CN110641237A - 水陆两栖垃圾收集机器人 - Google Patents

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李韶杰
袁亮
李云杰
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    • B60F3/00—Amphibious vehicles, i.e. vehicles capable of travelling both on land and on water; Land vehicles capable of travelling under water
    • B60F3/0007—Arrangement of propulsion or steering means on amphibious vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/32—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for for collecting pollution from open water
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
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    • E02B15/04—Devices for cleaning or keeping clear the surface of open water from oil or like floating materials by separating or removing these materials
    • E02B15/10—Devices for removing the material from the surface
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Abstract

水陆两栖垃圾收集机器人，包括箱体，箱体内部为存储空间，箱体运行的前方设置有活动挡板，后方设置有滤网，位于箱体顶部安装有用于检测垃圾的位置与地形的高清数字摄像头，高清数字摄像头输出端连接主控制器，主控制器用于处理数据，箱体下方两侧前后分别设置有水陆两栖轮，主控制器用于控制水陆两栖轮。本发明用于水面与海岸上的垃圾收集，增加收集垃圾的工作效率。

Description

水陆两栖垃圾收集机器人
技术领域
本发明涉及水面清洁技术领域，特别涉及水陆两栖垃圾收集机器人。
背景技术
目前，河流、湖泊、港口等水域的垃圾污染比较严重，这给人们生活和生存环境带来了很大的影响。对于水面的垃圾清理，目前基本采用人工打捞的方法，耗费了巨大的人力物力财力，但效果甚微，有的采用一些打捞机器人，但是所用的机器人都没有达到智能化，控制和功能都比较低级，所以无法满足现在日益发展的科技力量。并且目前的室外机器人的充电设备使用有线充电，长期使用会导致线路老化、线路破损易发生安全事故，而且有线充电搭建成本高、能源利用率低。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供水陆两栖垃圾收集机器人，用于水面与海岸上的垃圾收集，，增加收集垃圾的工作效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
水陆两栖垃圾收集机器人，包括箱体1，所述的箱体1内部为存储空间，所述的箱体1运行的前方设置有活动挡板，后方设置有滤网，位于箱体1顶部安装有用于检测垃圾的位置与地形的高清数字摄像头8，高清数字摄像头8输出端连接主控制器6，主控制器6用于处理数据，所述的箱体1下方两侧前后分别设置有水陆两栖轮2，所述的主控制器6用于控制水陆两栖轮2。
所述的箱体1两侧设置有机械臂3，机械臂3通过步进电机提供动力，步进电机上设置有电机，主控制器6分别与安装在箱体1上的无线充电装置5、LoRa模块7、高清数字摄像头8、机械臂3的步进电机、水陆两栖轮2的电机、GPRS模块9、距离传感器模块10相连接。
所述的距离传感器模块10安装在箱体1的四周。
所述的箱体1有隔层并经过防水处理，存储空间为1㎡，外形为船体结构。
所述的水陆两栖轮2分为橡胶轮胎与螺旋桨，橡胶轮胎与螺旋桨分别与主控制器6相连，所述的橡胶轮胎与螺旋桨分别通过主控制器6控制进行360°自由旋转。所述水陆两栖轮2受两个电机所控制，一个步进电机位于上方控制另一个电机及水路两栖轮2的方向，进而控制机器人的行驶方向，另一个电机给水陆两栖轮2提供动力。
所述的活动挡板与箱体1为轴连接，且活动方向为向箱体1内侧活动。
本发明的有益效果：
本发明是一种水路两用的收集机器人，增加收集垃圾的工作效率，在水面上时，通过机器人行走的推力与箱体内部电机产生的吸力，将垃圾从前方挡板中进入箱体，在陆地上时，通过高清数字摄像头检测垃圾的具体方位，驱使机器人移动到垃圾的附近，使用所述机械臂对垃圾进行抓取。具有方便实用，结构简单的特点。
附图说明
图1为本发明模块示意图。
图2为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明包括箱体1、水陆两栖轮2、机械臂3、太阳能发电板4、无线充电装置5、主控制器6、LoRa模块7、高清数字摄像头8、GPRS模块9、距离传感器模块10和铅酸蓄电池11。
