CN110481720A - 一种水面垃圾清理智能船及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种水面垃圾清理智能船及其控制系统，由智能船和控制系统组成；其中控制中心位于船体后部的设备舱，舵机安装在船体后部，通过单板机控制整体。智能船在规划出路径进行自主巡航，通信系统利用移动控制端发射信号，接收机接收的信号作为PID控制器的反馈量，PID的输出作为执行器，通过PID控制航行驱动装置中驱动电机的转速，实现智能船的推进、转向；利用激光红外障碍物识别，智能船行驶过程中进行自动扫描，检测前方是否有障碍物，采取相应的规避措施。智能船在规划路径下完成巡航水域水文信息的采集，并对该水域存在的垃圾污染进行处理；无线信号传输通过操作人员发送的回收指令，智能船停止所有作业自动返航。

Description

一种水面垃圾清理智能船及其控制系统
技术领域
本发明涉及环卫机械技术及自动控制领域，具体地说，涉及一种水面垃圾清理智能船及其控制系统。
背景技术
如今海洋相关的各类技术发展迅速，人类对海洋的开发和依赖程度大大增加。但是随之而来的问题是，海洋生态环境的破坏，海洋中垃圾的难以清理，海面上油污的难以回收处理等。特别是海面油污，危及水里动植物生命安全，且是较为严重的能源浪费，消除水面油污染，更可以可保障航道安全，保护水域环境。
现有产品方面，专利CN103195035A中提出的产品，清洁效果好，但是无法自主移动，不够灵活方便。专利CN105544485A中提出的梳状摆臂式结构，虽然解决了前述一款产品的无法自主移动的问题，但是摆臂式结构的移动并不够迅速和灵活。而我们的这款产品讲去除油污和船体有机结合起来，利用水上的船体作为搭载品台，运动迅速、灵活，保证了处理的高效性。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种水面垃圾清理智能船及其控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:1.一种水面垃圾清理智能船，包括船体，震荡传感器、红外传感器、LED应急灯、控制中心、动力舱、1#电池、设备舱、舵机、垃圾清理装置、2#电池、旋转栅、支架、连接器、水密舱、配重块、无刷电机、减速齿轮组和螺旋桨，其特征在于:所述控制中心设置在船体后部的设备舱内，舵机位于船体后部，通过单板机控制整体，采用红外传感器和震荡传感器采集所需的数据，WIFI模块进行无线数据传输；所述动力系统通过无刷电机与减速齿轮组、螺旋桨的连接，动力系统中舵机带动尾舵控制船体的推进、转向；在航行中，船体在处理紧急情况或者使用后回收时，船体上的LED应急灯闪烁，确定船体的准确位置；船体前部设有激光红外传感器，两边配有二个震荡传感器，船体侧面安装有垃圾清理装置；
所述垃圾清理装置位于船体两侧中间部位，通过连接器与船体相连，支架位于连接器的端部，支架与连接器通过转轴连接，四个旋转栅通过旋转轴安装在支架上；旋转栅用于收集水面垃圾；清理垃圾时，旋转栅展开作业收集垃圾，收集后旋转栅闭合并将垃圾带走，同时可减少阻力；
所述水密舱用以增加浮力，水密舱下部前端安装配重块，1#电池位于配重块后部，2#电池位于震荡传感器后部，双电池设计可增加电量来提升续航时间。
一种用于所述水面垃圾清理智能船的控制系统，其特征在于包括使用PID闭环算法控制无刷电机动力系统、stm32主控板、激光红外障碍物识别、震荡传感器、无线信号传输；
所述stm32主控板通过单板机对智能船的各工作系统进行整体的控制，其分别为电源控制、红外传感、动力系统、震动传感、限位开关控制、垃圾清理系统、无线回收系统和自动出返航程序设计，行驶时各模块工作相对独立，同时各个模块相互联系交叉作业；
