CN110663350B - 一种全自动渠道用除藻收割作业船及其除藻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动渠道用除藻收割作业船及其除藻方法，其中一种全自动渠道用除藻收割作业船包括船体、除藻装置和拦污装置。通过同在收藻斗的内部安装了螺旋切割头进行对水藻切割，工作时刀片高速旋转切割水藻，切割装置结构简单，惯性力平衡，适用切割不同水藻，对水藻的适用性强，同时在切割装置的端部设置了摆动机构，主要带动着切割装置进行小幅度的摆动，加大切割的面积，同时在上仓体顶部安装了工业照相机，对水面的图像进行实时处理，保证了实时性，同时在上仓体和下仓体的外表面设置了太阳能板，能实时为作业船体提供动力，提高了作业船的续航时间。

Description

一种全自动渠道用除藻收割作业船及其除藻方法

技术领域

本发明涉及一种全自动渠道用除藻收割作业船设备，具体是一种全自动渠道用除藻收割作业船。

背景技术

藻类是水生态系统生物资源的重要组成部分，受水体生态环境变化的影响很大，因此，在水质的营养性评价中，藻类起到了重要的作用。但是，近年来，大量的工业、农业废水及城市污水被排放到湖泊、河流之中，导致水域中的氮、磷等营养盐类大量富集，发生水体富营养化。当水体条件较为适宜时，就会出现某种藻类疯狂增长的现象，即藻类水华的发生。藻类的水域会使降低水体的透明度，使得阳光很难透过水层，水中的植物无法进行光合作用，从而导致水体缺氧，水生动物大量死亡。此外，藻类代谢过程中会释放藻毒素，危害人体健康。

目前较多的使用除藻剂来进行除藻，由于除藻设备成本较高，其使用相对较少。国内的除藻设备有基于化学除藻技术的氯化物发生器、基于物理法的超声波除藻设备、高能光子除藻仪等。也有一些机械拦藻机构，但大多数都是小型机构，除藻能力不强，效率不高。国内河流最为常见的水藻处理方法是人工作业的机械除藻法。这种方法耗费大量的人力，需要人员定时监管，自动化程度非常低，且覆盖面不够，除藻效果不显著。

现有除藻切割大都采往复式，这种切割装置由两组刀片组成，一组动刀和一组定刀，做往复运动，与定刀组进行相对运动，但是这样的结构对刀的材料和刀具安装精度较高、维修不方便。

发明内容

发明目的：一种全自动渠道用除藻收割作业船及其除藻方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种全自动渠道用除藻收割作业船及其除藻方法，包括：

船体，包括上仓体和下仓体，所述上仓体和下仓体通过活动门连接并且密封，设置在所述下仓体底部用于船体在岸上搬运和运输的行走轮，设置在所述上仓体顶部的视觉辅助导航机构，以及设置在所述上仓体上表面和所述下仓体上表面的太阳能板；

除藻装置，包括设置在所述下仓体端部的能够角度调节的摆动机构，设置在所述摆动机构上面的输送通道，设置在所述输送通道端部的收藻斗，设置在所述收藻斗侧面的驱动装置，以及设置在所述收藻斗上的、并且与所述驱动装置电性连接的螺旋切割头。

在进一步实例中，所述输送通道的内部设有传送装置，所述传送装置，包括设置在输送通道端部的电动滚筒，设置在所述电动滚筒上面的传送带。

在进一步实例中，所述摆动机构，包括套筒支架，套接设置在套筒支架上面的传动杆，固定连接在所述传动杆端部的摆叉，以及间隙配合安装在所述摆叉下端的摆杆轴环；

所述摆动机构的摆动角度15-18度。

在进一步实例中，所述收藻斗的侧面设有吸藻口，且所述输送通道的端部与所述吸藻口相通；

所述输送通道的另一端设有储藻室，所述储藻室与所述输送通道的另一端相通，并且所述储藻室的底部设有出料口；

所述除藻室的内部设有螺旋推出器。

在进一步实例中，所述螺旋推出器，包括设置固定安装在储藻室端部、并且位于所述储藻室外表面的旋转伺服电机，设置在所述旋转伺服电机转动部的连接轴，过盈配合套接在所述连接轴上面的轴筒，固定安装在所述轴筒上面的水藻抓手；

