CN109577298A - 自适应收集海洋塑料垃圾的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自适应收集海洋塑料垃圾的装置，所述自适应收集海洋塑料垃圾的装置包括：四个漂浮单体，分别位于四边形四个顶点上；离合装置，设置在各漂浮单体之间，钢丝盒，设置在每个漂浮单体之内；钢丝，缠绕在所述钢丝盒上并且连接在相邻的两个漂浮单体之间；推力系统；收集裙；每个收集裙包括：多个设置在相应漂浮单体侧向并排成一排的中空板，每个中空板包括：连接在每个中空板下端的纤维索、以及连接在纤维索下端的陶瓷坠。本发明可适用于垃圾量较小的区域，且可实现低密度区域的持续收集。

Description

自适应收集海洋塑料垃圾的装置

技术领域

本发明涉及环保领域，具体涉及海洋塑料垃圾的清理，即一种自适应收集海洋塑料垃圾的装置。

背景技术

海洋塑料垃圾量已达到惊人状况，每年约800万吨塑料进入海洋。目前在北太平洋形成的巨大塑料垃圾带面积已超过160万平方公里(相当于5个日本面积)，是之前预估计量的4到16倍。该垃圾带位于加利福尼亚和夏威夷之间。该垃圾带属于漂浮状态，主要为瓶子、容器、渔网和微塑料等废弃物。这其中塑料微粒(微塑料)的浓度呈指数级增长，已由上世纪70年代的0.4kg/km2增加到目前的1.23kg/km2。分析塑料垃圾组成，直径大于5cm的塑料占总重量的75％。而塑料微粒对鱼类等生物的影响程度更加令人震惊，除网状碎物能困住鱼类等动物之外，小于5mm的微塑料被鱼类吞食，并按照食物链等级逐级传递。在大型动物中血液中含量已有显示。

漂浮的垃圾经过长时间阳光、洋流作用会逐步进入海洋深部。深海污染记录显示，30年来检测的3000件人造碎片中，塑料已超过三分之一。在海平面1000米环境，塑料垃圾浓度上升较快，更有甚者，在马里亚纳海沟距海平面10000米处也发现了塑料袋。

针对海洋塑料污染，众多环境保护机构、组织、志愿者在塑料种类生产、垃圾分类以及打捞方法技术已作出显著工作。在打捞方法中，集中快捷的方式是采用船体直接拖动围网式捕捞，管状吸入式捕捞等。其优点是对垃圾目标判断清晰、船体拖动捕捞质量高、速度快。缺点是：长距离的捕捞操作运行成本高，需要综合监测技术的配合。目前，也发展了自主漂浮式收集方式，在预定区域设置漂浮收集器，在太阳能、潮汐、洋流等自然动力缓慢作用下，长时间收集，在达到收集量后，拖船参与后期的整理及回收运输。其优点是大幅度节省了对垃圾直接捕捞的操作成本；缺点是需要预定区域设置、拖船往返操作成本高、垃圾圈收缩控制效果不足。

综上所述，现有技术中存在以下问题：目前海洋塑料垃圾的收集效果差，成本高。

发明内容

本发明提供一种自适应收集海洋塑料垃圾的装置，以解决目前海洋塑料垃圾的收集效果差，成本高的问题。

为此，本发明提出一种收集海洋塑料垃圾的装置，即一种自适应收集海洋塑料垃圾的装置，所述自适应收集海洋塑料垃圾的装置包括：

四个漂浮单体，分别为位于四边形四个顶点上的第一漂浮单体、第二漂浮单体、第三漂浮单体和第四漂浮单体；每个漂浮单体均为半球形浮球；

离合装置，包括：设置在各漂浮单体之内的第一电机和第二电机，第一电机输出轴和第二电机的输出轴相互垂直；离合装置还包括：第一螺纹套和第二螺纹套，均设置在第一漂浮单体和第四漂浮单体上；第一螺纹套，连接第一漂浮单体和第四漂浮单体的第一电机，第二螺纹套连接第一漂浮单体和第四漂浮单体的第二电机；离合装置还包括：第一丝杠和第二丝杠，均设置在第二漂浮单体和第三漂浮单体上；第一丝杠连接第二漂浮单体和第三漂浮单体的第一电机，第二丝杠连接第二漂浮单体和第三漂浮单体的第二电机；其中，第一螺纹套和第二螺纹套相互垂直并位于水平面内，第一丝杠和第二丝杠相互垂直并位于水平面内；第一螺纹套与第一丝杠能形成螺纹连接或脱离连接，第二螺纹套与第一丝杠能形成螺纹连接或脱离连接，第一螺纹套和第二丝杠能形成螺纹连接或脱离连接，第一螺纹套和第二丝杠能形成螺纹连接或脱离连接；

