CN110539856A - 一种水面垃圾清理船 - Google Patents

Abstract

一种水面垃圾清理船，包括船体、垃圾清扫带、垃圾储藏区、动力系统、行进动力机构、转向机构、气球、气球牵引绳、摄像系统、处理器、电源，所述垃圾清扫带由所述动力系统驱动，所述垃圾清扫带的传送末端下方设有垃圾储藏区，所述行进动力机构由所述动力系统驱动，所述转向机构由所述动力系统驱动，所述气球牵引绳一端连接在船体上，一端与气球连接，所述摄像系统安装在气球的下方，与所述处理器连接，所述处理器与电源连接，所述动力系统与所述电源连接。本发明涉及环保及水面垃圾清理领域，解决了水面垃圾自动清理的两大问题，一是在较大范围的水域内快速发现寻找垃圾，二是自动清理所发现的垃圾。

Description

一种水面垃圾清理船

技术领域

本发明涉及环保及水面垃圾清理领域，具体涉及一种水面垃圾清理船。

背景技术

随着社会对于环保要求的提高，垃圾的清理也变得越来越重要。尤其是排放到水域中的垃圾，对于环境、水文、水面景观的影响非常之大。水域垃圾中最普遍最直观的一类就是水面垃圾，对于水面垃圾的清理，与陆地垃圾的清理相比存在更多困难，一是水域宽广，人工驱船打捞非常耗时耗人力，二是水面垃圾的分布是随机的，人工寻找垃圾也非常困难。

对于水面垃圾的清理，近年来也开始从人工打捞逐步往采用自动化设备清理的方向发展。但是对于常见的水面垃圾清理船而言，清理垃圾本身并不困难，困难的是发现垃圾，在一片广阔的水域中寻找垃圾本身就是一个难题，如果采用机器视觉，当视觉传感器安装在船体上时，由于其安装位置低，必然视野狭窄，只能发现非常小范围内的垃圾。如果采用声呐探测，也会受到三个方面的限制，一是声呐利用反射波作为观察信号，但是水面本身是一个反射面和折射面，声呐的效果会受到很大限制，二是由于水面没有水底平静，在存在波浪的情况下噪声很明显，三是对于较远处的小型垃圾其探测精度难以满足需要。

针对上述问题，本发明提出了一种水面垃圾清理船，解决了水面垃圾自动清理的两大问题，一是在较大范围的水域内快速发现寻找垃圾，二是自动清理所发现的垃圾。

发明内容

本发明的目的是提供一种水面垃圾清理船，以解决水面垃圾自动清理的两大问题，一是在较大范围的水域内快速发现寻找垃圾，二是自动清理所发现的垃圾。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种水面垃圾清理船，包括船体、垃圾清扫带、垃圾储藏区、动力系统、行进动力机构、转向机构、气球、气球牵引绳、摄像系统、处理器、电源，所述垃圾清扫带由所述动力系统驱动，所述垃圾清扫带的传送末端下方设有垃圾储藏区，所述行进动力机构由所述动力系统驱动，所述转向机构由所述动力系统驱动，所述气球内充有比空气轻的气体，所述气球牵引绳一端连接在船体上，一端与气球连接，所述摄像系统安装在气球的下方，与所述处理器连接，摄像系统随气球升空后用于监测水面垃圾的分布及垃圾的位置，所述处理器与电源连接，所述动力系统与所述电源连接。气球可以带着摄像系统升上高空，从空中向下俯拍水域，然后利用图像处理识别技术发现垃圾及其方位，提高了垃圾监测的视野和范围。

进一步的，所述垃圾清扫带的自由端与水平面之间呈一个向下倾斜的α角，工作时所述垃圾清扫带的自由端位于水面以下，传送末端位于水面以上。优选的，此α角在10°~60°之间。

进一步的，所述垃圾清扫带上设有若干垂直于其速度方向的阻拦条；所述垃圾清扫带上设有若干空隙，水能够从空隙中流过。在水面垃圾清理作业中，由于垃圾清扫带斜向下浸入水中，且其上设有阻拦条，可以将水面或水面稍微靠下的垃圾也带上来，由于空隙的存在，垃圾清扫带在运动的过程中随垃圾带上来的水会从空隙中流下，最终传送至垃圾储藏区的是水分相对较少的垃圾。

进一步的，所述摄像系统包括云台基体、云台、摄像头，所述云台安装在所述云台基体上，所述摄像头安装在所述云台上，所述云台用于控制和稳定摄像头的拍摄方向；所述云台为两轴云台，包括第一云台部和第二云台部，所述第二云台部安装在所述第一云台部的转轴上，所述第二云台部的转轴与所述第一云台部的转轴相互垂直，所述摄像头安装在所述第二云台部的转轴上。采用云台系统可以直接控制摄像系统的拍摄方向，在不升高摄像系统垂直高度的前提下增大了摄像系统可拍摄的范围。

