筐的进口位置设置有防止垃圾漂出的防漂出结构；所述通信天线通过无线或者有线方式与岸上远程遥控设备相连。此装置保障了升船机设备设施安全，减少因止水换损引起的停航时间，有效减低河道漂浮垃圾物清理工作安全风险、提高工作效率，此装置能够实现对开阔水域、半封闭水域及封闭水域漂浮垃圾物智能操控下的无人化清理。
Description
技术领域
本发明涉及一种水域漂浮垃圾物自动清理装置及方法，属于清漂设备领域。
背景技术
三峡升船机布置在枢纽左岸，是三峡工程的通航设施之一，与双线五级船闸联合运行，其主要作用是为客货轮和特种船舶提供快速过坝通道。三峡升船机上、下闸首航槽与承船厢等属于狭长、半封闭、交通繁忙水域。由于船舶进出和水流、风等原因，漂浮物容易在上述水域的工作门、承船厢弧门附近聚集。鉴于升船机工作门船厢弧门的止水密封性能、可靠性要求较高，一旦损坏，可能发生船厢室段进水或承船厢漏水，安全风险大；而且上述止水更换难度大、时间长，需停航施工，需及时对漂浮物进行清理。
目前清理狭长、半封闭、交通繁忙水域漂浮垃圾物采取的主要措施是人工直接打捞和清洁工人驾船打捞两种方式，存在打捞效率低下、作业人员工作强度大等问题，特别是在航道作业时，既存在很大的安全隐患，又影响升船机运行效率。为保障升船机设备设施安全，减少因止水换损引起的停航时间，有效减低河道漂浮垃圾物清理工作安全风险、提高工作效率，发明一种水域漂浮垃圾物自动清理装置，实现对开阔水域、半封闭水域及封闭水域漂浮垃圾物智能操控下的无人化清理。
发明内容
本发明目的是提供一种水域漂浮垃圾物自动清理装置及方法，此装置保障了升船机设备设施安全，减少因止水换损引起的停航时间，有效减低河道漂浮垃圾物清理工作安全风险、提高工作效率，此装置能够实现对开阔水域、半封闭水域及封闭水域漂浮垃圾物智能操控下的无人化清理。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种水域漂浮垃圾物自动清理装置，它包括船体，所述船体前端安装有用于收集漂浮物的推斗，在船体的顶部固定安装有通信天线，位于推斗所在端的船体上可拆卸的安装有垃圾筐，所述船体的顶部设置有探照灯、超声波雷达、摄像装置和报警灯，所述垃圾筐的进口位置设置有防止垃圾漂出的防漂出结构；所述通信天线通过无线或者有线方式与岸上远程遥控设备相连。
所述船体为双体船结构，在船体的尾部两侧对称安装有推进器，两个所述推进器分别与用于控制其转速的控制电路相连，所述控制电路通过通信天线与岸上遥控设备相连。
所述垃圾筐的框体上连接有可拆卸的网兜，所述网兜采用柔性网绳材料制成。
所述垃圾筐包括框架主体，所述推进器通过多个卡紧器可拆卸的安装在船体的头部两侧，在框架主体的顶部四角安装有用于对其吊装的吊环。
所述防漂出结构包括限位挡块、扭簧和垃圾防漂出板，所述挡块固定在推斗下部拐角处，垃圾防漂出板通过扭簧与挡块相连，并可绕扭簧的轴线自由转动。
所述垃圾筐采用镂空结构，且垃圾筐的底部直接浸没在水中；在船体的头部安装有喷水装置。
采用任意一项所述水域漂浮垃圾物自动清理装置的清漂方法，它包括以下步骤：
Step1：将船体放置在需要清漂的水域，并通过岸上遥控设备远程控制推进器，通过推进器驱动船体沿着清漂水域航行；
Step2：在船体运行推进过程中，推斗对水面漂浮物推聚收集；
Step3：通过推斗将收集的垃圾推进到垃圾筐的内部，并通过网兜对其进行收集；
Step4：船体继续推进过程中，通过超声波雷达探测水域漂浮垃圾物自动清理装置距前方水域边界的距离，当距离小于设定值后，通过岸上遥控设备控制船体进行转向；
Step5：在船体转向之后，继续通过岸上遥控设备控制船体推进，并实现下一个航线上漂浮物的清理作业；
Step6：最终，按照设定的折返航线，自动对设定区域水面垃圾实现清理；
Step7：清理过程中，当网兜内部的垃圾装满时，通过吊装装置将其吊装，然后对其进行更换。
所述Step2中漂浮物推聚收集的具体操作为，通过摄像装置对水面进行实施监控，并通过通信天线将画面传输到岸上遥控端，当有漂浮物时，通过岸上遥控端控制推斗对水域漂浮垃圾物自动收集清理。
