CN110205998A - 基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，包括漂浮装置、主清洁桶和运动调整装置，漂浮装置包括漂浮板；主清洁桶可拆卸连接在漂浮装置下方，有用于吸入带污染物的湖水的开口；开口连通桶内的空腔，内有过滤用回收篓，底部有用于产生负压的水泵；运动调整装置上端与主清洁桶底部旋转连接，有出水孔位和导管；湖水经导管从出水孔位喷出，产生的反作用力为推动力，结合运动调整装置自身旋转调整运动方向。本发明直接吸入污染物和湖水并过滤的清洁方式弱化了污染物的种类、材质、形状、大小等因素，清理目标兼容性好，速度和效率明显提高；清理装置和动力装置连通，吸入过滤的湖水喷出的反作用力提供推动力，简化了设备，大幅降低了能耗。

Description

基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置

技术领域

本发明涉及景观湖检测清理技术领域，尤其涉及基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置。

背景技术

城市景观湖中人工丢弃的塑料垃圾及富营养化的漂浮水草占主要部分。由于景观湖多为人工营造或改造的地表水体，一般为封闭水体，生态系统较为单一，水深较浅，稀释恢复能力较弱，因此很容易造成水质恶化和水体富营养化。

景观湖大多位于城市内部，面积较大，如果采用人力或人工控制机械清洁，则劳动强度较大，清洁效率普遍较低。

近几年，水上机器人技术发展迅速，现已大量应用于多种水域工作环境。而对于景观湖，目前已有的用于巡检清理工作的水上机器人技术，普遍存在以下2个问题：首先，当前主流清理方式为机械臂抓取污染物，速度慢、效率低，且有相当高的抓取失败概率；其次，当前主流清理装置的清理模块和动力模块普遍采用两套相对独立的设备，设备复杂，能耗高。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，使景观湖运维过程中节省大量人力、物力且提高清污效率。

本发明提供的技术方案为：

基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，包括漂浮装置、主清洁桶和运动调整装置，其中，

所述的漂浮装置包括漂浮板；

所述的主清洁桶通过可拆卸连接装置连接在漂浮板下方，主清洁桶与漂浮板之间设有用于吸入带污染物的湖水的开口，主清洁桶内设有与开口连通的空腔，空腔内设有用于过滤污染物的回收篓，回收篓上设有供湖水流出的开孔，空腔底部设有用于产生吸入湖水所需负压的水泵；

所述的运动调整装置的上端与所述的主清洁桶底部旋转连接，运动调整装置包含出水孔位和导管，出水孔位固定在运动调整装置侧方，所述的导管的一端与所述的空腔内部连通，导管的另一端与所述的出水孔位连通，使得从回收篓流出的湖水经导管从出水孔位喷出，且喷出产生的反作用力作为本清理装置的推动力，该推动力结合运动调整装置的自身旋转，从而调整本清理装置的运动方向。

按上述方案，所述的可拆卸连接装置包含连接支架、挂钩和减震弹簧，其中连接支架固定安装在所述的漂浮板下方，减震弹簧的上端通过挂钩与连接支架连接，减震弹簧的下端与所述的主清洁桶连接。

按上述方案，本清理装置还包括图像获取装置、传感器组和自主控制装置；其中，

所述的图像获取装置安装在漂浮板上方，用于采集湖面图像数据；

所述的传感器组包含角度传感器、速度传感器和水流流速传感器，用于获取本清理装置的状态；其中，所述的角度传感器用于采集所述的运动调整装置的转动角度数据；所述的速度传感器用于采集本清理装置的运动速度数据；所述的水流流速传感器用于采集从所述的出水孔位喷出的水流的流速数据；

所述的自主控制装置用于根据湖面图像数据判断污染物的位置、通过所获取的本清理装置的状态，控制运动调整装置的旋转角度从而使得本清理装置依靠所述的推动力运动到污染物的位置。