智能船采用手动遥控和自动控制巡航模式；自动控制时，由操作人员设定巡检水域，智能船通过规划出路径进行自主巡航，通信系统利用移动控制端发射信号，接收机接收的信号作为PID控制器的反馈量，PID的输出作为执行器，通过PID控制航行驱动装置中驱动电机的转速，实现智能船的推进、转向；激光红外障碍物识别利用激光红外传感器，智能船行驶过程中每隔一定时间进行一次扫描，检测前方是否有障碍物，采取相应的规避措施；岸基服务器包括数据分析模块和路径规划模块，用于观察智能船的位置信息，接收分析智能船回传的环境巡测数据，同时规划智能船船的巡航路径，根据多点的采集数据预测该水域污染源位置；在岸基服务器的数据分析和路径规划下，智能船在规划路径下完成巡航水域信息的采集，并对该水域存在的垃圾污染进行处理；无线信号传输通过操作人员发送回收指令，智能船停止作业自动返航。
有益效果
本发明提出的一种水面垃圾清理智能船及其控制系统，由智能船和控制系统组成；其中控制中心位于船体后部的设备舱，舵机安装在船体后部，通过单板机控制整体。智能船在规划出路径进行自主巡航，通信系统利用移动控制端发射信号，接收机接收的信号作为PID控制器的反馈量，PID的输出作为执行器，通过PID控制航行驱动装置中驱动电机的转速，实现智能船的推进、转向；利用激光红外障碍物识别，智能船行驶过程中进行自动扫描，检测前方是否有障碍物，采取相应的规避措施。智能船在规划路径下完成巡航水域水文信息的采集并对该水域存在的垃圾污染进行处理；无线信号传输通过操作人员发送回收指令，智能船停止所有工作自动返航。
本发明一种水面垃圾清理智能船及其控制系统，其船体结构采用分层式设计，维护方便；采用独特的垃圾清理方法，实现智能船全天候低成本运行。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种水面垃圾清理智能船及其控制系统作进一步详细说明。
图1为水面垃圾清理智能船示意图。
图2为水面垃圾清理智能船俯视图。
图3为水面垃圾清理智能船结构示意图；
图4为垃圾清理装置图
图中
1.震荡传感器 2.红外传感器 3.LED应急灯 4.控制中心 5.船体 6.动力舱 7.1#电池 8.设备舱 9.舵机 10.垃圾清理装置 11.2#电池 12.旋转栅 13.支架 14.连接器15.水密舱 16.配重块 17.无刷电机 18.减速齿轮组 19.螺旋桨
具体实施方式
本实施例是一种水面垃圾清理智能船及其控制系统。
参阅图1～图4，本实施例水面垃圾清理智能船，由船体5，震荡传感器1、红外传感器2、LED应急灯3、控制中心4、动力舱6、1#电池7、设备舱8、舵机9、垃圾清理装置10、2#电池11、旋转栅12、支架13、连接器14、水密舱15、配重块16、无刷电机17、减速齿轮组18和螺旋桨19组成；其中，控制中心4设置在船体5后部的设备舱8内，舵机9安装在船体5后部；通过单板机控制整体，采用红外传感器2和震荡传感器1采集需要的数据，通过WIFI模块进行无线数据传输。动力系统6通过无刷电机17与减速齿轮组18、螺旋桨19结合的连接方式。动力系统6中舵机9带动尾舵控制船体5的推进、转向；在航行中，船体5在处理紧急情况或者用后回收时，船体上的LED应急灯3闪烁，确定船体5的准确位置。船体5前端设有激光红外传感器2，旁边配有两个震荡传感器1，船体5侧面安装有垃圾清理装置10。
本实施例中，控制中心整体采用模块化分层式设计，共分四层，设备舱8的前部为激光红外传感器2，尾端有控制中心4，垃圾清理装置10，激光红外传感器2下端为震荡传感器1，2#电池11位于震荡传感器1后部，LED急救灯3位于船体5上部；垃圾清理装置10位于船体5两侧中间部位，通过连接器14与船体5相连，支架13与连接器14连接位于连接器14的端部；支架13与连接器14通过转轴连接，四个旋转栅12通过旋转轴安装在支架13上；旋转栅12用于收集水面垃圾；清理垃圾时，旋转栅展开作业，可收集更多的垃圾，收集完毕后，旋转栅闭合，并将垃圾带走，同时可减少阻力。水密舱15用以增加浮力，动力舱6前部安装配重块16，1#电池7位于配重块16与动力舱6之间，无刷电机17与减速齿轮组18相连安装在动力舱6内，螺旋桨19与减速齿轮组18相连接。
本实施例中采用1#电池7、2#电池11进行双电池设计，用来增加电量以提升延长续航时间。减速齿轮组18为25:1；螺旋桨19采用DTMBP 4119型螺旋桨。舵机9带动尾舵控制船体5的的推进、转向。船体5在处理紧急情况或者用后回收时，船体上的LED应急灯3闪烁，确定智能船的准确位置。