进一步的，本发明还包括绳索收放系统，所述绳索收放系统安装在所述船体上，与所述处理器和电源连接，所述气球牵引绳与绳索收放系统连接，可在绳索收放系统的控制下伸长和缩短。所述绳索收放系统包括卷线电机、卷线轮，所述卷线轮安装在所述卷线电机的转轴上，所述气球牵引绳卷绕在所述卷线轮上。这样一来就可以控制摄像系统的高度，根据高度越高视野越大的原理，可实现对水域拍摄范围的调节。

进一步的，所述船体包括第一船体和第二船体，所述第一船体不密封，位于所述第二船体的上方，所述第二船体密封，内有空腔，用于提供浮力；所述第一船体内部设有水流流过的通道，在第一船体的头部设有进水口，尾部设有出水口；所述垃圾储藏区位于所述第一船体中，且四周由隔板围起，防止水流通过第一船体时进入垃圾储藏区。

进一步的，本发明还包括盖板，用于防止雨水进入垃圾储藏区，所述盖板包括第一盖板和第二盖板，所述第一盖板安装在所述船体的上部，所述第二盖板与所述第一盖板铰接，第二盖板的初始状态与第一盖板共面，当第二盖板下方受到向上的力时其自由端可被顶开，不受力时回到初始状态。这一设计使得水面垃圾清理船不工作时或者清理的垃圾体积较小时第二盖板是盖着的，保持了船体的一体性和较好的防水效果，当垃圾体积较大时，由于垃圾清扫带的运动使其上的阻拦条对垃圾形成一个持续的推力，在这个斜向上的推力下，第二盖板被顶开，垃圾落入垃圾储藏区后第二盖板继续回到初始位置。这一设计保证了较好的垃圾储藏区防水效果，同时对不同大小的垃圾具有较好的普遍适用性，还尽可能的减小了水面垃圾清理船的高度，不至于水面垃圾清理船过高而影响了水面的景观。

进一步的，所述盖板为太阳能电池板，与所述电源连接，用于给所述电源提供电能，这样一来就可以实现水面垃圾清理船的能源自给，不需要充电或更换电池。

进一步的，本发明还包括图案标记，所述图案标记为非中心对称图案，位于船体的最上方，其颜色设置成与盖板的颜色形成鲜明的反差，用于辅助摄像系统判断船体方向与摄像系统识别到的垃圾之间的夹角。

进一步的，本发明还包括仰拍摄像头，所述仰拍摄像头安装在所述船体的上方，与所述处理器连接，其拍摄方向竖直向上，用于辅助发现船体上空会对气球造成影响和阻拦的障碍物。

优选的，所述气球中充的气体是氦气。常用的比空气轻的气体为氦气和氢气，氢气有爆炸危险，不宜储藏易漏气，而氦气的安全性和可储藏性明显优于氢气。

进一步的，第一船体的头部的两侧均设有垃圾聚拢网，扩大了水面垃圾清理船在行进过程中聚揽垃圾的范围。

进一步的，在船体四个角的外延设有转向滚轮，当船体在行驶过程中碰到障碍物时不会发生硬碰撞，而是可以在转向滚轮的引导下实现被动转向。

附图说明

图1是水面垃圾清理船的主体结构示意图；本发明中提到的方向词上、下、前、后均以图1左上角的方向标识为准。

图2是水面垃圾清理船前半部分的侧面透明结构示意图。

图3是水面垃圾清理船后半部分的侧面透明结构示意图。

图4是水面垃圾清理船的第一船体及其上配件的结构示意图。

图5是水面垃圾清理船的垃圾清扫带的结构示意图。

图6是水面垃圾清理船的摄像系统的结构示意图。

图7是水面垃圾清理船第二盖板盖上后的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施方式及附图，对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种水面垃圾清理船，包括船体、垃圾清扫带3、垃圾储藏区6、动力系统、行进动力机构、转向机构、气球13、气球牵引绳12、摄像系统14、处理器、电源，所述垃圾清扫带3由所述动力系统驱动，所述垃圾清扫带3的传送末端下方设有垃圾储藏区6，所述行进动力机构由所述动力系统驱动，所述转向机构由所述动力系统驱动，所述气球13内充有比空气轻的气体，所述气球牵引绳12一端连接在船体上，一端与气球13连接，所述摄像系统14安装在气球13的下方，与所述处理器连接，摄像系统14随气球13升空后用于监测水面垃圾的分布及垃圾的位置，所述处理器与电源连接，所述动力系统与所述电源连接。