按上述方案，所述的图像获取装置包含设置在漂浮板上由自主控制装置控制的电动云台，电动云台上设置有摄像头，摄像头的输出端与自主控制装置连接。

按上述方案，本清理装置还包括与所述的自主控制装置连接的数据交互装置，用于远程接收路径规划指令和发送本清理装置的状态信号。

按上述方案，所述的数据交互装置包含相互连接的收发器和信号天线，信号天线设置在所述的漂浮板上，收发器安装在所述的主清洁桶内，信号天线的输出端与收发器连接。

按上述方案，所述的主清洁桶还设有固定在主清洁桶内壁的多层固定板用于固定安装所述的自主控制装置和收发器。

按上述方案，所述的传感器组还包括用于判断回收篓是否装满的污染物识别传感器，用于当回收篓装满后向所述的自主控制装置发送触发信号；自主控制装置当接收到所述的触发信号后，调整所述的运动调整装置的旋转角度从而使本清理装置返回岸边。

按上述方案，所述的污染物识别传感器为压力传感器，安装于所述的回收篓底部。

按上述方案，所述的自主控制装置包括决策模块和控制模块；其中，

决策模块用于根据对所述的湖面图像数据进行图像处理，识别出污染物的形态和方位，并进行路径规划；

控制模块用于根据所述的路径规划，结合本清理装置的状态，对运动调整装置发送旋转角度指令。

本发明的有益效果在于：

1.本清理装置采用负压吸入的垃圾清理方式，较当前主流的机械臂抓取污染物的方法，负压吸入的清洁方式弱化了污染物的种类、材质、形状、大小等因素，直接吸入污染物和湖水并由回收篓过滤，清理目标兼容性好，速度和效率都有明显提高；将清理装置和动力装置连通起来，用吸入过滤的湖水在喷出时的反作用力提供本清理装置的运动推动力，简化了设备，大幅降低了能耗。

2.通过增加传感器组、图像获取装置和自主控制装置，在作业过程中由自主控制装置自动完成分析和决策工作，不需要工作人员对清理过程和清理操作进行遥控和监视，大幅度降低了人力操控的工作量。

附图说明

图1是本发明具体实施例的整体正视图。

图2是图1的AA剖面图。

图3是可拆卸连接装置的结构示意图。

图4是运动调整装置和主清洁桶的连接示意图。

图5是传感器组的设置位置示意图。

图6是固定板的安装示意图。

图7是固定板上的设备安装示意图。

图8是本发明具体实施例的巡航流程图。

图9是本清理装置工作时水流的流向图。

其中：100.漂浮装置，101.漂浮板，200.可拆卸连接装置，210.连接支架，220.挂钩，230.减震弹簧，300.主清洁桶，310.进水口，320.空腔，330.回收篓，331开孔，340.水泵，400.运动调整装置，410.GPS定位模块，420.中空旋转平台，430.出水孔位，440.导管，511.角度传感器，512.水流流速传感器，513.速度传感器，514.压力传感器，521.电动云台，522.摄像头，610.MCU，，710.收发器，720.信号天线，810.太阳能电池板，820.锂蓄电池，900.固定板。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明公开了一种基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，如图1所示，包括漂浮装置100、主清洁桶300和运动调整装置400；其中如图2所示：

所述的漂浮装置100包括漂浮板101，主要作用是将清理装置整体漂浮在水面而不沉下去，因此本实施例漂浮板101由轻质塑料制成，其大小和厚度根据本清理装置的整体质量而调整。

所述的主清洁桶300通过可拆卸连接装置200连接在漂浮板101下方。

如图3所示，所述的可拆卸连接装置200包含连接支架210、挂钩220和减震弹簧230，其中连接支架210固定安装在所述的漂浮板101下方，减震弹簧230的上端通过挂钩220与连接支架210连接，减震弹簧230的下端与所述的主清洁桶连接，利用弹簧减轻主清洁桶300受到的震动。

本实施例中，所述的主清洁桶300主体采用轻质耐水腐蚀的合金，原因在于本清理装置在工作中需要依靠浮力漂浮于水面，因此整体重量要轻，同时主清洁桶300的工作环境在水下，所采用的材料要能耐水腐蚀。

所述的主清洁桶300与漂浮装置100之间设有用于吸入带污染物的湖水的进水口310；在本实施例中，所述的进水口310为外高内低的漏斗形；工作时进水口310的上沿略低于水平面，以便于污染物流入主清洁桶300。

所述的主清洁桶300内设有与进水口310连通的空腔320，空腔320内安装有回收篓330和水泵350，可针对多种不同污染物进行清理，例如落叶水草、漂浮垃圾、油污等，均可进行。

