CN110397008B - 一种水面垃圾清理装置及其控制系统和控制方法 - Google Patents

一种水面垃圾清理装置及其控制系统和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水面垃圾清理装置及其控制系统和控制方法，包括船体、输送机构、破碎机构、压缩机构、垃圾存储箱、视觉模块、导航模块和集成控制台；输送机构包括输送装置和驱动输送装置的输送装置电机，破碎机构包括破碎机和驱动破碎机的破碎机电机，输送装置的出口端承接破碎机的进口处，破碎机的出口处承接垃圾存储箱；压缩机构包括依次相连的垃圾压杆、往复式液压缸和液压缸电机，液压缸电机驱动往复式液压缸使垃圾压杆伸缩以压缩垃圾存储箱内的垃圾；输送装置电机、破碎机电机、液压缸电机、视觉模块和导航模块分别通过导线与所述集成控制台相连。本发明集垃圾收集、破碎、压缩和存储为一体，续航时间长，工作效率高。

Description

一种水面垃圾清理装置及其控制系统和控制方法
技术领域
本发明属于环保装置技术领域，具体涉及一种水面垃圾清理装置及其控制系统和控制方法。
背景技术
水面垃圾清理无人船是一种进行水面垃圾收集清理作业的专用设备。目前在使用中的无人清理船大多只有单一的收集功能，收集的垃圾还需卸载到岸上进行二次处理，工作效率低下，且其采用燃油作为动力源来驱动船和各个功能模块，这会造成噪声及空气污染，此外，还会因部分功能模块处于待机状态而浪费能量，降低续航时间。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种水面垃圾清理装置及其控制系统和控制方法，解决了现有垃圾清理装置功能单一，垃圾需二次处理，工作效率低的问题。
本发明提供了如下的技术方案：
一种水面垃圾清理装置，包括船体以及设于船体上的输送机构、破碎机构、压缩机构、垃圾存储箱、视觉模块、导航模块和集成控制台；
所述输送机构包括输送装置和驱动输送装置的输送装置电机，所述破碎机构包括破碎机和驱动破碎机的破碎机电机，所述输送装置的出口端承接所述破碎机的进口处，所述破碎机的出口处承接所述垃圾存储箱；
所述压缩机构包括依次相连的垃圾压杆、往复式液压缸和液压缸电机，所述液压缸电机驱动往复式液压缸使垃圾压杆伸缩以压缩所述垃圾存储箱内的垃圾；
所述输送装置电机、破碎机电机、液压缸电机、视觉模块和导航模块分别通过导线与所述集成控制台相连。
优选的，所述输送装置连接有升降架，所述升降架连接有驱动升降架上升和下降的升降架电机，所述升降架电机通过导线与所述集成控制台相连，所述输送装置的末端转动连接有支撑架。
优选的，还包括设于所述船体顶部的太阳能电板，所述视觉模块安装于所述船体的顶部前侧，所述导航模块安装于所述船体顶部且位于所述太阳能电板前方。
优选的，所述船体内还设有支架，所述支架为双层，分别安装有蓄电池和集成控制台，所述蓄电池通过导线与集成控制台相连。
优选的，所述船体内设有隔板，所述输送机构和破碎机构安装于隔板之上，所述压缩机构和垃圾存储箱安装于隔板之下，所述隔板设有正对所述破碎机出口处的漏口，所述漏口下方设有开合机构。
优选的，所述船体的底部设有支撑和定位所述垃圾压杆的导轨，所述垃圾压杆包括固定连接的杆体和杆头；
所述开合机构包括安装板、孔板以及固定连接的横杆和开合门，所述安装板和孔板并列固定于杆体上，所述横杆贯穿孔板且能够与孔板相对滑动，所述横杆的端部通过螺母固定于所述安装板，所述横杆外部套有位于所述孔板及开合门间的弹簧。
优选的，所述船体尾部的两侧均安装有螺旋桨，所述螺旋桨连接有螺旋桨电机，所述螺旋桨电机通过导线与集成控制台连接。
一种水面垃圾清理装置的控制系统，包括集成控制台以及与集成控制台连接的人机交互界面、视觉模块、导航模块和执行电机；
所述人机交互界面用于设置所述水面垃圾清理装置的工作点，对所述水面垃圾清理装置发出命令和显示工作画面；
所述视觉模块用于采集漂浮物图像和漂浮物特征点，并将数据传输给集成控制台；
