CN111535279B - 浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人，其包括基座本体，基座本体的上端面设置两根与桥底可旋转连接的拉杆，拉杆的下端与基座本体上端面设置的滑槽侧壁横向滑动连接，基座本体的正面左右对称设置视频采集与测距定位装置，视频采集与测距定位装置用于采集获取河面视频并利用图像处理技术确定垃圾方位，同时借助激光测距确定垃圾位置并计算到达时间；基座本体的背面设有直线导轨，直线导轨上设有滑动件，滑动件沿着直线导轨往复运动，滑动件的下端通过一转动轴连接有垃圾捕捞倾倒装置，垃圾捕捞倾倒装置设有用于清理河面上的垃圾的机械手。本发明利用机器识别技术，可在光照较好的条件下对激光测距定位进行有效的辅助。

Description

浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人

技术领域

本发明涉及清洁设备技术领域，尤其涉及浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人。

背景技术

采用固定位置的垃圾清理机器人，通过转动机械手进行捕捞，这种方法由于作业面积小，难以捕捞河面中央的垃圾；采用船体加机器人本体的清理机器人，由于需要推进机构、清扫机构、收集机构和控制装置，特别地由于船体本身和垃圾均在漂移，即便用传感器感知或者摄像头视觉发现识别垃圾，在捕捞过程中仍可能顾此失彼。

目前还没有采用扫描结构的水面漂浮垃圾清理机器人。现有技术中一种全自动水面垃圾清理机器人的执行装置（CN105887782B），该发明涉及一种全自动水面垃圾清理机器人的执行装置，包括外壳体、底板、升降板、倾倒板、电动推杆、直线导轨、滑块、隔板、动滑轮、转轴、定滑轮、升降电机和拦污机构等，该发明集垃圾收集和垃圾倾倒于一体，侧重拦污机构、倾倒板的设计。而一种水面漂浮垃圾收集机器人（CN108457260A），该发明包括船体、推进机构、收集机构、中央处理器、电源、遥控器以及无线通信模块。其核心是收集机构的设计，在船体两侧设置可展开/收回的U形臂，通过充气装置实现垃圾收集网的收缩和张开。以及 一种可移动扫描装置（CN109541707A），该发明公开了一种可移动的，门式框架的扫描装置，能够对通过门式框架的物品进行检测，扫描装置可相对于地面行走和转向。

现有技术的缺点主要有：（1）没有考虑内河的特点，以及水面漂浮垃圾的流动性和随机性。在移动的船舶上对大量移动垃圾识别、定位和跟踪困难。（2）没有考虑垃圾清理装置本身的覆盖范围。（3）没有考虑清理装置对河道的正常通航可能造成影响。针对这些缺点，本发明的目的是全天候、不受季节影响、尽可能地在流动的内河河面上捕捞全部垃圾，同时不影响内河河道的正常通航。

发明内容

本发明的目的在于提供浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人。

本发明采用的技术方案是：

浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人，其包括基座本体，基座本体的上端面两侧设置两根拉杆，两根拉杆的上端与桥底通过转轴可旋转连接，两根拉杆的下端与基座本体上端面对应设置的滑槽侧壁横向滑动连接，滑动通过步进电机控制，滑槽沿长度方向延伸，基座本体的正面左右对称各设置一个视频采集与测距定位装置，视频采集与测距定位装置用于采集获取河面视频并利用图像处理技术确定垃圾方位，同时借助激光测距确定垃圾位置并计算到达时间；基座本体的背面上下水平间隔设有两根直线导轨，两根直线导轨上滑动设有滑动件，滑动件沿着直线导轨往复运动，滑动件的下端通过一转动轴连接有垃圾捕捞倾倒装置，垃圾捕捞倾倒装置设有用于清理河面上的垃圾的机械手。

进一步地，桥底的转轴无驱动且可360°自由旋转。

进一步地，两根拉杆的下端设有连接杆并通过连接杆相对滑槽的侧壁滑动连接。

进一步地，两根拉杆的下端的连接杆的两头设有步进电机，通过两头步进电机的同步驱动可改连接杆在滑槽的位置，进而改变两根拉杆与基座本体的连接点，进而升降基座本体。

进一步地，视频采集与测距定位装置包括摄像头和激光测距模块阵列，摄像头用于采集水面的视频，激光测距模块阵列用于探测垃圾的相对位置和相对距离。

进一步地，滑动件包括步进电机和两个滑块，每个滑块分别在一直线导轨上滑动且两个滑块通过一连杆连接以同步运动，步进电机固定安装在滑块或者连杆上并驱动滑动件沿着直线导轨往复运动。