所述的回收篓330用于过滤污染物，回收篓330壁上设有供湖水流出的开孔331；回收篓330与主清洁桶300之间采用螺纹固定，从而安装与拆卸回收篓330。

所述的水泵350安装在所述的空腔320内底部；作业过程中水泵350持续开启工作，用于产生吸入湖水所需负压，使污染物随水流带动流入回收篓330中；污染物被回收篓330滤下收集，湖水从开孔331流出。

所述的运动调整装置400用于推动本清理装置运动并调整运动状态，用可旋转连接的方式连接在所述的主清洁桶300底部，包含出水孔位430和导管440。

所述的出水孔位设置在所述的运动调整装置400侧壁上，所述的导管440安装在运动调整装置400内部，一端穿过运动调整装置400上端与所述的空腔320内部连通，另一端与所述的出水孔位430连通，使得从回收篓330流出的湖水经导管440从出水孔位430喷出；喷出产生的反作用力作为本清理装置的推动力，该推动力结合中运动调整装置400的自身旋转，从而调整本清理装置的运动方向。

优选的，所述的运动调整装置400还包含GPS定位模块410、中空旋转平台420、和旋转电机。

所述的GPS定位模块410安装在主清洁桶300内，用于获取当前本清理装置的位置坐标，并将获得的位置坐标发送给本清理装置，帮助本清理装置确定污染物的位置并控制自身的巡航路线。

在本实施例中，所述的中空旋转平台420作为运动调整装置400的主体，上端与所述的主清洁桶300底部旋转连接，如图4所示，实现所述的运动调整装置400与主清洁桶300之间可旋转连接；所述的出水孔位430固定在中空旋转平台420的侧壁上。所述的旋转电机安装在中空旋转平台内部，用于接收来自本清理装置的指令并让中空旋转平台420按指令进行旋转。

本清理装置还包括图像获取装置、传感器组和自主控制装置；其中：

如图2所示，所述的图像获取装置用于采集湖面图像数据，并将采集到的湖面数据传输给本清理装置。

所述的图像获取装置包含电动云台521和摄像头522；电动云台521设置在所述的漂浮板101上；摄像头522设置在电动云台521上，可随电动云台521的转动改变角度，用于拍摄湖面图像数据。

所述的传感器组用于采集本清理装置的运动状态数据，并将获取的运动状态数据传输给本清理装置；所述的运动状态数据包含运动调整装置400的动角度数据、水流的流速数据和本清理装置的运动速度数据。

进一步的，所述的传感器组包含压力传感器514、角度传感器511、水流流速传感器512和速度传感器513；其中：

所述的压力传感器514安装于所述的回收篓330底部，可采集回收篓330的载荷数据，当回收篓330装满后发出一个触发信号，通知本清洁装置回收篓330已满。

如图5所示，所述的角度传感器511安装于中空旋转平台420内部，用于采集所述的运动调整装置400的转动角度数据。

所述的水流流速传感器512安装于中空旋转平台420内部，用于采集从所述的出水孔位430喷出的水流的流速数据。

所述的速度传感器513安装于中空旋转平台420底部，用于采集本清理装置的运动速度数据。

所述的自主控制装置，用于根据图像获取装置传来的湖面图像数据和传感器组传来的运动状态数据，判断污染物的位置和本清理状态的运动状态，控制运动调整装置400的旋转角度从而使得本清理装置依靠所述的推动力运动到污染物的位置；自主控制装置还接收来自所述的压力传感器514的触发信号。

所述的自主控制装置包含用于控制整套设备的MCU610及预置于MCU610中的控制系统。

所述的控制系统包括决策模块和控制模块；其中，所述的决策模块用于根据对湖面图像数据进行识别，判断污染物的形态和方位，并进行路径规划。

所述的控制模块用于根据决策模块做出路径规划，结合运动状态数据，对运动调整装置400中的旋转电机发送旋转角度指令，引导本清理装置运动至污染物所在位置；控制模块还接收来自压力传感器514的触发信号，如收到触发信号，则对运动调整装置400发出旋转角度指令，引导本清理装置返航。

本清理装置还包括与所述的自主控制装置连接的数据交互装置；所述的数据交互包含相互连接的收发器710和信号天线720，信号天线720设置在所述的漂浮板101上，收发器710安装在所述的主清洁桶300内。