所述导航模块包括GPS和IMU，所述GPS确定所述水面垃圾清理装置的实时工作位置，所述IMU确定设备航向，两者配合实现设备导航；
所述执行电机包括输送装置电机、升降架电机、破碎机电机、螺旋桨电机和往复式液压缸电机，所述集成控制台控制所述执行电机处于工作或待机状态。
一种水面垃圾清理装置的控制方法，包括以下步骤：
集成控制台预先存储工作地的地图以及需收集的漂浮物图像和特征点，然后由人机交互界面设置所述水面垃圾清理装置需到达的工作点及返航路线；
启动设备，集成控制台接收导航模块的实时导航信息，然后控制螺旋桨电机转速和转向进行差速航行；
到达工作点后，视觉模块采集周边水域图像和特征点并将数据传输给集成控制台以判断周围是否有垃圾，发现垃圾后，集成控制台控制螺旋桨电机驱动螺旋桨使所述水面垃圾清理装置驶向垃圾；
同时启动所有执行电机，升降架电机驱动升降架抬升输送装置，输送装置电机驱动输送装置将收集的垃圾运送至破碎机中，破碎机电机驱动破碎机将垃圾破碎，破碎后的垃圾落入垃圾存储箱内，液压缸电机带动往复式液压缸推动垃圾压杆将破碎的垃圾压缩；
垃圾收集过程中，视觉模块实时监控周围水域情况，当该工作点收集任务完成后，集成控制台控制所有执行电机处于待机状态，然后驶向下一预定地点或回港卸载。
优选的，蓄电池储存太阳能电板接收光照产生的电能，然后用于为所述水面垃圾清理装置供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明提供的水面垃圾清理装置，包括输送机构、破碎机构和压缩机构，破碎机构能够对收集的垃圾进行破碎处理，到岸后不需二次处理，压缩机构能够对破碎后的垃圾进行压缩，减小其占用垃圾存储箱的体积，增大单次出航垃圾的收集和处理量，提高了水面垃圾的处理效率。
（2）本发明提供的控制系统和控制方法，通过集成控制台对各执行电机进行工作或待机状态的控制，大大减少了执行电机空转时浪费的能量，提高了装置的工作时长和续航能力。
（3）本发明包括视觉模块和导航模块，其中视觉模块用于采集漂浮物图像和漂浮物特征点，并将数据传输给集成控制台，导航模块实现设备导航，有利于提高装置的工作效率。
附图说明
图1是实施例中水面垃圾清理装置的结构示意图；
图2是图1中垃圾压杆和开合门处的内部结构示意图；
图3是实施例中水面垃圾清理装置的控制系统示意图；
图中标记为：1、船体；2、输送装置；3、视觉模块；4、升降架电机；5、升降架；6、导航模块；7、输送装置电机；8、支撑架；9、破碎机；10、破碎机电机；11、太阳能电板；12、支架；13、蓄电池；14、集成控制台；15、螺旋桨；16、垃圾存储箱；17、隔板；18、开合门；19、导轨；20、垃圾压杆；201、杆体；202、杆头；21、往复式液压缸；22、液压缸电机；23、漏口；24、横杆；25、弹簧；26、孔板；27、螺母；28、安装板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1和图2所示，一种水面垃圾清理装置，包括船体1以及设于船体1上的输送机构、破碎机构、压缩机构、垃圾存储箱16、视觉模块3、导航模块6和集成控制台14。输送机构包括输送装置2和通过V带传递扭矩以驱动输送装置2的输送装置电机7，输送装置2连接有升降架5，升降架5连接有通过齿轮传递扭矩以驱动升降架5上升和下降的升降架电机4，输送装置2的末端转动连接有支撑架8；破碎机构包括破碎机9和驱动破碎机9的破碎机电机10，输送装置2的出口端承接破碎机9的进口处，破碎机9的出口处承接垃圾存储箱16；压缩机构包括依次相连的垃圾压杆20、往复式液压缸21和液压缸电机22，船体1的底部设有支撑和定位垃圾压杆20的导轨19，液压缸电机22驱动往复式液压缸21使垃圾压杆20伸缩以压缩垃圾存储箱16内的垃圾；输送装置电机7、升降架电机4、破碎机电机10、液压缸电机22、视觉模块3和导航模块6分别通过导线与集成控制台14相连。