钢丝盒，设置在每个漂浮单体之内；

钢丝，通过收紧机构缠绕在所述钢丝盒上并且连接在相邻的两个漂浮单体之间；

推力系统，设置在每个漂浮单体上；所述推力系统包括：第三电机和连接所述第三电机的螺旋桨；所述螺旋桨伸出各漂浮单体；

收集裙，为多个，第一漂浮单体和第二漂浮单体之间、第二漂浮单体和第三漂浮单体之间，以及第三漂浮单体和第四漂浮单体之间分别设置有一个收集裙；

每个收集裙包括：多个设置在相应漂浮单体侧向并排成一排的中空板，每个中空板包括：外壁、设置在外壁中的空腔、设置在外壁上的钢丝穿孔、轴孔、连接环、以及连接在相邻两个中空板的连接环之间的连接绳；

每个收集裙还包括：连接在每个中空板下端的纤维索、以及连接在纤维索下端的陶瓷坠。

进一步的，所述轴孔容纳第一螺纹套或第二螺纹套或第一丝杠或第二丝杠，所述钢丝穿过所述钢丝穿孔。

进一步的，每个收集裙具有折叠状态和打开状态，在折叠状态，各中空板的轴孔位于一条直线上；在打开状态，各中空板的轴孔位于多条平行的直线上，各中空板平行错开并且通过相邻两个中空板的连接环之间的连接绳形成边缘交叠。

进一步的，所述漂浮单体包括：半球形壳体、设置在半球形壳体上方的太阳能板、以及设置在太阳能板下方的隔板，所述漂浮单体还包括：与太阳能板连接的储存电池组。

进一步的，所述漂浮单体还包括：覆盖在太阳能板顶部的密封防水层。

进一步的，所述漂浮单体还包括：设置在所述太阳能板顶部的信号灯，所述信号灯连接所述储存电池组。

进一步的，所述钢丝盒为上下双层设置，每个中空板中设有两个上下布置的钢丝穿孔。

进一步的，所述钢丝直径5mm，每个漂浮单体内共设置100m长钢丝。

进一步的，每个中空板为长方体形，所述轴孔设置在中空板的中心点上，两个上下布置的钢丝穿孔与所述轴孔位于竖直方向，并且两个上下布置的钢丝穿孔关于所述轴孔对称。

进一步的，各所述中空板高度1m，宽度1m，所述纤维索长2m。

本发明利用漂浮单体组合形成漂浮装置，在洋流作用下漂浮至垃圾带区域。在漂浮阶段，漂浮单体之间相互连接、锁紧，在识别垃圾状态后，漂浮装置通过推力系统自主分离，漂浮单体之间距离增加，收集裙打开，中空板和纤维索展开形成拦网式收集垃圾，待垃圾量饱和后，漂浮装置合围，并发射完成任务信号。待承运船只到达后，操作人员将收集的垃圾转至船上，并整理收集装置，录取资料。之后可在该海域重复放置该装置，或置于其他海域。该方法适用于垃圾量较小的区域，且可实现低密度区域的持续收集，而这是常规方法所无法承受的。这一特点实现了漂浮垃圾的及早收集，而非常规的等待聚集后才能收集的方式，这将大大减少塑料垃圾分解成微塑料并进入海洋深部的数量，在控制上更主动、更有效。本发明能够依靠存储的天然能量自适应判断并收集浅层塑料垃圾。

本发明具有以下效果：

1.针对海洋塑料垃圾分布及浓度特点，设计了具有被动漂浮、自动判别目标区域和自主捕捞的自适应收集(小型)装置；该装置可适用于垃圾量较小的区域，且可实现低密度区域的持续收集，而这是常规收集方式所无法承受的。多数量的小型收集装置的利用，将显现出可观的收集效果，垃圾收集效率大幅提高，且成本低廉。