行进动力机构实施例。如图3所示，所述行进动力机构为螺旋桨20。

转向机构实施例。如图2所示，所述转向机构为转向舵15。

动力系统实施例。如图2、图3、图5所示，所述动力系统包括转向舵电机16、垃圾清扫带电机17、传动带18、螺旋桨电机19。

处理器实施例。所述处理器应具备数据输入输出、计算、图像分析处理、发送控制脉冲的能力，例如工业中常用的DSP芯片、FPGA芯片、ARM芯片、X86芯片等，只要具备上述能力，都可以作为本发明的处理器。

垃圾清扫带实施例。如图1、图2、图5、图7所示，所述垃圾清扫带3的自由端与水平面之间呈一个向下倾斜的α角，工作时所述垃圾清扫带3的自由端位于水面以下，传送末端位于水面以上。优选的，此α角在10°~60°之间。所述垃圾清扫带3上设有若干垂直于其速度方向的阻拦条301；所述垃圾清扫带3的表面302上设有若干空隙303，水能够从空隙303中流过。

摄像系统实施例。如图1、图6所示，所述摄像系统14包括云台基体1401、云台、摄像头1404，所述云台安装在所述云台基体1401上，所述摄像头1404安装在所述云台上，所述云台用于控制和稳定摄像头1404的拍摄方向；所述云台为两轴云台，包括第一云台部1402和第二云台部1403，所述第二云台部1403安装在所述第一云台部1402的转轴上，所述第二云台部1403的转轴与所述第一云台部1402的转轴相互垂直，所述摄像头1404安装在所述第二云台部1403的转轴上。

绳索收放系统实施例。如图3所示，本发明还包括绳索收放系统，所述绳索收放系统安装在所述船体上，与所述处理器和电源连接，所述气球牵引绳12与绳索收放系统连接，可在绳索收放系统的控制下伸长和缩短。所述绳索收放系统包括卷线电机21、卷线轮22，所述卷线轮22安装在所述卷线电机21的转轴上，所述气球牵引绳12卷绕在所述卷线轮22上。

船体实施例。如图1、图2、图3、图4、图7所示，所述船体包括第一船体1和第二船体2，所述第一船体1不密封，包括主体部103和其他附属结构，位于所述第二船体2的上方，所述第二船体2密封，内有空腔201；所述第一船体1内部设有水流流过的通道105，在第一船体1的头部设有进水口，尾部设有出水口102；所述垃圾储藏区6位于所述第一船体1中，且四周由隔板107围起，防止水流通过第一船体1时进入垃圾储藏区6。另外，所述第一船体1上还设有用于支撑垃圾清扫带3第一带辊23的第一支架101、用于支撑垃圾清扫带3第二带辊24的第二支架110。为了扩充垃圾储藏区6的容积，第一船体1的底部还设有下凹104，在第一船体1的主体部103上还设有卷线电机21的安装槽106以及垃圾清扫带电机17的安装槽108。为了使水流更容易从第一船体1内的通道105中流过，将隔板107靠近第一船体1的头部的一块板子设置成了带楔形角度的楔形板109。

盖板实施例。本发明还包括盖板，如图1、图2、图7所示，所述盖板包括第一盖板11和第二盖板7，所述第一盖板11安装在所述船体的上部，所述第二盖板7与所述第一盖板11铰接，第二盖板7的初始状态与第一盖板11共面，当第二盖板7下方受到向上的力时其自由端可被顶开，不受力时回到初始状态。所述盖板还可以是太阳能电池板，与所述电源连接，用于给所述电源提供电能。

图案标记实施例。如图1所示，本发明还包括图案标记8，所述图案标记8为非中心对称图案，优选为箭头或三角形，位于船体的最上方，其颜色设置成与盖板的颜色形成鲜明的反差，例如黑色和白色，用于辅助摄像系统14判断船体方向与摄像系统14识别到的垃圾之间的夹角。

仰拍摄像头实施例。如图1所示，本发明还包括仰拍摄像头10，所述仰拍摄像头10安装在所述船体的上方，与所述处理器连接，其拍摄方向竖直向上，用于辅助发现船体上空会对气球13造成影响和阻拦的障碍物。

气球实施例。如图1、图6所示，所述气球13中充的气体是氦气。常用的比空气轻的气体为氦气和氢气，氢气有爆炸危险，不宜储藏易漏气，而氦气的安全性和可储藏性明显优于氢气。

垃圾聚拢网实施例。如图1所示，本发明还包括垃圾聚拢网5，在第一船体1的头部的两侧均设有垃圾聚拢网5，垃圾聚拢网5扩大了水面垃圾清理船在行进过程中聚揽垃圾的范围。

转向滚轮实施例。如图1所示，在船体四个角的外延设有转向滚轮，转向滚轮包括前置转向滚轮4和后置转向滚轮9，前置转向滚轮4安装在垃圾聚拢网5的最前端，后置转向滚轮9安装在第一船体1的后方两侧，当船体在行驶过程中碰到障碍物时不会发生硬碰撞，而是可以在转向滚轮的引导下实现被动转向。