所述Step4中船体的转向具体操作为：通过远程遥控设备控制船体尾部两个推进器，通过调节两个推进器的转速，使得两个推进器保持一定的转速差，进而控制实现船体的转向或者直线。
所述Step6中折返航线实现的具体操作为，确定船体的转向速度，固定船体的转向时间，使得船体按照固定角度实现转向，且与之前的航行路线形成一定夹角，之后船体中的控制电路会自动控制推进器让船体保持直行。
本发明有如下有益效果：
1、通过采用本发明的自动清理装置，克服开放水域、半封闭水域及封闭水域垃圾清理的诸多不便，实现了河道等开放水域、半封闭水域以及船厢船闸等封闭水域漂浮垃圾物自动快速清理，确保作业人员安全，提升作业效率。
2、通过采用上述结构的摄像装置可实时观察水面漂浮垃圾分布情况，可由岸上遥控设备通过通信天线遥控推进装置驱动船体前进，通过推斗以及垃圾筐完成垃圾收集，框架主体在垃圾收集过程中是卡在卡紧器12中，网兜套在框架主体上，完成收集后，可直接通过吊环13将框架主体从卡紧器12中吊出，同时由限位挡块15、扭簧16以及垃圾防漂出板17组成的防垃圾漂出结构9能够防止收集进筐的垃圾不会因自动清理装置的运动而漂出。
3、通过上述结构的喷水装置能够朝船体前方喷水，喷出水域角落内难以收集的垃圾。同时该水域漂浮垃圾物自动清理装置除基本的遥控功能外，还具有自动清理漂浮物的功能，其上装有超声波雷达，超声波雷达能够探测水域漂浮垃圾物自动清理装置距前方水域边界的距离。
4、通过上述结构，当距离小于一定程度后，船体中的控制电路会自动控制推进器让船体开始转向，由于船体的转向速度确定，因此通过简单的固定转向时间即可实现船体旋转固定的角度，可通过预先设定的固定转向时间使得船体基本反向，且与之前的航行路线形成一定夹角，之后船体中的控制电路会自动控制推进器让船体保持直行，直至超声波雷达探测的水域漂浮垃圾物自动清理装置距前方水域边界的距离小于一定程度，控制电路会自动控制推进器重复上述过程，通过该种超声波雷达的使用方法及控制方法，可以用非常少的传感器设备以及非常简单的控制算法及电路实现对封闭水域的智能化清漂过程。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1 为本发明主视图。
图2 为本发明俯视图。
图3为本发明左视图。
图4为本发明的可快速拆卸垃圾筐组成结构示意图。
图5为本发明的防垃圾漂出结构示意图。
图6为本发明的清理装置清漂航向图。
图中：推斗1、喷水装置2、通信天线3、船体4、探照灯5、超声波雷达6、摄像装置7、报警灯8、防漂出结构9、垃圾筐10、推进器11、卡紧器12、吊环13、网兜14、限位挡块15、扭簧16、垃圾防漂出板17、框架主体18。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
请参阅图1-6，一种水域漂浮垃圾物自动清理装置，它包括船体4，所述船体4前端安装有用于收集漂浮物的推斗1，在船体4的顶部固定安装有通信天线3，位于推斗1所在端的船体4上可拆卸的安装有垃圾筐10，所述船体4的顶部设置有探照灯5、超声波雷达6、摄像装置7和报警灯8，所述垃圾筐10的进口位置设置有防止垃圾漂出的防漂出结构9；所述通信天线3通过无线或者有线方式与岸上远程遥控设备相连。通过采用上述结构的自动清理装置，能够克服开放水域、半封闭水域及封闭水域垃圾清理的诸多不便，实现了河道等开放水域、半封闭水域以及船厢船闸等封闭水域漂浮垃圾物自动快速清理，确保作业人员安全，提升作业效率。
进一步的，所述船体4为双体船结构，在船体4的尾部两侧对称安装有推进器11，两个所述推进器11分别与用于控制其转速的控制电路相连，所述控制电路通过通信天线3与岸上遥控设备相连。当左右两侧船底的推进器11转速基本一致时，可实现船体4的前进，当左右两侧船底的推进器11转速有速度差时，可实现船体4的转向，通过船体4内部的控制电路可分别控制左右两侧船底的推进器11的转速，从而实现船体4的直行及转向。岸上遥控设备可通过通信天线3实现对控制电路的控制，控制电路自身也可按其内设的程序自动控制船体4运动。