2.漫长漂浮阶段的太阳能存储为信号反馈及收集器自主收集时的机械运动提供了足够的动力；

3.利用稳定洋流特点而设计的收集裙收集漂浮物比例达70％以上，且保护了鱼类等生物的安全活动；

4.漂浮阶段收集装置将运移轨迹、判断的垃圾位置、垃圾密度分布等数据信息存储并反馈给操控人员。

附图说明

图1为本发明的自适应收集海洋塑料垃圾的装置在漂浮状态下组合连接的俯视结构示意图；

图2为本发明的自适应收集海洋塑料垃圾的装置在漂浮状态下组合连接的主视结构示意图；

图3为本发明的漂浮单体的结构示意图；

图4为本发明的柱状壳体的右侧壁的结构示意图；

图5为本发明的柱状壳体的左侧壁的结构示意图；

图6为本发明的钢丝盒与钢丝的俯视结构示意图；

图7为本发明的钢丝盒与钢丝的主视结构示意图；

图8为本发明的储存电池组的结构示意图；

图9为本发明的推力系统的结构示意图；

图10为本发明的第一螺纹套的结构示意图；

图11为本发明的第一丝杠的结构示意图；

图12为本发明的收集裙在打开状态的结构示意图；

图13为本发明的中空板的主视结构示意图；

图14为本发明的中空板的侧视结构示意图；

图15为本发明的中空板在打开状态的结构示意图；

图16为本发明的工作原理图；其中，漂浮单体为组合状态下，未打开

图17为本发明的工作原理图；漂浮单体为打开状态下；

图18为本发明的工作原理图，漂浮单体将塑料垃圾的合围。

附图标号说明：

1、漂浮单体；11、第一漂浮单体；12、第二漂浮单体；13、第三漂浮单体；14、第四漂浮单体；101、半球形壳体；102、柱状壳体；103、太阳能板；104、隔板；105、储存电池组；106、信号灯；107、自控系统；108、信号系统；1020、侧壁；1021、超声检测振子；1022、数据线；1023、相机；1024、轴孔；1025、钢丝穿孔；1051、电池盒；1052、电池单体；1053、电压输出端；

2、离合装置；20、外壳；21、第一电机；22、第二电机；23、第三电机；24、齿轮组；27、丝杠；29、螺纹套；

30、钢丝盒；31、钢丝；

4、收集裙；40、中空板；401、外壁；402、空腔；403、钢丝穿孔；404、轴孔；405、连接环；406、挂板；43、纤维索；45、陶瓷坠；

5、推力系统；50、外壳；51、齿轮组；52、传动轴；53、螺旋桨；

6、塑料垃圾。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。

方法和原理：

本发明的原理是利用漂浮单体组合形成的漂浮装置，如图1、图2、图16、图17和图18所示，在洋流作用下漂浮至垃圾带区域。在自控系统107识别垃圾状态后，漂浮装置自主分离，形成拦网式收集垃圾，待垃圾量饱和后，漂浮装置合围，并发射完成任务信号。待承运船只到达后，操作人员将收集的垃圾转至船上，并整理收集装置，录取资料。之后可在该海域重复放置该装置，或置于其他海域。

本发明放置在预定位置即可，无需对该位置的垃圾浓度明确判断。预定位置由分析资料估算得到，常规收集方法在预判位置后还要依靠船上人工的对垃圾状况的判断，之后再把打捞装置放置、并操作。

本发明适用于垃圾量较小的区域，且可实现低密度区域的持续收集，而这是常规方法所无法承受的。这一特点实现了漂浮垃圾的及早收集，而非常规的等待聚集后才能收集的方式，这将大大减少塑料垃圾分解成微塑料并进入海洋深部的数量，在控制上更主动、更有效。