所述轴筒上面设有若干个水藻抓手，每个所述水藻抓手与水藻抓手之间间距相同呈交叉十字排布在轴筒上面。

在进一步实例中，所述视觉辅助导航机构，包括设置在上仓体顶部的、并且以5-15°角度朝下倾斜的、复杂采集行驶路径前方的环境信息的工业照相机，设置在所述上仓体内部的控制箱，以及设置在所述控制箱内部的卫星移动站，固定安装在船体后部的GNSS天线。

在进一步实例中，所述工业照相机采用具有多种分辨模式的型号是MV-VS078FC。

在进一步实例中，所述收藻斗的端部设有拦污装置；

所述拦污装置，包括设置在所述收藻斗两侧的四轴机械臂，以及转动连接在所述四轴机械臂端部的四爪抓手，能够将水面上漂浮的其他垃圾，如塑料瓶、塑料袋等抓取起来。

在进一步实例中，一种全自动渠道用除藻收割作业船的工作方法，包括如下步骤：

S1、当进行除藻时，由行走轮将船体输送到水中；

S2、当船体运输到水中时，此时上仓体顶部的视觉辅助导航机构开启工作，由工业照相机获取作业船前方水面的水藻图像，利用工控机进行图像处理和识别，并得到水面上水藻区域的中心线，得到作业船前进的导轨基准线，进而根据线性成像模型计算出水草驱动的相对作业船的目标航向角，然后将视觉参数和GPS导航参数进行信息融合；

S3、此时下仓体底部的除藻装置启动工作，通过驱动装置带动着螺旋切割头进行旋转切割水藻，通过摆动机构将旋转切割头进行左右的摆动工作，进而对水藻进行切割；

S4、此时切割下料来的水藻通过螺旋切割头旋转带入到吸藻口，进而进入到传送通道上面的传送装置上面，此时通过电动滚筒驱动着皮带转到工作，进而由皮带将水藻运送到除藻室中；

S5、此时当工业相机检测到水面上有除水藻之外的垃圾时，此时拦污装置启动工作；

S6、此时由四轴机械臂带动着四爪抓手运动到垃圾处，然后四爪抓手抓取垃圾；

S7、如此循环S3至S6直至将整个水面上的水藻清理干净。

有益效果：本发明公开了一种全自动渠道用除藻收割作业船，通过同在收藻斗的内部安装了螺旋切割头进行对水藻切割，工作时刀片高速旋转切割水藻，切割装置结构简单，惯性力平衡，适用切割不同水藻，对水藻的适用性强，同时在切割装置的端部设置了摆动机构，主要带动着切割装置进行小幅度的摆动，加大切割的面积，同时在上仓体顶部安装了工业照相机，对水面的图像进行实时处理，保证了实时性，同时在上仓体和下仓体的外表面设置了太阳能板，能实时为作业船体提供动力，提高了作业船的续航时间。

附图说明

图1为本发明的整体结构图。

图2为本发明中的摆动机构的结构示意图。

图3为本发明中的除藻装置的侧视图。

图4为本发明中的储藻室的结构示意图。

图5为本发明中的旋转切割头局部放大图。

附图标记为：上仓体101、下仓体102、视觉辅助导航机构103、太阳能板104、行走轮105、摆动机构201、输送通道202、收藻斗203、驱动装置204、旋转切割头205、传送装置206、电动滚筒207、传送带208、套筒支架2011、传动杆2012、摆叉2013、摆杆轴环2014、吸藻口3、储藻室4、出料口5、螺旋推出器6、旋转伺服电机601、连接轴602、轴筒603、水藻抓手604、工业照相机701、控制箱702、卫星移动站703、GNSST天线704、四轴机械臂801、四爪抓手802。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