所述的数据交互装置通过所述的信号天线720与地面控制基站无线连接，远程接收操作人员的路径规划，并经所述的收发器710传送给所述的自主控制装置；收发器710还将本清理装置的运动状态数据和回收篓330的载荷数据传给地面基站，便于操作人员对本清理装置的管理。

优选的，如图2所示，本清理装置还包含发电装置，用于产生电力并供给本清理装置使用。

所述的发电装置包括设在漂浮板101上的太阳能电池板810和主清洁桶300内的锂蓄电池820；其中：

所述的太阳能电池板810用于接收太阳能并将其转为电能，通过电线将电能传输给锂蓄电池820。

所述的锂蓄电池820接收来自太阳能电池板810发出的电能，并通过电线将其输送至运动调整装置400、图像传输装置、自主控制装置和数据交互装置，为其提供工作能源；锂蓄电池820还将多余的电能存储起来，帮助维持本清理装置在阳光不足的情况下正常工作。

优选的，本清理装置还包括固定板900。

如图6和图7所示，在本实施例中，固定板900的设置方法为：将所述的主清洁桶300的桶壁设置为中空结构，在其中安装固定板900；固定板900为轻质合金板；固定板900有多层，两层固定板900的空间用以安装所述的GPS定位模块410、MCU610、收发器710和锂蓄电池820。

如图8所示，本实施例的工作原理及巡航方法包括如下步骤：

S1.在待清洁的湖岸水中设置出发点，该出发点称为垃圾收集平台，工作人员可在此处放置或回收本清理装置。

S2.由工作人员将本清理装置正置于垃圾收集平台的水中，预设巡航路线，接通电源并对本清理装置发出开始作业信号；本清理装置开始由垃圾收集平台开始按照预设的路线巡航，同时运动调整装置400中的GPS定位模块410、传感器组开始工作，获取本清理装置的状态信息，并传送给自主控制装置，进行运动状态调控。

S3.巡航过程中，图像获取装置持续对湖面污染物进行监测，将图像信息传输至自主控制装置，由自主控制装置进行图像处理和识别，识别结果递交决策控制模块，来决定本清理装置的下一步动作；当自主控制装置通过图像识别判定湖面存在污染物时，即根据污染物位置，结合GPS定位信息获取该污染物的位置信息，控制运动调整装置400的旋转角度，使得本清理装置依靠所述的推动力运动到有污染物的位置，并开展清理工作。

S4.如图9所示，箭头方向为水流在本清理装置中的运动路径。工作时，水泵350产生负压，将带有污染物的湖水从进水口处吸入空腔320，经回收篓330过滤，湖水从回收篓330流出，经导管440从出水孔位430喷出，且喷出产生的反作用力作为本清理装置的推动力，该推动力结合运动调整装置400的自身旋转，从而调整本清理装置的运动方向。

S5.对该位置的污染物清理完成后，本清理装置返回巡航路线上的断点，继续巡航直至完成巡检清理任务。

S6.本清理装置运动到湖面进行负压式收集清理工作同时，图像获取装置持续进行监测；自主控制装置根据传输来的湖面图像数据对清理位置进行校正，当污染物范围超出装置作用区域时，对运动调整装置400发出指令，引导本清理装置向污染物方向移动，持续进行清洁。

S7.清理过程中压力传感器514持续监测当前回收篓330的载荷情况，并将数据实时传送给自主控制装置；如尚未完成清理任务，但发现回收篓330已装满，则自主控制装置对运动调整装置400发出指令，引导本清理装置自动返航，等待工作人员清理回收篓330；清理工作完成后，本清理装置回到上次工作断点继续清污。

S8.本清理装置作业不需要工作人员对清理过程和清理操作进行遥控和监视，分析和决策工作由自主控制装置自动完成，完成清理巡检作业后自动返航，回到垃圾收集平台，由工作人员完成后续装置回收、回收篓330清空等工作。

