CN110258482B - 一种小型水道水面垃圾智能清洁装置 - Google Patents

Abstract

一种小型水道水面垃圾智能清洁装置，包括主控装置、垃圾箱、收集装置、移动结构，所述的主控装置、垃圾箱和移动结构设置在水道上，移动结构上设有收集装置；所述的移动结构包括架设在水道上的支撑板，支撑板上设有第二滑槽，支撑板的两端均通过驱动装置与第一滚轮连接，第一滚轮设置在支撑架上的第一滑槽内，支撑架通过多个第二液压杆与水道上的安装槽连接，第二滑槽上设有移动车，移动车与收集装置连接。采用上述结构，实现了水面垃圾的智能化监测，自动清洁，极大程度上提升了小型水道水面垃圾清洁的效率，不仅减少了人工劳动的强度，更方便了对水面情况的监控，高效解决了小型水道水面垃圾的清理问题，非常具有商业价值。

Description

一种小型水道水面垃圾智能清洁装置

技术领域

本发明涉及垃圾清洁领域，特别是一种小型水道水面垃圾智能清洁装置。

背景技术

随着城镇化及工业化的发展，工况企业以及城镇居民排放的污染物及垃圾日益增多，河渠漂浮垃圾污染问题日渐突出。水面漂浮物顺流而下，聚集在河道和渠道中，不仅对沿河水质、水面景观、供水、航运等构成不利影响，还会减少水电站的发电效益、对水利枢纽运行安全构成威胁。

现有人工打捞船，但其工作强度大、效率低，自动化程度低，且存在安全隐患，本发明以小型水道为主要应用对象，可以有效的解决水面垃圾清理等问题，避免了人工打捞的延时性和所需的长期人力物力的投入以及不安全因素，提高了装置使用寿命，具有较高的行业应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种小型水道水面垃圾智能清洁装置，实现了水面垃圾的智能化监测，自动清洁，极大程度上提升了小型水道水面垃圾清洁的效率，不仅减少了人工劳动的强度，更方便了对水面情况的监控，高效解决了小型水道水面垃圾的清理问题，非常具有商业价值。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种小型水道水面垃圾智能清洁装置，包括主控装置、垃圾箱、收集装置、移动结构，所述的主控装置、垃圾箱和移动结构设置在水道上，移动结构上设有收集装置；

所述的移动结构包括架设在水道上的支撑板，支撑板上设有第二滑槽，支撑板的两端均通过驱动装置与第一滚轮连接，第一滚轮设置在支撑架上的第一滑槽内，支撑架通过多个第二液压杆与水道上的安装槽连接，第二滑槽上设有移动车，移动车与收集装置连接；

所述的收集装置包括收集箱，收集箱通过对称设置的两个连板与集中结构连接，连板上设有第一电机和与第一电机输出端连接的输送结构，收集箱通过支撑杆与摄像装置连接。

优选的方案中，所述的收集箱上设有卸料门，卸料门通过舵机与收集箱连接，收集箱的顶部设有辅控装置，辅控装置上设有太阳能充电板，收集箱内还设有刮板。

优选的方案中，所述的收集箱为上宽下窄的结构，收集箱靠近垃圾箱的一侧为卸料门的位置，收集箱远离垃圾箱的一侧设有过滤栅板。

优选的方案中，所述的输送结构包括与连板连接的主体结构，主体结构上设有转轴和与之配套的输送带，输送带上设有多个漏孔和多排通过软板连接的耙齿。

优选的方案中，所述的集中结构包括与连板连接的第一固定板，第一固定板上设有第一液压杆，第一液压杆的输出端通过连接块与第二固定板连接，第二固定板与第一固定板通过滑动结构连接，第二固定板上设有连杆，连杆上套有旋转套，旋转套上设有多个搅动板，第一固定板、第二固定板和搅动板上均设有多个疏水孔。