船体1内设有隔板17，输送机构和破碎机构安装于隔板17之上，压缩机构和垃圾存储箱16安装于隔板17之下，隔板17设有正对破碎机9出口处的漏口23，漏口23下方设有开合机构。垃圾压杆20包括固定连接的杆体201和杆头202，开合机构包括安装板28、孔板26以及固定连接的横杆24和开合门18，横杆24贯穿孔板26且能够与孔板26相对滑动，横杆24的端部通过螺母27固定于安装板28，横杆24外部套有位于孔板26及开合门18间的弹簧25，安装板28和孔板26并列固定于杆体201上，其中孔板26的安装位置应使弹簧25在自由长度下时开合门18略超出杆头202位置。当往复式液压缸21推动垃圾压杆20时，横杆24随着孔板26运动，开合门18被带动，在开合门18抵住垃圾存储箱16上沿后，开合门18封闭漏口23，垃圾压杆20带动孔板26压缩弹簧25，杆头202可继续压缩在垃圾存储箱16内的垃圾，而开合门18仍保持漏口23封闭；当垃圾压杆20回缩时，被压缩的弹簧25开始伸展，开合门18仍然抵住垃圾存储箱16上沿而使漏口23封闭，当垃圾压杆20回缩至弹簧25完全伸展时，开合门18开始随垃圾压杆20的继续收缩而打开漏口23，从而防止垃圾碎块落入导轨19中堵塞垃圾压杆运动。
本实施例提供的水面垃圾清理装置，还包括设于船体1顶部的太阳能电板11，视觉模块3安装于船体1的顶部前侧，导航模块6安装于船体1顶部且位于太阳能电板11前方。船体1内还设有支架12，支架12为双层，分别安装有蓄电池13和集成控制台14，蓄电池13通过导线与集成控制台14相连。船体1尾部的两侧均安装有螺旋桨15，螺旋桨15连接有螺旋桨电机，螺旋桨电机通过导线与集成控制台14连接，两侧螺旋桨15的控制及运动相互独立以实现航行及转向。
如图3所示，一种水面垃圾清理装置的控制系统，包括集成控制台以及与集成控制台连接的人机交互界面、视觉模块、导航模块和执行电机；
所述人机交互界面用于设置所述水面垃圾清理装置的工作点，对所述水面垃圾清理装置发出命令和显示工作画面；
所述视觉模块用于采集漂浮物图像和漂浮物特征点，并将数据传输给集成控制台；
所述导航模块包括GPS和IMU，所述GPS确定所述水面垃圾清理装置的实时工作位置，所述IMU确定设备航向，两者配合实现设备导航；
所述执行电机包括输送装置电机、升降架电机、破碎机电机、螺旋桨电机和往复式液压缸电机，所述集成控制台控制所述执行电机处于工作或待机状态。
一种水面垃圾清理装置的控制方法，包括以下步骤：
集成控制台14预先存储工作地的地图以及需收集的漂浮物图像和特征点，然后由人机交互界面设置所述水面垃圾清理装置需到达的工作点及返航路线；
启动设备，集成控制台14接收导航模块6的实时导航信息，然后控制螺旋桨电机转速和转向进行差速航行；
到达工作点后，视觉模块3采集周边水域图像和特征点并将数据传输给集成控制台14以判断周围是否有垃圾，发现垃圾后，集成控制台14控制螺旋桨电机驱动螺旋桨15使所述水面垃圾清理装置驶向垃圾；
同时启动所有执行电机，升降架电机4抬升升降架5高度，使输送装置2绕支撑架8顶端旋转到达合适的工作位置，输送装置电机7通过V带驱动输送装置2将收集的垃圾运送至破碎机9中，破碎机电机10驱动破碎机9将垃圾破碎，破碎后的垃圾落入垃圾存储箱16内，液压缸电机22带动往复式液压缸21推动垃圾压杆20沿着导轨19将破碎的垃圾压缩；
垃圾收集过程中，视觉模块3实时监控周围水域情况，当该工作点收集任务完成后，集成控制台14控制所有执行电机处于待机状态，然后驶向下一预定地点或回港卸载；
在航行过程中，蓄电池13储存太阳能电板11接收光照产生的电能，然后用于为所述水面垃圾清理装置供电。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水面垃圾清理装置，其特征在于，包括船体以及设于船体上的输送机构、破碎机构、压缩机构、垃圾存储箱、视觉模块、导航模块和集成控制台；