因此，本发明提供一种自适应收集海洋塑料垃圾的装置，如图1和图2所示，所述自适应收集海洋塑料垃圾的装置包括：

四个漂浮单体1，分别为位于四边形四个顶点上的第一漂浮单体11、第二漂浮单体12、第三漂浮单体13和第四漂浮单体14；每个漂浮单体1均为半球形浮球；材质可以为不锈钢，例如，开始的时候，四个漂浮单体1，分别为位于矩形的四个顶点上，这样，围成的面积较大；

离合装置2，包括：设置在各漂浮单体之内的第一电机21和第二电机22，第一电机输出轴和第二电机的输出轴相互垂直；离合装置2还包括：两个相互垂直并位于水平面内的螺纹套29，即第一螺纹套和第二螺纹套，在第一漂浮单体和第四漂浮单体上，分别设有两个螺纹套29；其中第一螺纹套，连接第一漂浮单体11和第四漂浮单体14的第一电机21，第二螺纹套连接第一漂浮单体11和第四漂浮单体14的第二电机22；

离合装置2还包括：两个相互垂直并位于水平面内的丝杠27，即第一丝杠和第二丝杠，第二漂浮单体和第三漂浮单体上分别设有两个相互垂直的丝杠；丝杠与螺纹套形成螺纹配合；第一丝杠连接第二漂浮单体12和第三漂浮单体13的第一电机21，第二丝杠连接第二漂浮单体12和第三漂浮单体13的第二电机22；其中，第一螺纹套与第一丝杠受第一电机驱动能形成螺纹连接或脱离连接，第二螺纹套与第一丝杠受第二电机驱动能形成螺纹连接或脱离连接，第一螺纹套和第二丝杠能形成螺纹连接或脱离连接，第一螺纹套和第二丝杠能形成螺纹连接或脱离连接；从而形成两个漂浮单体1之间的连接或远离；离合装置2起到分离的作用，也可以起到连接的作用；

如图3所示，钢丝盒30，设置在每个漂浮单体1之内；

钢丝31，通过收紧机构(或弹性机构、张紧机构)缠绕在所述钢丝盒30上并且连接在相邻的两个漂浮单体1之间；在两个漂浮单体1之间的丝杠与螺纹套之间的连接脱离时，钢丝31起到约束和连接的作用，将两个漂浮单体1之间的距离限制在一定范围内，以免失去控制；

推力系统5，设置在每个漂浮单体1上；所述推力系统5包括：第三电机23和连接所述第三电机的螺旋桨53；所述螺旋桨53伸出各漂浮单体1，在两个漂浮单体1之间的丝杠与螺纹套之间的连接脱离时，螺旋桨53受第三电机23驱动，推动各漂浮单体1向外游动；螺旋桨的轴线位于水平面内；

收集裙4，为多个，第一漂浮单体11和第二漂浮单体12之间、第二漂浮单体12和第三漂浮单体13之间，以及第三漂浮单体13和第四漂浮单体14之间分别设置有一个收集裙4；也就是，由漂浮单体组成的四边形中，除了第二漂浮单体12和第四漂浮单体14之间没有收集裙4之外，其余的三个边都有收集裙4；工作或打开时，4个漂浮单体中，第一漂浮单体11和第二漂浮单体12之间、第二漂浮单体12和第三漂浮单体13之间，以及第三漂浮单体13和第四漂浮单体14之间的距离拉长，第二漂浮单体12和第四漂浮单体14之间的钢丝在弹力或张力的作用下，距离缩短，相互接触或近似接触，4个漂浮单体形成近似三角形；

如图12所示，每个收集裙4包括：多个设置在相应漂浮单体侧向并排成一排的中空板40，如图13、图14和图15所示，每个中空板40包括：外壁401、设置在外壁中的空腔402(起浮力作用，能使中空板40漂浮起来用于拦截漂浮在水面上的垃圾)、设置在外壁上的钢丝穿孔403、轴孔404、连接环405、以及连接在相邻两个中空板的连接环之间的连接绳(例如为80cm细钢丝)；空腔402用于提供浮力，轴孔404用于容纳丝杠或螺纹套，供丝杠或螺纹套进出和配合连接；钢丝穿孔403和轴孔404内设有密封圈组，用于密封防水，相邻两个中空板的连接环之间的连接绳起到在收集裙4打开时，两个中空板40能够有重叠的部分，防止塑料垃圾6漏出；