进一步的，所述垃圾筐10的框体上连接有可拆卸的网兜14，所述网兜14采用柔性网绳材料制成。通过采用上述结构，推斗1安装在船体4前部中间，当船体4运动时，推斗1内缩的结构可实现对水面漂浮物的推聚收集。垃圾筐10固定在船体4两个片体之间，且紧邻推斗1靠近船体的一端，当船体4前进时，推斗1推聚收集的垃圾会被收集进入垃圾筐10中，由于垃圾收集进入垃圾筐10中之后，依然是在船体4之外的水中，不会改变船体4的漂浮状态，而且垃圾筐10的网兜14为柔性结构，因此也基本不会改变整个水域漂浮垃圾物自动清理装置的漂浮状态，亦即该种水域漂浮垃圾物自动清理装置不会像常规清漂船一样，会因垃圾收集量导致自身浮态发生变化，亦不存在常规清漂船垃圾收集过多导致船体存在倾覆的风险。
进一步的，所述垃圾筐10包括框架主体18，所述框架主体18通过多个卡紧器12可拆卸的安装在船体4的头部两侧，在框架主体18的顶部四角安装有用于对其吊装的吊环13。正常工作过程中框架主体18的主框架就卡在卡紧器12的卡槽中，框架主体18的四个角上对称分布有四个吊环13，网兜14套装在框架主体18上，当垃圾筐10中的垃圾收集较满时，由于框架主体18是直接卡在卡紧器12之中，通过吊环13即可直接将框架主体18连带网兜14和网兜中的垃圾一起从水中吊出，吊至岸上后重新换装新的网兜14，再将框架主体18连带网兜14一起吊放至卡紧器12的卡槽中，该种水域漂浮垃圾物自动清理装置即可重新开始工作。
进一步的，所述防漂出结构9包括限位挡块15、扭簧16和垃圾防漂出板17，所述挡块15固定在推斗1下部拐角处，垃圾防漂出板17通过扭簧16与挡块15相连，并可绕扭簧16的轴线自由转动。为保证船体4前进过程中垃圾能够进入垃圾筐10中，在转弯及后退过程中，垃圾不会漂出，设计了防垃圾漂出结构9。当船体4前进时，水流的作用力会将垃圾防漂出板17向船体4后部推，该流体力的大小足以克服扭簧16的弹力，即实现船体前进过程中垃圾防漂出板17倒伏在水中，此时水面的垃圾漂浮物可正常进入垃圾筐10中，当船体4停下，由于没有了水流的作用力，扭簧16的作用力会使得垃圾防漂出板17重新抬出水面，当船体4倒退时，水流的作用力以及扭簧16的作用力亦会使垃圾防漂出板17抬出水面，此时进入垃圾筐10中的垃圾将不能漂出。
进一步的，所述垃圾筐10采用镂空结构，且垃圾筐10的底部直接浸没在水中。进而保证了收集的垃圾不会对船体的重量生产影响。
实施例2：
采用任意一项所述水域漂浮垃圾物自动清理装置的清漂方法，它包括以下步骤：
Step1：将船体4放置在需要清漂的水域，并通过岸上遥控设备远程控制推进器11，通过推进器11驱动船体4沿着清漂水域航行；
Step2：在船体4运行推进过程中，推斗1对水面漂浮物推聚收集；
Step3：通过推斗1将收集的垃圾推进到垃圾筐10的内部，并通过网兜14对其进行收集；
Step4：船体4继续推进过程中，通过超声波雷达6探测水域漂浮垃圾物自动清理装置距前方水域边界的距离，当距离小于设定值后，通过岸上遥控设备控制船体4进行转向；
Step5：在船体4转向之后，继续通过岸上遥控设备控制船体4推进，并实现下一个航线上漂浮物的清理作业；
Step6：最终，按照设定的折返航线，自动对设定区域水面垃圾实现清理；
Step7：清理过程中，当网兜14内部的垃圾装满时，通过吊装装置将其吊装，然后对其进行更换。
所述Step2中漂浮物推聚收集的具体操作为，通过摄像装置7对水面进行实施监控，并通过通信天线3将画面传输到岸上遥控端，当有漂浮物时，通过岸上遥控端控制推斗1对水域漂浮垃圾物自动收集清理。
所述Step4中船体4的转向具体操作为：通过远程遥控设备控制船体4尾部两个推进器11，通过调节两个推进器11的转速，使得两个推进器11保持一定的转速差，进而控制实现船体4的转向或者直线。
所述Step6中折返航线实现的具体操作为，确定船体4的转向速度，固定船体4的转向时间，使得船体4按照固定角度实现转向，且与之前的航行路线形成一定夹角，之后船体4中的控制电路会自动控制推进器11让船体4保持直行。