经过申请人的研究分析，现有技术的除藻收割作业船大都采往复式，这种切割装置由两组刀片组成，一组动刀和一组定刀，做往复运动，与定刀组进行相对运动，但是这样的结构对刀的材料和刀具安装精度较高、维修不方便。根据这些问题，申请人提出了一种全自动渠道用除藻收割作业船及其除藻方法，具体方案如下。

如图1所示，本发明公开了一种全自动渠道用除藻收割作业船及其除藻方法。其中一种全自动渠道用除藻收割作业船包括船体、除藻装置和拦污装置。

如图1至图5所示，一种全自动渠道用除藻收割作业船包括上仓体101、下仓体102、视觉辅助导航机构103、太阳能板104、行走轮105、摆动机构201、输送通道202、收藻斗203、驱动装置204、旋转切割头205、传送装置206、电动滚筒207、传送带208、套筒支架2011、传动杆2012、摆叉2013、摆杆轴环2014、吸藻口3、储藻室4、出料口5、螺旋推出器6、旋转伺服电机601、连接轴602、轴筒603、水藻抓手604、工业照相机701、控制箱702、卫星移动站703、GNSST天线704、四轴机械臂801、四爪抓手802。

其中船体，包括上仓体101和下仓体102，下仓体102通过活动门密封连接在所述上仓体101的上面，行走轮105设置在所述下仓体102的底板，视觉辅助导航机构103设置在所述上仓体101的顶部，太阳能板104设置在所述上仓体101的上表面和所述下仓体102的上表面上面，通过行走轮105将船体搬运到岸上，同时方便船体在岸上运输，通过安装太阳能板104，通过太阳能直接将光能转化为电能，同由于太阳能的产生不需要燃料，进而节省了运行成本，同时太阳能光伏发电不会产生任何废弃物，并且不会产生噪音、温室及有毒气体，是很理想的洁净能源，同时太阳能的发电部件没有运动部件，因此不易损坏，安装方便，维修简单。

所述视觉辅助导航机构103与上仓体101连接在一起，工业照相机701设置在所述上仓体101的顶部的、并且以5-15°角度朝下倾斜，控制箱702设置在所述上仓的体内部，卫星移动站703设置在所述控制箱702的内部，GNSSGNSST天线704固定安装在船体的后部MV-VS078FC的多种分辨模式的照相机，通过MV-VS078FC的工业照相机701负责采集行驶路径前方的环境信息，同时利用作业船后端的两个GNSSGNSST天线704，来实时卫星定位和视觉辅助导航的信息融合，所述GNSSGNSST天线704，一根固定安装在船体的后部，另一根固定在前面，两者都在船体的中轴线上，这样作业船的经纬度的坐标可以有位于作业船的后部GNSST天线704控制，其实时航向即为作业船后部的GNSST天线704指向作业船前部的GNSST天线704的方向，通过载波的相位差分进行检测航速，作业船前行时，工业相机获取作业船前方水面的水藻图像，利用工控机对图像进行处理和识别，并得到水面上水藻区域的中心线作为作业船前进的导航基准线，工业相机安装在船体中的上仓体101的最前端。MV-VS078FC高速数字工业相机，该型号工业相机使用数字面阵CCD逐行扫描的工作方式，获取的图像清晰度较高，采用标准镜头接口(CS口及C口)，传输速度较高且稳定，具有多种分辨率模式，占用内存较少，支持单台工控机接入多个工业相机该相机具有更高的灵敏度和分辨率、更低的系统噪声和较高的图像质量，不易失真，被广泛应用于工业生产在线检测、智能交通、机器视觉、军事科学和航天航空等众多领域。