每个收集裙4还包括：连接在每个中空板下端的挂板406上的(植物)纤维索43(绳索)、以及连接在纤维索下端的陶瓷坠45。陶瓷坠45起到配重的作用，例如为0.5kg长条形或椭圆形陶瓷坠，用于将纤维索43往下拉，纤维索还起到栅栏的作用，拦截水下的塑料垃圾，纤维索和陶瓷坠起到稳定中空板漂浮在水上的作用，纤维索较粗且短，避免彼此间缠绕。

进一步的，所述轴孔404容纳第一螺纹套或第二螺纹套或第一丝杠或第二丝杠，所述钢丝31穿过所述钢丝穿孔403。

进一步的，每个收集裙4具有折叠状态和打开状态，在折叠状态，如图2所示，各中空板的轴孔404重合，即位于一条直线上，丝杠与螺纹套连接在一起，上下钢丝拉紧，各中空板40完全重叠在一起；4个漂浮单体位于正方形顶点；在打开状态，如图12所示，各中空板的轴孔404位于多条平行的直线上，各中空板40转动接近90度，并平行错开并且通过相邻两个中空板的连接环之间的连接绳形成边缘交叠。收集裙4具有折叠状态和打开状态，使得在收集塑料垃圾之前，各漂浮单体作为一个整体迅速移动，在到的塑料垃圾处，各漂浮单体分离，形成对塑料垃圾的拦截和收集。漂浮单体直径2m，水面下深度1m，水上部分为40cm；在折叠状态，2个漂浮单体之间120cm；中空板高度1m，宽度1m，厚度2cm，相邻中空板均有细钢丝连接；3个相邻的漂浮单体之间装有50块中空板；漂浮时，4个漂浮单体的组合为边长520cm的正方形；工作或打开时两漂浮单体之间最大距离为50m，最大合围面积1200m²。

进一步的，如图3所示，所述漂浮单体包括：半球形壳体101、设置在半球形壳体上方的太阳能板103、以及设置在太阳能板下方的隔板104，所述漂浮单体1还包括：与太阳能板103连接的储存电池组105。半球形壳体101的顶部设有隔板104，隔板104的上方连接有柱状壳体102，太阳能板103位于柱状壳体102的顶部。储存电池组105起到蓄能作用，太阳能板用于漂浮过程中为储存电池组充电，保证动力供应。太阳能板平铺于柱状壳体上方，便于较好的吸收太阳能并且减少风力的影响。储存电池组主要为收集垃圾操作时的推力系统5提供动力；为控制系统和信号系统108提供持续动力。如图8所示，储存电池组由3V电池单体1052串联成一组，多组并联，设置在电池盒1051中，保障输出功率。储存电池组为单层板状排布，多层板组合，总重量约1吨，容量80kWh，电压输出端1053输出200V直流电。

半球形壳体101为半球状，球半径为1m，不锈钢材质，壁厚5mm，最大浮力4吨。半球形壳体101内部设置有支架结构，增强壳体耐压能力。其半球结构使漂浮时的阻力最小，且易于随洋流运动；静止状态时又易于稳定。

半球形壳体101漂浮时大部分体积浸于水面下。隔板与半球形壳体101密封，防止其内部空间渗入海水而腐蚀内部装置。隔板为不锈钢板，厚度2mm。周围与柱状壳体相接，焊接密封，不渗水。

隔板上方带有钢梁结构，其承受离合系统、信号系统等装置。钢梁焊接于柱状壳体内壁，隔板本身不承重。柱状壳体底部与半球形壳体10焊接，空间容纳钢丝盒、离合系统和信号系统等部分，如图4和图5所示，柱状壳体的壳壁或侧壁1020设有不同功能的孔眼，用于轴承的连接、钢丝的出入、探测器的安装等。例如，柱状壳体102的右侧壁具有容纳超声检测振子1021、相机1023、以及数据线1022的穿孔或腔体，柱状壳体102的左侧壁具有供丝杠或螺纹套出入的轴孔1024、以及钢丝出入的钢丝穿孔1025，轴孔1024以及钢丝穿孔1025分别与中空板上的轴孔404和钢丝穿孔403相吻合。