实施例3：
船体4为双体船结构，左右两侧船底各安装一套推进器11，当左右两侧船底的推进器11转速基本一致时，可实现船体4的前进，当左右两侧船底的推进器11转速有速度差时，可实现船体4的转向，通过船体4内部的控制电路可分别控制左右两侧船底的推进器11的转速，从而实现船体4的直行及转向。岸上遥控设备可通过通信天线3实现对控制电路的控制，控制电路自身也可按其内设的程序自动控制船体4运动。
推斗1安装在船体4前部中间，当船体4运动时，推斗1内缩的结构可实现对水面漂浮物的推聚收集。垃圾筐10固定在船体4两个片体之间，且紧邻推斗1靠近船体的一端，当船体4前进时，推斗1推聚收集的垃圾会被收集进入垃圾筐10中，由于垃圾收集进入垃圾筐10中之后，依然是在船体4之外的水中，不会改变船体4的漂浮状态，而且垃圾筐10的网兜14为柔性结构，因此也基本不会改变整个水域漂浮垃圾物自动清理装置的漂浮状态，亦即该种水域漂浮垃圾物自动清理装置不会像常规清漂船一样，会因垃圾收集量导致自身浮态发生变化，亦不存在常规清漂船垃圾收集过多导致船体存在倾覆的风险。
垃圾筐10主要由框架主体18、卡紧器12、吊环13以及网兜14组成，其中卡紧器12有四个，船体4的左右船体上各有2个，且对称分布，正常工作过程中框架主体18的主框架就卡在卡紧器12的卡槽中，框架主体18的四个角上对称分布有四个吊环13，网兜14套装在框架主体18上，当垃圾筐10中的垃圾收集较满时，由于框架主体18是直接卡在卡紧器12之中，通过吊环13即可直接将框架主体18连带网兜14和网兜中的垃圾一起从水中吊出，吊至岸上后重新换装新的网兜14，再将框架主体18连带网兜14一起吊放至卡紧器12的卡槽中，该种水域漂浮垃圾物自动清理装置即可重新开始工作。
为保证船体4前进过程中垃圾能够进入垃圾筐10中，在转弯及后退过程中，垃圾不会漂出，设计了防垃圾漂出结构9。防垃圾漂出结构9包括限位挡块15、扭簧16以及垃圾防漂出板17，整体安装在推斗1靠近船体一端，挡块15固定在推斗1下部拐角处，垃圾防漂出板17通过扭簧16与挡块15相连，可绕扭簧16的轴线自由转动，当船体4前进时，水流的作用力会将垃圾防漂出板17向船体4后部推，该流体力的大小足以克服扭簧16的弹力，即实现船体前进过程中垃圾防漂出板17倒伏在水中，此时水面的垃圾漂浮物可正常进入垃圾筐10中，当船体4停下，由于没有了水流的作用力，扭簧16的作用力会使得垃圾防漂出板17重新抬出水面，当船体4倒退时，水流的作用力以及扭簧16的作用力亦会使垃圾防漂出板17抬出水面，此时进入垃圾筐10中的垃圾将不能漂出。
同时该水域漂浮垃圾物自动清理装置除基本的遥控功能外，还具有自动清理漂浮物的功能，其上装有超声波雷达6，超声波雷达6能够探测水域漂浮垃圾物自动清理装置距前方水域边界的距离，当距离小于一定程度后，船体4中的控制电路会自动控制推进器11让船体4开始转向，由于船体的转向速度确定，因此通过简单的固定转向时间即可实现船体4旋转固定的角度，可通过预先设定的固定转向时间使得船体基本反向，且与之前的航行路线形成一定夹角，之后船体4中的控制电路会自动控制推进器11让船体4保持直行，直至超声波雷达6探测的水域漂浮垃圾物自动清理装置距前方水域边界的距离小于一定程度，控制电路会自动控制推进器11重复上述过程，通过该种超声波雷达6的使用方法及控制方法，可以用非常少的传感器设备以及非常简单的控制算法及电路实现如图4所示的对封闭水域的智能化清漂过程。同时水域漂浮垃圾物自动清理装置上安装有摄像装置7，能够使得岸上遥控端能够看到水域漂浮垃圾物自动清理装置周围的实时画面，方便岸上遥控端对水域漂浮垃圾物自动清理装置进行遥控。对于封闭水域拐角处的漂浮物垃圾，可通过喷水装置2将漂浮物垃圾从拐角处喷出。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种水域漂浮垃圾物自动清理装置，其特征其在于：它包括船体（4），所述船体（4）前端安装有用于收集漂浮物的推斗（1），在船体（4）的顶部固定安装有通信天线（3），位于推斗（1）所在端的船体（4）上可拆卸的安装有垃圾筐（10），所述船体（4）的顶部设置有探照灯（5）、超声波雷达（6）、摄像装置（7）和报警灯（8），所述垃圾筐（10）的进口位置设置有防止垃圾漂出的防漂出结构（9）；所述通信天线（3）通过无线或者有线方式与岸上远程遥控设备相连。