本实施例中用于水面垃圾清理智能船的控制系统，其特征在于包括使用PID闭环算法控制无刷电机动力系统、stm32主控板、激光红外障碍物识别、震荡传感器、无线信号传输；其中，stm32主控板通过单板机对智能船的各工作系统进行整体的控制，其分别为电源控制、红外传感、动力系统、震动传感、限位开关控制、垃圾清理系统、无线回收系统和自动出返航程序设计，行驶时各模块工作相对独立，同时各个模块相互联系交叉作业。
智能船采用手动遥控和自动控制巡航模式；自动控制时，由操作人员设定巡检水域，智能船通过蚁群算法规划出路径，进行自主巡航，通信系统利用移动控制端发射信号，接收机接收的信号作为PID控制器的反馈量，PID的输出作为执行器，通过PID控制航行驱动装置中驱动电机的转速，实现智能船的推进、转向。激光红外障碍物识别利用激光红外传感器，智能船行驶过程中每隔一定时间进行一次扫描，检测前方是否有障碍物，采取相应的规避措施。岸基服务器包括数据分析模块和路径规划模块，用于观察智能船的位置信息，接收分析智能船回传的环境巡测数据，同时规划智能船的巡航路径，根据多点的采集数据预测该水域污染源位置；在岸基服务器的数据分析和路径规划下，智能船船在规划路径下完成巡航水域信息的采集，并对该水域存在的垃圾污染进行处理。无线信号传输通过操作人员发送回收指令，智能船停止所有工作自动返航。
本实施例工作原理简单，成本较低，能够实现高效垃圾清理，操作便捷。

Claims (2)

1.一种水面垃圾清理智能船，包括船体，震荡传感器、红外传感器、LED应急灯、控制中心、动力舱、1#电池、设备舱、舵机、垃圾清理装置、2#电池、旋转栅、支架、连接器、水密舱、配重块、无刷电机、减速齿轮组和螺旋桨，其特征在于:所述控制中心设置在船体后部的设备舱内，舵机位于船体后部，通过单板机控制整体，采用红外传感器和震荡传感器采集所需的数据，WIFI模块进行无线数据传输；所述动力系统通过无刷电机与减速齿轮组、螺旋桨的连接，动力系统中舵机带动尾舵控制船体的推进、转向；在航行中，船体在处理紧急情况或者使用后回收时，船体上的LED应急灯闪烁，确定船体的准确位置；船体前部设有激光红外传感器，两边配有二个震荡传感器，船体侧面安装有垃圾清理装置；
所述垃圾清理装置位于船体两侧中间部位，通过连接器与船体相连，支架位于连接器的端部，支架与连接器通过转轴连接，四个旋转栅通过旋转轴安装在支架上；旋转栅用于收集水面垃圾；清理垃圾时，旋转栅展开作业收集垃圾，收集后旋转栅闭合并将垃圾带走，同时可减少阻力；
所述水密舱用以增加浮力，水密舱下部前端安装配重块，1#电池位于配重块后部，2#电池位于震荡传感器后部，双电池设计可增加电量来提升续航时间。
2.一种用于如权利要求1所述的水面垃圾清理智能船的控制系统，其特征在于:包括使用PID闭环算法控制无刷电机动力系统、stm32主控板、激光红外障碍物识别、震荡传感器、无线信号传输；
所述stm32主控板通过单板机对智能船的各工作系统进行整体的控制，其分别为电源控制、红外传感、动力系统、震动传感、限位开关控制、垃圾清理系统、无线回收系统和自动出返航程序设计，行驶时各模块工作相对独立，同时各个模块相互联系交叉作业；
智能船采用手动遥控和自动控制巡航模式；自动控制时，由操作人员设定巡检水域，智能船通过规划出路径进行自主巡航，通信系统利用移动控制端发射信号，接收机接收的信号作为PID控制器的反馈量，PID的输出作为执行器，通过PID控制航行驱动装置中驱动电机的转速，实现智能船的推进、转向；激光红外障碍物识别利用激光红外传感器，智能船行驶过程中每隔一定时间进行一次扫描，检测前方是否有障碍物，采取相应的规避措施；岸基服务器包括数据分析模块和路径规划模块，用于观察智能船的位置信息，接收分析智能船回传的环境巡测数据，同时规划智能船船的巡航路径，根据多点的采集数据预测该水域污染源位置；在岸基服务器的数据分析和路径规划下，智能船在规划路径下完成巡航水域信息的采集，并对该水域存在的垃圾污染进行处理；无线信号传输通过操作人员发送回收指令，智能船停止作业自动返航。
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