进一步的，所述漂浮单体还包括：覆盖在太阳能板103顶部的密封防水层。太阳能板安装在塑料板上，并盖在柱状壳体上方，整体密封。塑料板不起屏蔽作用，能保证信号系统的发射与接收。

密封防水层是太阳能板上的环氧树脂涂层，厚度小于1mm，透明。密封防水层有保护太阳能板防撞击、防腐蚀的性能，也能减少柱状壳体的渗入侵蚀。

进一步的，如图3所示，所述漂浮单体1还包括：设置在所述太阳能板103顶部的信号灯106，以起到警示作用，避免船只碰撞漂浮单体1，所述信号灯106连接所述储存电池组105。

进一步的，如图7所示，所述钢丝盒30为上下双层设置，钢丝31为两股，每个中空板40中设有两个上下布置的钢丝穿孔403，用于分别穿过两股钢丝绳，使得中空板40打开后形成稳定的拦截结构。

进一步的，所述钢丝31直径5mm，保持合理的重量和连接强度，每个漂浮单体1内共设置100m长钢丝，使得两个漂浮单体之间的最大距离可达50米，整个自适应收集海洋塑料垃圾的装置的面积可达1200平米。钢丝为钢芯钢丝绳，直径5mm，长100m重10kg，承受约1.5吨拉力。单层盒内的钢丝长度为25m。

进一步的，每个中空板40为长方体形，便于制作，便于展开和拦截垃圾，所述轴孔404设置在中空板的中心点上，以便形成稳固的螺纹套与丝杠的连接，两个上下布置的钢丝穿孔403与所述轴孔404位于竖直方向，并且两个上下布置的钢丝穿孔403关于所述轴孔404对称，便于保持中空板40在海水中的平衡。

进一步的，各所述中空板40高度1m，宽度1m，这样，能一部分浮在水上，中空板顶端高于海面30cm。所述纤维索长2m，能拦截部分水下的塑料垃圾，而且避免彼此间缠绕。

如图9所示，推力系统5包括半球形壳体的外壳内的第三电机23、齿轮组51、传动轴52、外部的轴承及螺旋桨53。漂浮过程中推力系统不工作，主要靠洋流作用运动。捕捞工作过程中，推力系统需不断改变2号和4号浮力半球的位置，耗能较多。第三电机23为200V直流电机，设置在隔板的下方由储存电池组供电。

第一漂浮单体和第四漂浮单体的离合装置2采用电机和螺纹套的配置。例如，如图10所示，在半球形壳体的隔板与太阳能板之间的空间内，设有外壳20，如图6和图10所示，外壳内设有第一电机21和齿轮组24，螺纹套29与所述齿轮组24连接并伸出外壳20。

第二漂浮单体和第三漂浮单体的离合装置2采用电机和丝杠的配置。在半球形壳体的隔板与太阳能板之间的空间内，设有外壳20，外壳内设有第二电机22和齿轮组24，如图7和图11所示，丝杠27与所述齿轮组24连接并伸出外壳20。第一电机21和第二电机22设置在隔板之上。

丝杠的外径或螺纹套的内径为5cm，与中空板的轴孔相匹配。第一电机或第二电机为24V直流电机，连接变速齿轮，可调整转速。

本发明还包括控制系统，控制系统包括核心控制硬件和软件。核心控制硬件有计算机系统和PCI板卡(推力系统、太阳能存储输入、连接装置控制、超声波发射接收控制和图像采集系统等)；软件包含：垃圾状态识别、信息传输接收功能、推动控制、分离/连接控制、警示设置、捕捞状态识别、捕捞垃圾综合控制以及组件状态检测等。

本发明还包括信号系统包括定期发送位置/垃圾浓度等信息、警示信号显示、工作状态信息发送/接收等系统。

第二漂浮单体和第四漂浮单体的侧向可以设有一个中空板，该中空板与收集裙中的中空板结构相同或相似，仅在厚度上有差异，厚度为60cm，轴孔与丝杠外径一致。

本发明的工作过程为：

①组合装置的初始放置

由现有资料分析，判断最为适合放置组合装置(四个漂浮单体1组成的正方形整体)的海域(例如北太平洋塑料垃圾带)，但具体位置精确程度要求不高，对收集时间不做要求时几百公里差距都可以接受。常规运输船式的打捞工作，必须进入垃圾带(即准确度100％)；这种方式也要求垃圾带的浓度较高，如果垃圾分散，其打捞效率过低，耗时长。