2.根据权利要求1所述的一种水域漂浮垃圾物自动清理装置，其特征在于：所述船体（4）为双体船结构，在船体（4）的尾部两侧对称安装有推进器（11），两个所述推进器（11）分别与用于控制其转速的控制电路相连，所述控制电路通过通信天线（3）与岸上遥控设备相连。
3.根据权利要求1所述的一种水域漂浮垃圾物自动清理装置，其特征在于：所述垃圾筐（10）的框体上连接有可拆卸的网兜（14），所述网兜（14）采用柔性网绳材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种水域漂浮垃圾物自动清理装置，其特征在于：所述垃圾筐（10）包括框架主体（18），所述框架主体（18）通过多个卡紧器（12）可拆卸的安装在船体（4）的头部两侧，在框架主体（18）的顶部四角安装有用于对其吊装的吊环（13）。
5.根据权利要求1所述的一种水域漂浮垃圾物自动清理装置，其特征在于：所述防漂出结构（9）包括限位挡块（15）、扭簧（16）和垃圾防漂出板（17），所述挡块（15）固定在推斗（1）下部拐角处，垃圾防漂出板（17）通过扭簧（16）与挡块（15）相连，并可绕扭簧（16）的轴线自由转动。
6.根据权利要求1所述的一种水域漂浮垃圾物自动清理装置，其特征在于：所述垃圾筐（10）采用镂空结构，且垃圾筐（10）的底部直接浸没在水中；在船体（4）的头部安装有喷水装置（2）。
7.采用权利要求1-6任意一项所述水域漂浮垃圾物自动清理装置的清漂方法，其特征在于它包括以下步骤：
Step1：将船体（4）放置在需要清漂的水域，并通过岸上遥控设备远程控制推进器（11），通过推进器（11）驱动船体（4）沿着清漂水域航行；
Step2：在船体（4）运行推进过程中，推斗（1）对水面漂浮物推聚收集；
Step3：通过推斗（1）将收集的垃圾推进到垃圾筐（10）的内部，并通过网兜（14）对其进行收集；
Step4：船体（4）继续推进过程中，通过超声波雷达（6）探测水域漂浮垃圾物自动清理装置距前方水域边界的距离，当距离小于设定值后，通过岸上遥控设备控制船体（4）进行转向；
Step5：在船体（4）转向之后，继续通过岸上遥控设备控制船体（4）推进，并实现下一个航线上漂浮物的清理作业；
Step6：最终，按照设定的折返航线，自动对设定区域水面垃圾实现清理；
Step7：清理过程中，当网兜（14）内部的垃圾装满时，通过吊装装置将其吊装，然后对其进行更换。
8.根据权利要求7所述水域漂浮垃圾物自动清理装置的清漂方法，其特征在于：所述Step2中漂浮物推聚收集的具体操作为，通过摄像装置（7）对水面进行实施监控，并通过通信天线（3）将画面传输到岸上遥控端，当有漂浮物时，通过岸上遥控端控制推斗（1）对水域漂浮垃圾物自动收集清理。
9.根据权利要求7所述水域漂浮垃圾物自动清理装置的清漂方法，其特征在于：所述Step4中船体（4）的转向具体操作为：通过远程遥控设备控制船体（4）尾部两个推进器（11），通过调节两个推进器（11）的转速，使得两个推进器（11）保持一定的转速差，进而控制实现船体（4）的转向或者直线。
10.根据权利要求7所述水域漂浮垃圾物自动清理装置的清漂方法，其特征在于：所述Step6中折返航线实现的具体操作为，确定船体（4）的转向速度，固定船体（4）的转向时间，使得船体（4）按照固定角度实现转向，且与之前的航行路线形成一定夹角，之后船体（4）中的控制电路会自动控制推进器（11）让船体（4）保持直行。
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