优选的方案中，所述的搅动板为弧形板，搅动板的下凹弧面正对水流流向。

优选的方案中，所述的移动车包括固定座，固定座的底部通过四轮驱动结构与多个第二滚轮连接，第二滚轮位于第二滑槽内，固定座通过多个加强板与收集箱连接。

优选的方案中，所述的支撑板上设有液面传感器。

优选的方案中，所述的主控装置上设有信号接收器、信号发射器、显示屏、控制按键和独立电源，辅控装置上还设有与主控装置配合的信号接收及发射装置和可充电式电源。

优选的方案中，包括以下步骤：

一，每间隔一定时间段摄像装置拍摄水面图像，图像首先通过K均值聚类分割法进行图像分割，获取分割后的二值图像，然后通过KNN算法进行特征提取，与原先通过KNN算法建立的特征库进行比较判断，判断是否为垃圾；

二，确定是垃圾时，计算垃圾大小以及中心位置，实时通过多个按一定时间段拍摄的图像计算的中心位置计算垃圾运动的平均速度和运动方向，再通过时间序列进行垃圾运动方向的预判，最后通过遗传算法优化的神经网络算法进行收集装置运动路径的优化；

三，通过主控装置设定的程序和辅控装置的配合，控制收集装置在移动结构上移动收集水面垃圾，待垃圾收集满后，收集装置移动至移动结构上靠近垃圾箱的位置倾泄垃圾；

四，如果发现前方有大量成批垃圾或者体积特别庞大的垃圾时，装置不能完成清洁时，主控装置内预设的警报模式启动，通过预警系统给相关工作人员发送提醒，通过人工清洁方式对大量成批或者体积特别庞大的垃圾进行清理。

本发明所提供的一种小型水道水面垃圾智能清洁装置，通过采用上述结构，具有以下有益效果：

（1）实时监测水面垃圾情况，自动化收集，提升了水面垃圾清理效率的同时更减少大量的人工劳动，应用价值显著；

（2）通过液面传感器实时感应液面位置，通过液压杆调节移动结构的水平高度，确保了垃圾收集效果最大化，进一步提升了垃圾清理的效率；

（3）采用集中结构配合输送结构，实现了分批次转运垃圾，不仅扩大了垃圾收集的范围，更避免了垃圾收集过程中出现堵塞的情况，保证了整个装置的正常工作；

（4）整个装置中才用了多种漏水过滤结构，确保了水面垃圾在收集过程中能有效排除其中的液体，降低工作过程中整个装置承受的重力，提升了整个装置的工作稳定性。

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为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的收集装置结构示意图。

图3为本发明的收集箱结构示意图。

图4为本发明的输送结构示意图。

图5为本发明的集中装置结构示意图。

图6为本发明的移动结构示意图。

图7为本发明的移动车结构示意图。

图8为本发明的水道结构示意图。

图9为本发明的垃圾智能化判断流程示意图。

图中：水道1，主控装置2，垃圾箱3，收集装置4，移动结构5，收集箱6，过滤栅板7，卸料门8，辅控装置9，太阳能充电板10，支撑杆11，摄像装置12，连板13，第一电机14，输送结构15，集中结构16，舵机17，刮板18，主体结构19，输送带20，漏孔21，软板22，耙齿23，第一固定板24，第二固定板25，第一液压杆26，连接块27，连杆28，旋转套29，搅动板30，疏水孔31，移动车32，支撑架33，第一滑槽34，第二液压杆35，支撑板36，第二滑槽37，液面传感器38，第一滚轮39，驱动装置40，固定座41，加强板42，四轮驱动结构43，第二滚轮44，安装槽45。

具体实施方式

实施例一：

如图1-8中，一种小型水道水面垃圾智能清洁装置，包括主控装置2、垃圾箱3、收集装置4、移动结构5，所述的主控装置2、垃圾箱3和移动结构5设置在水道1上，移动结构5上设有收集装置4；