气球牵引绳实施例。如图1所示，所述气球牵引绳12可以是摄像系统14的供电线和信号传输线，这样摄像系统14就不需要再另外配备电源和处理器，而是可以共用船体上的电源和处理器，减轻了气球13的载重负荷。

Claims (10)

1.一种水面垃圾清理船，其特征在于，包括船体、垃圾清扫带（3）、垃圾储藏区（6）、动力系统、行进动力机构、转向机构、气球（13）、气球牵引绳（12）、摄像系统（14）、处理器、电源，所述垃圾清扫带（3）由所述动力系统驱动，所述垃圾清扫带（3）的传送末端下方设有垃圾储藏区（6），所述行进动力机构由所述动力系统驱动，所述转向机构由所述动力系统驱动，所述气球（13）内充有比空气轻的气体，所述气球牵引绳（12）一端连接在船体上，一端与气球（13）连接，所述摄像系统（14）安装在气球（13）的下方，与所述处理器连接，摄像系统（14）随气球（13）升空后用于监测水面垃圾的分布及垃圾的位置，所述处理器与电源连接，所述动力系统与所述电源连接。

2.根据权利要求1所述的水面垃圾清理船，其特征在于，所述垃圾清扫带（3）的自由端与水平面之间呈一个向下倾斜的α角，工作时所述垃圾清扫带（3）的自由端位于水面以下，传送末端位于水面以上。

3.根据权利要求1所述的水面垃圾清理船，其特征在于，所述垃圾清扫带（3）上设有若干垂直于其速度方向的阻拦条（301）；

所述垃圾清扫带（3）上设有若干空隙（303），水能够从空隙（303）中流过。

4.根据权利要求1所述的水面垃圾清理船，其特征在于，所述摄像系统（14）包括云台基体（1401）、云台、摄像头（1404），所述云台安装在所述云台基体（1401）上，所述摄像头（1404）安装在所述云台上，所述云台用于控制和稳定摄像头（1404）的拍摄方向；

所述云台为两轴云台，包括第一云台部（1402）和第二云台部（1403），所述第二云台部（1403）安装在所述第一云台部（1402）的转轴上，所述第二云台部（1403）的转轴与所述第一云台部（1402）的转轴相互垂直，所述摄像头（1404）安装在所述第二云台部（1403）的转轴上。

5.根据权利要求1所述的水面垃圾清理船，其特征在于，还包括绳索收放系统，所述绳索收放系统安装在所述船体上，与所述处理器和电源连接，所述气球牵引绳（12）与绳索收放系统连接，可在绳索收放系统的控制下伸长和缩短；所述绳索收放系统包括卷线电机（21）、卷线轮（22），所述卷线轮（22）安装在所述卷线电机（21）的转轴上，所述气球牵引绳（12）卷绕在所述卷线轮（22）上。

6.根据权利要求1所述的水面垃圾清理船，其特征在于，所述船体包括第一船体（1）和第二船体（2），所述第一船体（1）不密封，位于所述第二船体（2）的上方，所述第二船体（2）密封，内有空腔（201）；

所述第一船体（1）内部设有水流流过的通道（105），在第一船体（1）的头部设有进水口，尾部设有出水口（102）；

所述垃圾储藏区（6）位于所述第一船体（1）中，且四周由隔板（107）围起，防止水流通过第一船体（1）时进入垃圾储藏区（6）。

7.根据权利要求1所述的水面垃圾清理船，其特征在于，还包括盖板，用于防止雨水进入垃圾储藏区（6），所述盖板包括第一盖板（11）和第二盖板（7），所述第一盖板（11）安装在所述船体的上部，所述第二盖板（7）与所述第一盖板（11）铰接，第二盖板（7）的初始状态与第一盖板（11）共面，当第二盖板（7）下方受到向上的力时其自由端可被顶开，不受力时回到初始状态。

8.根据权利要求7所述的水面垃圾清理船，其特征在于，所述盖板为太阳能电池板，与所述电源连接，用于给所述电源提供电能。

9.根据权利要求1或7所述的水面垃圾清理船，其特征在于，还包括图案标记（8），所述图案标记为非中心对称图案，位于船体的最上方，其颜色设置成与盖板的颜色形成鲜明的反差，用于辅助摄像系统（14）判断船体方向与摄像系统（14）识别到的垃圾之间的夹角。

10.根据权利要求1所述的水面垃圾清理船，其特征在于，还包括仰拍摄像头（10），所述仰拍摄像头（10）安装在所述船体的上方，与所述处理器连接，其拍摄方向竖直向上，用于辅助发现船体上空会对气球（13）造成影响和阻拦的障碍物。