其中所述摆动机构201与下仓体102连接在一起，输送通道202设置在所述摆动机构201的上面，收藻斗203设置在所述输送通道202的端部，驱动装置204设置在所述设置在所述收藻斗203的侧面，螺旋切割头设置在所述收藻斗203的上面、并且由与所述驱动装置204电性连接，设置在所述摆动机构201上面的输送通道202，设置在所述输送通道202端部的收藻斗203，设置在所述收藻斗203侧面的驱动装置204，以及设置在所述收藻斗203上的、并且与所述驱动装置204电性连接的螺旋切割头，其中所述输送通道202的内部设有传送装置206，电动滚筒207设置在输送通道的端部，传送带208设置在电动滚筒207的上面，吸藻口3设置在收藻斗203的上面、并且位于所述收藻斗203的侧面，所述吸藻口3与输送通道202相通，其中储藻室4设置在输送通道202的另一端，出料口5设置在所述储藻室4的底部，螺旋推出器6设置在所述储藻室4的内部，旋转伺服电机601固定安装在储藻室4的端部，连接轴602设置在所述旋转伺服电机601的转动部，轴筒603过盈配合套接在所述连接轴602的上面，水藻抓手604固定安装在轴筒603的上面，所述轴筒603上面设有若干个水藻抓手604，每个所述水藻抓手604与水藻抓手604之间间距相同呈交叉十字排布在轴筒603的上面；通过太阳能给驱动装置204带电，进而带动着螺旋切割头旋转进行切割水面的水藻，切割完毕的水藻旋转经过吸藻口3，进入输送通道202的传送上面，然后电动滚筒207启动，进而带动着水藻进入储藻室4内部的。

所述摆动机构201，包括套筒支架2011，所述套筒支架2011设置在下仓体102的底部，传动杆2012套接设置在套筒支架2011的上面，摆叉2013固定连接在所述传动杆2012的端部，摆杆轴环2014间隙配合安装在所述摆叉2013的下端，而所述收藻斗203的端部设有拦污装置；四轴机械臂801设置在所述收藻斗203的两侧，四爪抓手802转动连接在所述四轴机械臂801的端部，摆动过大会引起机器的振动加剧，为了减少震动，摆动机构201的摆角为5-15度的角度摆动，除藻的工作目的是清除水下游浮的游藻类，而水中会有塑料袋等一些垃圾飘在水面，为了减少漂浮物，在收藻斗203的端部设有拦污装置，拦污装置位于水面之间，当漂浮物聚集较多时，四爪抓手802把漂浮物带出水面，打捞上来。

在进一步实例中，一种全自动渠道用除藻收割作业船的工作方法，包括如下步骤：

S1、当进行除藻时，由行走轮105将船体输送到水中；S2、当船体运输到水中时，此时上仓体101顶部的视觉辅助导航机构103开启工作，由工业照相机701获取作业船前方水面的水藻图像，利用工控机进行图像处理和识别，并得到水面上水藻区域的中心线，得到作业船前进的导轨基准线，进而根据线性成像模型计算出水草驱动的相对作业船的目标航向角，然后将视觉参数和GPS导航参数进行信息融合；S3、此时下仓体102底部的除藻装置启动工作，通过驱动装置204带动着螺旋切割头进行旋转切割水藻，通过摆动机构201将旋转切割头205进行左右的摆动工作，进而对水藻进行切割；S4、此时切割下料来的水藻通过螺旋切割头旋转带入到吸藻口3，进而进入到传送通道上面的传送装置206上面，此时通过电动滚筒207驱动着皮带转到工作，进而由皮带将水藻运送到除藻室中；S5、此时当工业相机检测到水面上有除水藻之外的垃圾时，此时拦污装置启动工作；S6、此时由四轴机械臂801带动着四爪抓手802运动到垃圾处，然后四爪抓手802抓取垃圾；S7、如此循环S3至S6直至将整个水面上的水藻清理干净。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种全自动渠道用除藻收割作业船，其特征是，包括：