本装置对位置的容许程度使得低密度垃圾的及时回收成为可能，这也是高浓度垃圾回收后期必经的阶段。

②自适应漂浮过程

放置完成后，组合装置(四个漂浮单体1组成的正方形整体)开始自适应漂浮过程。由于洋流的规律性运动，组合装置的运动方向必然与垃圾方向相同。由于垃圾漂浮带属于洋流中的稳定漩涡区域，塑料垃圾在该区域可认为是稳定停留的，即在经过一段时间后，组合装置漂浮到该区域。

漂浮过程中，组合装置的经历必然是复杂的。

异常气候条件下，风浪作用可是组合装置侧翻等等，但是由于装置的重心在浮力半球底部，因而在条件适宜时，其会自动翻回到正常状态。

由于其漂浮轨迹无法预测可能与船只航线相交，从安全角度考虑，组合装置的GPS系统，实施反馈信息位置。且信号灯成闪烁状态。

装置上的超声波装置定时检测周围环境的异物情况，发现异常时，传输信号乃至照片给控制人员。控制人员可遥控其运动及工作状态。

由于浮力半球及中空板吃水很浅，且纤维索(绳索)不是网状结构，因而对海洋生物不产生影响。

③适宜工作区域的判断及信息交流

在到达适宜的垃圾浓度区域，控制系统工作。将超声波、图像数据及判断结果发送控制人员，初期条件下，控制人员辅助分析认为较多，一旦确认软件识别准确度符合要求时，可由装置自行工作。

④垃圾捕捞过程

在确定天气稳定条件下，实施塑料垃圾捕捞工作。首先，4套离合装置启动分离操作，4个漂浮单体成独立状态，收集裙落入水面，中空板保持漂浮状态；然后，程序控制推力系统5，4个漂浮单体1向四角方向运动。则彼此间距离拉开。第一漂浮单体与第二漂浮单体、第二漂浮单体与第三漂浮单体间、第三漂浮单体和第四漂浮单体间的收集裙起到围挡作用，而第二漂浮单体与第四漂浮单体间由于没有收集裙或中空板，钢丝、丝杠或螺纹套在自身重力作用下有下沉趋势，设在水下深度为d。第二漂浮单体与第四漂浮单体向外运动到角部位置时，钢丝在塑料垃圾6底部穿过。

当收集裙已全部伸展开后，控制系统获得该信息，停止螺旋桨运动。由于第二漂浮单体与第四漂浮单体间钢丝在自身重力及钢丝盒内内的弹力收缩作用下，由扩展状态逐步收缩，直至第二漂浮单体与第四漂浮单体相接触，完成第一次合围。

钢丝弹力将数据反馈给控制系统，若该值小于设定值，则说明收集裙内的垃圾量不足。则第二漂浮单体与第四漂浮单体再向相反方向运动，到达极限后，再缓慢收缩，完成第二次合围。

重复这个过程，直至钢丝拉力大于设定值，则第二漂浮单体与第四漂浮单体离合装置启动，第二漂浮单体与第四漂浮单体通过离合装置实现连接，则收集裙内垃圾收集完成，且自适应收集装置稳定地控制了内部的塑料垃圾6。

⑤运输船只操作

自适应收集装置向控制人员发射已完成信息，等待运输船。这个过程可能需要很长时间，装置只需要定时发送位置信息即可。

运输船只到达后，人工控制捕捞，可高效地将内部垃圾输送到船内。

⑥再次投放

完成捕捞任务后，船上人员检查装置运行状况，并将中空板复位，使装置呈组合状态。运输到其余位置或在该区域继续投放。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种自适应收集海洋塑料垃圾的装置，其特征在于，所述自适应收集海洋塑料垃圾的装置包括：