所述输送机构包括输送装置和驱动输送装置的输送装置电机，所述破碎机构包括破碎机和驱动破碎机的破碎机电机，所述输送装置的出口端承接所述破碎机的进口处，所述破碎机的出口处承接所述垃圾存储箱；
所述压缩机构包括依次相连的垃圾压杆、往复式液压缸和液压缸电机，所述液压缸电机驱动往复式液压缸使垃圾压杆伸缩以压缩所述垃圾存储箱内的垃圾；
所述输送装置电机、破碎机电机、液压缸电机、视觉模块和导航模块分别通过导线与所述集成控制台相连；
所述船体内设有隔板，所述输送机构和破碎机构安装于隔板之上，所述压缩机构和垃圾存储箱安装于隔板之下，所述隔板设有正对所述破碎机出口处的漏口，所述漏口下方设有开合机构；
所述船体的底部设有支撑和定位所述垃圾压杆的导轨，所述垃圾压杆包括固定连接的杆体和杆头；
所述开合机构包括安装板、孔板以及固定连接的横杆和开合门，所述安装板和孔板并列固定于杆体上，所述横杆贯穿孔板且能够与孔板相对滑动，所述横杆的端部通过螺母固定于所述安装板，所述横杆外部套有位于所述孔板及开合门间的弹簧。
2.根据权利要求1所述的水面垃圾清理装置，其特征在于，所述输送装置连接有升降架，所述升降架连接有驱动升降架上升和下降的升降架电机，所述升降架电机通过导线与所述集成控制台相连，所述输送装置的末端转动连接有支撑架。
3.根据权利要求1所述的水面垃圾清理装置，其特征在于，还包括设于所述船体顶部的太阳能电板，所述视觉模块安装于所述船体的顶部前侧，所述导航模块安装于所述船体顶部且位于所述太阳能电板前方。
4.根据权利要求3所述的水面垃圾清理装置，其特征在于，所述船体内还设有支架，所述支架为双层，分别安装有蓄电池和集成控制台，所述蓄电池通过导线与集成控制台相连。
5.根据权利要求2所述的水面垃圾清理装置，其特征在于，所述船体尾部的两侧均安装有螺旋桨，所述螺旋桨连接有螺旋桨电机，所述螺旋桨电机通过导线与集成控制台连接。
6.一种权利要求5所述水面垃圾清理装置的控制系统，其特征在于，包括集成控制台以及与集成控制台连接的人机交互界面、视觉模块、导航模块和执行电机；
所述人机交互界面用于设置所述水面垃圾清理装置的工作点，对所述水面垃圾清理装置发出命令和显示工作画面；
所述视觉模块用于采集漂浮物图像和漂浮物特征点，并将数据传输给集成控制台；
所述导航模块包括GPS和IMU，所述GPS确定所述水面垃圾清理装置的实时工作位置，所述IMU确定设备航向，两者配合实现设备导航；
所述执行电机包括输送装置电机、升降架电机、破碎机电机、螺旋桨电机和往复式液压缸电机，所述集成控制台控制所述执行电机处于工作或待机状态。
7.一种权利要求5所述水面垃圾清理装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
集成控制台预先存储工作地的地图以及需收集的漂浮物图像和特征点，然后由人机交互界面设置所述水面垃圾清理装置需到达的工作点及返航路线；
启动设备，集成控制台接收导航模块的实时导航信息，然后控制螺旋桨电机转速和转向进行差速航行；
到达工作点后，视觉模块采集周边水域图像和特征点并将数据传输给集成控制台以判断周围是否有垃圾，发现垃圾后，集成控制台控制螺旋桨电机驱动螺旋桨使所述水面垃圾清理装置驶向垃圾；
同时启动所有执行电机，升降架电机驱动升降架抬升输送装置，输送装置电机驱动输送装置将收集的垃圾运送至破碎机中，破碎机电机驱动破碎机将垃圾破碎，破碎后的垃圾落入垃圾存储箱内，液压缸电机带动往复式液压缸推动垃圾压杆将破碎的垃圾压缩；
垃圾收集过程中，视觉模块实时监控周围水域情况，当该工作点收集任务完成后，集成控制台控制所有执行电机处于待机状态，然后驶向下一预定地点或回港卸载。
8.根据权利要求7所述的水面垃圾清理装置的控制方法，其特征在于，蓄电池储存太阳能电板接收光照产生的电能，然后用于为所述水面垃圾清理装置供电。
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