所述的移动结构5包括架设在水道1上的支撑板36，支撑板36上设有第二滑槽37，支撑板36的两端均通过驱动装置40与第一滚轮39连接，第一滚轮39设置在支撑架33上的第一滑槽34内，支撑架33通过多个第二液压杆35与水道1上的安装槽45连接，第二滑槽37上设有移动车32，移动车32与收集装置4连接；

所述的收集装置4包括收集箱6，收集箱6通过对称设置的两个连板13与集中结构16连接，连板13上设有第一电机14和与第一电机14输出端连接的输送结构15，收集箱6通过支撑杆11与摄像装置12连接。

优选的方案中，所述的收集箱6上设有卸料门8，卸料门8通过舵机17与收集箱6连接，收集箱6的顶部设有辅控装置9，辅控装置9上设有太阳能充电板10，收集箱6内还设有刮板18。自动控制卸料，利用太阳能清洁能源，并对输送结构送来的物料刮除干净，从各种角度上提升了垃圾清理的效率，而且更加环保方便。

优选的方案中，所述的收集箱6为上宽下窄的结构，收集箱6靠近垃圾箱3的一侧为卸料门8的位置，收集箱6远离垃圾箱3的一侧设有过滤栅板7。便于收集箱6收集垃圾后过滤其中的水分，并能在卸料过程中使垃圾自动导出，更加方便。

优选的方案中，所述的输送结构15包括与连板13连接的主体结构19，主体结构19上设有转轴和与之配套的输送带20，输送带20上设有多个漏孔21和多排通过软板22连接的耙齿23。提升了垃圾输送的效果，并在输送过程中持续过滤垃圾中的水分，降低了整个装置的工作负荷。

优选的方案中，所述的集中结构16包括与连板13连接的第一固定板24，第一固定板24上设有第一液压杆26，第一液压杆26的输出端通过连接块27与第二固定板25连接，第二固定板25与第一固定板24通过滑动结构连接，第二固定板25上设有连杆28，连杆28上套有旋转套29，旋转套29上设有多个搅动板30，第一固定板24、第二固定板25和搅动板30上均设有多个疏水孔31。便于调节垃圾收集的范围，操作性强，并能将垃圾分批次转运输送，避免了垃圾堵塞影响正常工作的情况。

优选的方案中，所述的搅动板30为弧形板，搅动板30的下凹弧面正对水流流向。利用水流推力，自动旋转，根据水流速度自动调整，使用便捷。

优选的方案中，所述的移动车32包括固定座41，固定座41的底部通过四轮驱动结构43与多个第二滚轮44连接，第二滚轮44位于第二滑槽37内，固定座41通过多个加强板42与收集箱6连接。便于控制收集装置移动，扩大了垃圾收集的范围，便于垃圾倾倒。

优选的方案中，所述的支撑板36上设有液面传感器38。便于调节整个装置的水平高度，提升了水面垃圾的清理效果。

优选的方案中，所述的主控装置2上设有信号接收器、信号发射器、显示屏、控制按键和独立电源，辅控装置9上还设有与主控装置2配合的信号接收及发射装置和可充电式电源。便于操作控制，非常实用。

实施例二：

如图1-9中，一种小型水道水面垃圾智能清洁装置的清洁方法包括以下步骤：

1每间隔一定时间段摄像装置拍摄水面图像，图像首先通过K均值聚类分割法进行图像分割，获取分割后的二值图像，然后通过KNN算法进行特征提取，与原先通过KNN算法建立的特征库进行比较判断，判断是否为垃圾；

2确定是垃圾时，计算垃圾大小以及中心位置，实时通过多个按一定时间段拍摄的图像计算的中心位置计算垃圾运动的平均速度和运动方向，再通过时间序列进行垃圾运动方向的预判，最后通过遗传算法优化的神经网络算法进行收集装置运动路径的优化；