S9.当回收篓330装满，或清洁任务完成后，都需要人工清理回收篓330，具体的步骤为：将本清理装置从水中取出；将可拆卸连接装置200的挂钩220和连接支架210拆开，从而分离主清洁桶300和漂浮板101；从主清洁桶300中取出回收篓330；将污染物从回收篓330中倒出，并进一步清理余留的污染物，注意清理堵住开孔331的污染物，以免影响再次使用时的过滤效果；将清理好的回收篓330装回主清洁桶300；将挂钩220和连接支架210挂上，使主清洁桶300和漂浮板101连接；最后，将本装置放回水中，清理回收篓330的工作完成。

本清理装置的使用与维护都很简便，智能化程度较高，很大程度上降低了人工劳动。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变，修饰，替代组合简化均应为等效的置换方式都包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，其特征在于：包括漂浮装置、主清洁桶和运动调整装置，其中，

所述的漂浮装置包括漂浮板；

所述的主清洁桶通过可拆卸连接装置连接在漂浮板下方，主清洁桶与漂浮板之间设有用于吸入带污染物的湖水的开口，主清洁桶内设有与开口连通的空腔，空腔内设有用于过滤污染物的回收篓，回收篓上设有供湖水流出的开孔，空腔底部设有用于产生吸入湖水所需负压的水泵；

所述的运动调整装置的上端与所述的主清洁桶底部旋转连接，运动调整装置包含出水孔位和导管，出水孔位固定在运动调整装置侧方，所述的导管的一端与所述的空腔内部连通，导管的另一端与所述的出水孔位连通，使得从回收篓流出的湖水经导管从出水孔位喷出，且喷出产生的反作用力作为本清理装置的推动力，该推动力结合运动调整装置的自身旋转，从而调整本清理装置的运动方向。

2.根据权利要求1所述的基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，其特征在于：所述的可拆卸连接装置包含连接支架、挂钩和减震弹簧，其中连接支架固定安装在所述的漂浮板下方，减震弹簧的上端通过挂钩与连接支架连接，减震弹簧的下端与所述的主清洁桶连接。

3.根据权利要求1所述的基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，其特征在于：本清理装置还包括图像获取装置、传感器组和自主控制装置；其中，

所述的图像获取装置安装在漂浮板上方，用于采集湖面图像数据；

所述的传感器组包含角度传感器、速度传感器和水流流速传感器，用于获取本清理装置的状态；其中，所述的角度传感器用于采集所述的运动调整装置的转动角度数据；所述的速度传感器用于采集本清理装置的运动速度数据；所述的水流流速传感器用于采集从所述的出水孔位喷出的水流的流速数据；

所述的自主控制装置用于根据湖面图像数据判断污染物的位置、通过所获取的本清理装置的状态，控制运动调整装置的旋转角度从而使得本清理装置依靠所述的推动力运动到污染物的位置。

4.根据权利要求3所述的基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，其特征在于：所述的图像获取装置包含设置在漂浮板上由自主控制装置控制的电动云台，电动云台上设置有摄像头，摄像头的输出端与自主控制装置连接。

5.根据权利要求3所述的基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，其特征在于：本清理装置还包括与所述的自主控制装置连接的数据交互装置，用于远程接收路径规划指令和发送本清理装置的状态信号。

6.根据权利要求5所述的基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，其特征在于：所述的数据交互装置包含相互连接的收发器和信号天线，信号天线设置在所述的漂浮板上，收发器安装在所述的主清洁桶内，信号天线的输出端与收发器连接。

7.根据权利要求6所述的基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，其特征在于：所述的主清洁桶还设有固定在主清洁桶内壁的多层固定板用于固定安装所述的自主控制装置和收发器。

8.根据权利要求3所述的基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，其特征在于：所述的传感器组还包括用于判断回收篓是否装满的污染物识别传感器，用于当回收篓装满后向所述的自主控制装置发送触发信号；自主控制装置当接收到所述的触发信号后，调整所述的运动调整装置的旋转角度从而使本清理装置返回岸边。

9.根据权利要求8所述的基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，其特征在于：所述的污染物识别传感器为压力传感器，安装于所述的回收篓底部。

10.根据权利要求3所述的基于负压式垃圾回收的景观湖巡检清理装置，其特征在于：所述的自主控制装置包括决策模块和控制模块；其中，

决策模块用于根据对所述的湖面图像数据进行图像处理，识别出污染物的形态和方位，并进行路径规划；

控制模块用于根据所述的路径规划，结合本清理装置的状态，对运动调整装置发送旋转角度指令。