船体，包括上仓体和下仓体，所述上仓体和下仓体通过活动门连接并且密封，设置在所述下仓体底部用于船体在岸上搬运和运输的行走轮，设置在所述上仓体顶部的视觉辅助导航机构，以及设置在所述上仓体上表面和所述下仓体上表面的太阳能板；

除藻装置，包括设置在所述下仓体端部的能够角度调节的摆动机构，设置在所述摆动机构上面的输送通道，设置在所述输送通道端部的收藻斗，设置在所述收藻斗侧面的驱动装置，以及设置在所述收藻斗上的、并且与所述驱动装置电性连接的螺旋切割头；

所述输送通道的内部设有传送装置，所述传送装置，包括设置在输送通道端部的电动滚筒，设置在所述电动滚筒上面的传送带；

所述摆动机构，包括套筒支架，套接设置在套筒支架上面的传动杆，固定连接在所述传动杆端部的摆叉，以及间隙配合安装在所述摆叉下端的摆杆轴环；

所述摆动机构的摆动角度15-18度；

所述收藻斗的侧面设有吸藻口，且所述输送通道的端部与所述吸藻口相通；

所述输送通道的另一端设有储藻室，所述储藻室与所述输送通道的另一端相通，并且所述储藻室的底部设有出料口；

所述储藻室的内部设有螺旋推出器；

所述螺旋推出器，包括设置固定安装在储藻室端部、并且位于所述储藻室外表面的旋转伺服电机，设置在所述旋转伺服电机转动部的连接轴，过盈配合套接在所述连接轴上面的轴筒，固定安装在所述轴筒上面的水藻抓手；

所述轴筒上面设有若干个水藻抓手，每个所述水藻抓手与水藻抓手之间间距相同呈交叉十字排布在轴筒上面；

所述视觉辅助导航机构，包括设置在上仓体顶部的、并且以5-15°角度朝下倾斜的、负责采集行驶路径前方的环境信息的工业照相机，设置在所述上仓体内部的控制箱，以及设置在所述控制箱内部的卫星移动站，固定安装在船体后部的GNSS天线；

所述工业照相机采用具有多种分辨模式的型号是MV-VS078FC；

所述收藻斗的端部设有拦污装置；

所述拦污装置，包括设置在所述收藻斗两侧的四轴机械臂，以及转动连接在所述四轴机械臂端部的四爪抓手。

2.一种基于权利要求1所述的全自动渠道用除藻收割作业船的工作方法，其特征是，包括如下步骤：

S1、当进行除藻时，由行走轮将船体输送到水中；

S2、当船体运输到水中时，此时上仓体顶部的视觉辅助导航机构开启工作，由工业照相机获取作业船前方水面的水藻图像，利用工控机进行图像处理和识别，并得到水面上水藻区域的中心线，得到作业船前进的导轨基准线，进而根据线性成像模型计算出水藻区域的中心线相对作业船的目标航向角，然后将视觉参数和GPS导航参数进行信息融合；

S3、此时下仓体底部的除藻装置启动工作，通过驱动装置带动着螺旋切割头进行旋转切割水藻，通过摆动机构将旋转切割头进行左右的摆动工作，进而对水藻进行切割；

S4、此时切割下来的水藻通过螺旋切割头旋转带入到吸藻口，进而进入到输送通道上面的传送装置上面，此时通过电动滚筒驱动着皮带转到工作，进而由皮带将水藻运送到储藻室中；

S5、此时当工业相机检测到水面上有除水藻之外的垃圾时，此时拦污装置启动工作；

S6、此时由四轴机械臂带动着四爪抓手运动到垃圾处，然后四爪抓手抓取垃圾；

S7、如此循环S3至S6直至将整个水面上的水藻清理干净。

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