如图1图2所示:所述水陆两栖轮2的电机与主控制器6输出端连接，所述机械臂3的控制电机与主控制器6输出端连接，所述太阳能发电板4输出端与铅酸蓄电池11输入端连接，所述无线充电装置5的输出端与铅酸蓄电池11输入端连接，所述无线充电装置5的控制端与主控制器6输出端连接，所述LoRa模块7与主控制器6连接，可双向传输信号，所述高清数字摄像头8输出端与主控制器6输入端连接，所述GPRS模块9与主控制器6连接，可双向传输信号，所述距离传感器模块10输出端与主控制器6输入端连接，所述主控制器6控制整个机器的各个部件配合与运作，所述铅酸蓄电池11从太阳能发电板4和无线充电装置5中获取电能，铅酸蓄电池11中给水陆两栖机器人所有部件提供电能。
所述的高清数字摄像头8采集外部环境，然后将外部环境的信息发送到主控制器6，经过主控制器6处理数据，进行相应的控制处理。高清数字摄像头8判断机器人所处环境是陆地还是水面，通过主控制器6控制水陆两栖轮2，在陆地和水面之间灵活行走。
所述的箱体1作为机器人的主体，箱体1超大空间用于暂时储存垃圾，在箱体1的夹层中含有整个机器人的线路，防止外界环境的干扰，增加机器人使用的持久性。在箱体1两侧装有机械臂3，用于在陆地上将垃圾收集到箱体1中，在箱体1前方有一个方口，在方口安有可进不可出的挡板，防止垃圾中途掉出。
所述水陆两栖轮2，可在陆地与水面自由切换，在陆地上时使用橡胶轮胎进行行走，较宽的胎面可以保证在一些沙滩上也可以顺利的进行行走，在轮胎附近增加了挡板，保证了轮胎的使用寿命，并且在轮胎可在水平面360°自由旋转，在一些特殊情况中可以轻松通过；在水中时，通过浮力使机器人附在水面上，橡胶轮胎切换为螺旋桨，在水里自由的行走，并且螺旋桨也可在水平面360°自由旋转，所以对于水面的垃圾可精准的精心收集。
所述的供电方式采用无线充电5，无线充电5具有转化效率高、减少线路老化的问题、对人体无伤害、具有很高的灵活性等优点，由于本机器人在室外工作，需要克服很多的不确定因素，采用无线充电5没有外漏的充电线，调高了机器人的实用性，克服了外漏充电线的一系列问题。当机器人检测到电量不足时，机器人自我规划回到充电桩路径，回到充电桩时，不需要像有线充电必须将插头插到插座里，只需要机器人移动到指定位置就可以进行无线充电，增加了机器人在充电方面的可靠性。为了增加机器人的使用的持续性和工作的高效性，在所述箱体1上方增加了太阳能发电板4，在太阳光强度足够的时候，太阳能发电板4可提供足量的电能，减少机器人回充电桩充电的次数，这样不仅可以提高机器人的总工作效率，而且节省了不可再生的资源，提高了能源的利用率。
所述的主控制器6使用STM32F429IG作为核心芯片，主控制器6与无线充电装置5、LoRa模块7、高清数字摄像头8、机械臂3的步进电机、水陆两栖轮2的电机、GPRS模块9、距离传感器模块10相连接。
所述的无线充电模块5采用恩智浦公司的MWPR1516CAL作为接收器，MWCT1013AVLH作为发射器，该模块具有高性能和可靠性的优点。
所述的LoRa模块7采用LoRa无线通信协议，它具有距离远、低功耗的优点，还可以组成星型组网，为块区域的智能机器人提供良好的通信环境，使它们可以很好的调节自己的工作，有序的提高工作效率。
所述的距离传感器模块10采用北醒公司的TF02激光雷达，其拥有达22m的量程和可靠的稳定性，外壳采用高强度防腐蚀材料，更好的适应室外较恶劣的环境。在机器人的四周前后左右各安装一个TF02激光雷达，更好的使机器人适应室外环境。
所述的GPRS模块9，机器人通过GPRS模块9通知工作人员机器内部的运行状况，若在机器内部有重大的故障时，及时提醒工作人员进行维修，确保水陆两栖垃圾收集机器人机器人的到来不会影响海洋的生态环境。
本发明的工作原理：
本发明由于增加收集垃圾的工作效率，故而体积较大。所述箱体1为本发明的主体，外形像船，内部拥有大约1㎡的存储空间，其中有隔层并经过防水处理，用于放置内部电路。在箱体1的前方安有向里开的挡板，在水面上时，通过机器人行走的推力与箱体1内部电机产生的吸力，将垃圾从前方挡板中进入箱体1，在箱体1的后方安有滤网，可以将内部的水从滤网中流出去，将垃圾隔断，从而将垃圾留到箱体1中。所述高清数字摄像头8位于箱体1上方，用于检测环境信息，确定垃圾的具体方位，判断机器人所在的环境是否在水面上，从而使机器人改变行动方式。在所述箱体1的四周装有距离传感器模块10，可用于检测四周障碍物与机器人的距离，防止机器人误撞，进而确保机器人使用的持久性。所述水陆两栖轮2可自由的切换形态，通过高清数字摄像头8检测出机器人所在的环境是水面还是在陆地，从而改变水陆两栖轮的形态，以适应于机器人的正常行走。在陆地上时，通过高清数字摄像头8检测垃圾的具体方位，驱使机器人移动到垃圾的附近，使用所述机械臂3对垃圾进行抓取。
在水陆两栖垃圾收集机器人的供电方面采用目前比较先进的无线充电技术5，本发明采用恩智浦公司的MWPR1516CAL作为接收器，MWCT1013AVLH作为发射器，该模块具有高性能和可靠性的优点。在所述箱体1的上方装有太阳能发电板4，大大增加了机器人的续航能力。并且本发明搭载LoRa模块7，实现在一区域下所有机器人的相互通信，保证一区域内的机器人相互协作，以高效率、工作周期长的特性完成所需功能。为了节省成本，增加能源的利用率，在一区域内只需要安装1～2个无线充电桩即可保证所有机器人的充电。机器人的主控制器6使用STM32F429IG作为核心芯片，增加了机器人处理工作的能力，提高了机器人的的协作能力。机器人的材质采用高强度防腐蚀材料，增加了产品使用的持久性，更好的适应室外较恶劣的环境。在机器人的四周安有TF02激光雷达10，更好的使机器人适应室外环境，防止机器人在室外误撞而损坏。