四个漂浮单体，分别为位于四边形四个顶点上的第一漂浮单体、第二漂浮单体、第三漂浮单体和第四漂浮单体；每个漂浮单体均为半球形浮球；

离合装置，包括：设置在各漂浮单体之内的第一电机和第二电机，第一电机输出轴和第二电机的输出轴相互垂直；离合装置还包括：第一螺纹套和第二螺纹套，均设置在第一漂浮单体和第四漂浮单体上；第一螺纹套，连接第一漂浮单体和第四漂浮单体的第一电机，第二螺纹套连接第一漂浮单体和第四漂浮单体的第二电机；离合装置还包括：第一丝杠和第二丝杠，均设置在第二漂浮单体和第三漂浮单体上；第一丝杠连接第二漂浮单体和第三漂浮单体的第一电机，第二丝杠连接第二漂浮单体和第三漂浮单体的第二电机；其中，第一螺纹套和第二螺纹套相互垂直并位于水平面内，第一丝杠和第二丝杠相互垂直并位于水平面内；第一螺纹套与第一丝杠能形成螺纹连接或脱离连接，第二螺纹套与第一丝杠能形成螺纹连接或脱离连接，第一螺纹套和第二丝杠能形成螺纹连接或脱离连接，第一螺纹套和第二丝杠能形成螺纹连接或脱离连接；

钢丝盒，设置在每个漂浮单体之内；

钢丝，通过收紧机构缠绕在所述钢丝盒上并且连接在相邻的两个漂浮单体之间；

推力系统，设置在每个漂浮单体上；所述推力系统包括：第三电机和连接所述第三电机的螺旋桨；所述螺旋桨伸出各漂浮单体；

收集裙，为多个，第一漂浮单体和第二漂浮单体之间、第二漂浮单体和第三漂浮单体之间，以及第三漂浮单体和第四漂浮单体之间分别设置有一个收集裙；

每个收集裙包括：多个设置在相应漂浮单体侧向并排成一排的中空板，每个中空板包括：外壁、设置在外壁中的空腔、设置在外壁上的钢丝穿孔、轴孔、连接环、以及连接在相邻两个中空板的连接环之间的连接绳；

每个收集裙还包括：连接在每个中空板下端的纤维索、以及连接在纤维索下端的陶瓷坠。

2.如权利要求1所述的自适应收集海洋塑料垃圾的装置，其特征在于，所述轴孔容纳第一螺纹套或第二螺纹套或第一丝杠或第二丝杠，所述钢丝穿过所述钢丝穿孔。

3.如权利要求1所述的自适应收集海洋塑料垃圾的装置，其特征在于，每个收集裙具有折叠状态和打开状态，在折叠状态，各中空板的轴孔位于一条直线上；在打开状态，各中空板的轴孔位于多条平行的直线上，各中空板平行错开并且通过相邻两个中空板的连接环之间的连接绳形成边缘交叠。

4.如权利要求1所述的自适应收集海洋塑料垃圾的装置，其特征在于，所述漂浮单体包括：半球形壳体、设置在半球形壳体上方的太阳能板、以及设置在太阳能板下方的隔板，所述漂浮单体还包括：与太阳能板连接的储存电池组。

5.如权利要求4所述的自适应收集海洋塑料垃圾的装置，其特征在于，所述漂浮单体还包括：覆盖在太阳能板顶部的密封防水层。

6.如权利要求4所述的自适应收集海洋塑料垃圾的装置，其特征在于，所述漂浮单体还包括：设置在所述太阳能板顶部的信号灯，所述信号灯连接所述储存电池组。

7.如权利要求1所述的自适应收集海洋塑料垃圾的装置，其特征在于，所述钢丝盒为上下双层设置，每个中空板中设有两个上下布置的钢丝穿孔。

8.如权利要求1所述的自适应收集海洋塑料垃圾的装置，其特征在于，所述钢丝直径5mm，每个漂浮单体内共设置100m长钢丝。

9.如权利要求7所述的自适应收集海洋塑料垃圾的装置，其特征在于，每个中空板为长方体形，所述轴孔设置在中空板的中心点上，两个上下布置的钢丝穿孔与所述轴孔位于竖直方向，并且两个上下布置的钢丝穿孔关于所述轴孔对称。

10.如权利要求1所述的自适应收集海洋塑料垃圾的装置，其特征在于，各所述中空板高度1m，宽度1m，所述纤维索长2m。