3通过主控装置2设定的程序和辅控装置9的配合，控制收集装置4在移动结构5上移动收集水面垃圾，待垃圾收集满后，收集装置4移动至移动结构5上靠近垃圾箱3的位置倾泄垃圾；

4如果发现前方有大量成批垃圾或者体积特别庞大的垃圾时，装置不能完成清洁时，主控装置2内预设的警报模式启动，通过预警系统给相关工作人员发送提醒，通过人工清洁方式对大量成批或者体积特别庞大的垃圾进行清理。

实施例三：

如图1-9中，一种小型水道水面垃圾智能清洁装置在实际使用过程中，主控装置2和辅控装置9是基于Raspberry Pi 3B+，分析视觉模块传送的图像和接收各机构的反馈信息，再控制电机、液压杆与舵机，协同完成垃圾收集过程，摄像装置12采用CCD摄像头和图像采集卡，CCD摄像头为USBFHD01M摄像头，图像采集卡采用PCI-V211 FW2000 图像采集卡，驱动装置40采用包裹有防水套的电机。

实际使用本装置时，主控装置2接受人工对其设定的操作程序后开始工作，将控制命令传输给辅控装置9，液面传感器38采集水位信息传输到辅控装置9，通过第二液压杆35控制整个装置的水平高度，从而控制整个装置处于合适位置，接着通过摄像装置12采集水面垃圾情况，通过辅控装置9的分析计算选择最优收集路线，然后移动结构5配合收集装置4工作，保持收集装置4中的集中结构16始终处于水面最近垃圾的位置，再通过集中结构16上的搅动板30将垃圾分批次推入输送结构15上进入收集箱6内储存，当收集箱6中垃圾收集满仓之后，辅控装置9回馈信息至主控装置2，主控装置2根据设定好的程序发出倾倒垃圾的命令，辅控装置9控制移动结构5配合收集装置4位移至垃圾箱3旁，接着通过舵机17打开卸料门8倾倒垃圾即可。

本发明的有益效果：实现了水面垃圾的智能化监测，自动清洁，极大程度上提升了小型水道水面垃圾清洁的效率，不仅减少了人工劳动的强度，更方便了对水面情况的监控，高效解决了小型水道水面垃圾的清理问题，非常具有商业价值。

Claims (7)

1.一种小型水道水面垃圾智能清洁装置，包括主控装置（2）、垃圾箱（3）、收集装置（4）、移动结构（5），其特征在于：所述的主控装置（2）、垃圾箱（3）和移动结构（5）设置在水道（1）上，移动结构（5）上设有收集装置（4）；

所述的移动结构（5）包括架设在水道（1）上的支撑板（36），支撑板（36）上设有第二滑槽（37）和液面传感器（38），支撑板（36）的两端均通过驱动装置（40）与第一滚轮（39）连接，第一滚轮（39）设置在支撑架（33）上的第一滑槽（34）内，支撑架（33）通过多个第二液压杆（35）与水道（1）上的安装槽（45）连接，第二滑槽（37）上设有移动车（32），移动车（32）与收集装置（4）连接；

所述的收集装置（4）包括收集箱（6），收集箱（6）上设有卸料门（8），卸料门（8）通过舵机（17）与收集箱（6）连接，收集箱（6）内还设有刮板（18），收集箱（6）的顶部设有辅控装置（9），辅控装置（9）上设有太阳能充电板（10），收集箱（6）通过对称设置的两个连板（13）与集中结构（16）连接，连板（13）上设有第一电机（14）和与第一电机（14）输出端连接的输送结构（15），收集箱（6）通过支撑杆（11）与摄像装置（12）连接；