Claims (6)

1.水陆两栖垃圾收集机器人，其特征在于，包括箱体(1)，所述的箱体(1)内部为存储空间，所述的箱体(1)运行的前方设置有活动挡板，后方设置有滤网，位于箱体(1)顶部安装有用于检测垃圾的位置与地形的高清数字摄像头(8)，高清数字摄像头(8)输出端连接主控制器(6)，主控制器6用于处理数据，所述的箱体(1)下方两侧前后分别设置有水陆两栖轮(2)，所述的主控制器(6)用于控制水陆两栖轮(2)。
2.根据权利要求1所述的水陆两栖垃圾收集机器人，其特征在于，所述的箱体1两侧设置有机械臂(3)，机械臂(3)通过步进电机提供动力，步进电机上设置有电机，主控制器(6)分别与安装在箱体(1)上的无线充电装置(5)、LoRa模块(7)、高清数字摄像头(8)、机械臂(3)的步进电机、水陆两栖轮(2)的电机、GPRS模块(9)、距离传感器模块(10)相连接。
3.根据权利要求2所述的水陆两栖垃圾收集机器人，其特征在于，所述的距离传感器模块(10)安装在箱体(1)的四周。
4.根据权利要求1所述的水陆两栖垃圾收集机器人，其特征在于，所述的箱体(1)有隔层并经过防水处理，存储空间为1㎡，外形为船体结构。
5.根据权利要求1所述的水陆两栖垃圾收集机器人，其特征在于，所述的水陆两栖轮(2)分为橡胶轮胎与螺旋桨，橡胶轮胎与螺旋桨分别与主控制器(6)相连，所述的橡胶轮胎与螺旋桨分别通过主控制器(6)控制进行360°自由旋转。
6.根据权利要求1所述的水陆两栖垃圾收集机器人，其特征在于，所述的活动挡板与箱体(1)为轴连接，且活动方向为向箱体(1)内侧活动。
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