所述的主控装置（2）上设有信号接收器、信号发射器、显示屏、控制按键和独立电源，辅控装置（9）上还设有与主控装置（2）配合的信号接收及发射装置和可充电式电源；

所述的主控装置（2）用于接受人工对其设定的操作程序并将控制命令传输给辅控装置（9），辅控装置（9）用于将液面传感器（38）采集的水位信息传输收集处理并控制第二液压杆（35）调节整个装置的水平高度，同时辅控装置（9）用于接收摄像装置（12）采集的水面垃圾图像并分析计算选择最优收集路线，然后控制移动结构 （5）与收集装置（4）配合工作，收集箱（6）反馈收集量至辅控装置（9），辅控装置（9）再回馈信息至主控装置（2），主控装置（2）根据收集量发出倾倒垃圾的命令至辅控装置（9），辅控装置（9）控制移动结构（5）配合收集装置（4）位移至垃圾箱（3）的位置，控制舵机（17）打开卸料门（8）倾倒垃圾。

2.根据权利要求1所述的一种小型水道水面垃圾智能清洁装置，其特征在于：所述的收集箱（6）为上宽下窄的结构，收集箱（6）靠近垃圾箱（3）的一侧为卸料门（8）的位置，收集箱（6）远离垃圾箱（3）的一侧设有过滤栅板（7）。

3.根据权利要求1所述的一种小型水道水面垃圾智能清洁装置，其特征在于：所述的输送结构（15）包括与连板（13）连接的主体结构（19），主体结构（19）上设有转轴和与之配套的输送带（20），输送带（20）上设有多个漏孔（21）和多排通过软板（22）连接的耙齿（23）。

4.根据权利要求1所述的一种小型水道水面垃圾智能清洁装置，其特征在于：所述的集中结构（16）包括与连板（13）连接的第一固定板（24），第一固定板（24）上设有第一液压杆（26），第一液压杆（26）的输出端通过连接块（27）与第二固定板（25）连接，第二固定板（25）与第一固定板（24）通过滑动结构连接，第二固定板（25）上设有连杆（28），连杆（28）上套有旋转套（29），旋转套（29）上设有多个搅动板（30），第一固定板（24）、第二固定板（25）和搅动板（30）上均设有多个疏水孔（31）。

5.根据权利要求4所述的一种小型水道水面垃圾智能清洁装置，其特征在于：所述的搅动板（30）为弧形板，搅动板（30）的下凹弧面正对水流流向。

6.根据权利要求1所述的一种小型水道水面垃圾智能清洁装置，其特征在于：所述的移动车（32）包括固定座（41），固定座（41）的底部通过四轮驱动结构（43）与多个第二滚轮（44）连接，第二滚轮（44）位于第二滑槽（37）内，固定座（41）通过多个加强板（42）与收集箱（6）连接。

7.一种权利要求1-6任一项所述小型水道水面垃圾智能清洁装置的清洁方法，其特征在于包括以下步骤：

一，每间隔一定时间段摄像装置拍摄水面图像，图像首先通过K均值聚类分割法进行图像分割，获取分割后的二值图像，然后通过KNN算法进行特征提取，与原先通过KNN算法建立的特征库进行比较判断，判断是否为垃圾；

二，确定是垃圾时，计算垃圾大小以及中心位置，实时通过多个按一定时间段拍摄的图像计算的中心位置计算垃圾运动的平均速度和运动方向，再通过时间序列进行垃圾运动方向的预判，最后通过遗传算法优化的神经网络算法进行收集装置运动路径的优化；

三，通过主控装置（2）设定的程序和辅控装置（9）的配合，控制收集装置（4）在移动结构（5）上移动收集水面垃圾，待垃圾收集满后，收集装置（4）移动至移动结构（5）上靠近垃圾箱（3）的位置倾泄垃圾；

四，如果发现前方有大量成批垃圾或者体积特别庞大的垃圾时，装置不能完成清洁时，主控装置（2）内预设的警报模式启动，通过预警系统给相关工作人员发送提醒，通过人工清洁方式对大量成批或者体积特别庞大的垃圾进行清理。

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