进一步地，垃圾捕捞倾倒装置包括转动臂和用于清理河面上的垃圾的机械手，转动臂的上端通过一转动轴与滑动件的下端滑块转动连接，转动臂由转动轴带动旋转，转动臂的下端与清理河面上的垃圾的机械手固定连接。

进一步地，机器人安装在桥面的正下方，且相对桥面左右对称各装一套机器人。

进一步地，基座本体底面两端分别设有一水位探测器，水位探测器的探针朝向水面设置。

本发明采用以上技术方案，在基座本体上等距部署激光测距模块用于测量上游垃圾与基座本体的方位。每个基座本体上各安装两个摄像头，用于采集水面的视频。每个基座本体有两根拉杆悬挂在桥下，两根拉杆与桥底通过转轴连接可以自由旋转，通过改变两根拉杆与基座本体的连接点，从而可以升降基座本体。基座本体的背面安装有直线导轨，直线导轨用来支撑和引导滑动件按给定的方向进行往复直线运动。捕捞与倾倒装置安装在滑动件的下方，滑动件在两个直线导轨上滑动，捕捞与倾倒装置通过步进电机旋转。将基座本体放到适当位置进行水位检测，可进行三个独立工作线程；线程1（水位检测与升降）：进行水位检测，主要通过水位探测器感知水位，通过改变两根拉杆与基座本体的连接点对基座本体的垂直高度进行调整。该线程用于解决因暴雨或者干旱导致水位升降而无法捕捞的情形。线程2（垃圾定位和捕捞）：通过上述摄像头采集河面视频，在已知河宽、视频分辨率和摄像头的位置的条件下可利用图像处理技术估算垃圾的方位。然后借助于激光测距模块阵列进一步确定垃圾的位置并估算到达时间。通过在直线轨道上移动垃圾捕捞倾倒装置在漂浮垃圾的下游等待捕捞。机械手捞到垃圾后，捕捞倾倒装置移到岸边，旋转转动轴释放垃圾后再复位返回。线程3（机器人收纳）：当系统接收到船舶要通行的命令时，通过改变两根拉杆与基座本体的连接点回收基座本体。

本发明可进行基座本体的正常升降，保障在旱涝情形下均可使用。基座本体能较好地收纳，不影响河道的通航。本发明采用扫描式移动方式，符合水面作业的特点，捕捞装置移动迅速，可提高捕捞的速度；本发明采用对称的直线轨道，基本在横向覆盖全部水面，可大大提高捕捞的效果。本发明捕捞操作简单，只有移动和旋转两种操作，因而提高系统工作的可靠性。本发明利用机器识别技术，可在光照较好的条件下对激光测距定位进行有效的辅助。系统在晚上虽然摄像头失效，但激光测距定位仍可工作，保障系统可全天候工作。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人的正面结构示意图；

图2为本发明浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人的俯视结构示意图；

图3为本发明浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人的背面结构示意图；

图4为本发明浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人的应用于水平桥面的使用状态示意图；

图5为本发明浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人的应用于拱形桥面的使用状态示意图；

图6为本发明浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人的控制原理示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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申请的限制。

如图1至图6之一所示，本发明公开了浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人，其包括基座本体1，基座本体1的上端面两侧设置两根拉杆2，两根拉杆2的上端与桥底通过转轴8可旋转连接，两根拉杆2的下端与基座本体1上端面对应设置的滑槽3侧壁横向滑动连接，滑动通过步进电机控制，滑槽3沿长度方向延伸，基座本体1的正面左右对称各设置一个视频采集与测距定位装置4，视频采集与测距定位装置4用于采集获取河面视频并利用图像处理技术确定垃圾方位，同时借助激光测距确定垃圾位置并计算到达时间；基座本体1的背面上下水平间隔设有两根直线导轨5，两根直线导轨5上滑动设有滑动件6，滑动件6沿着直线导轨5往复运动，滑动件6的下端连接有垃圾捕捞倾倒装置7。

进一步地，桥底的转轴8无驱动且可360°自由旋转。

进一步地，两根拉杆2的下端设有连接杆21并通过连接杆21相对滑槽3的侧壁滑动连接。

进一步地，两根拉杆2的下端的连接杆21的两头设有步进电机22，通过两头步进电机22的同步驱动可改变连接杆21在滑槽3的位置，进而改变两根拉杆2与基座本体1的连接点，进而升降基座本体1。

进一步地，视频采集与测距定位装置4包括摄像头41和激光测距模块阵列42，摄像头41用于采集水面的视频，激光测距模块阵列42用于探测垃圾的相对位置和相对距离。

进一步地，滑动件6包括步进电机61和两个滑块62，每个滑块62分别在一直线导轨5上滑动且两个滑块62通过一连杆63连接以同步运动，步进电机61固定安装在滑块62或者连杆63上并驱动滑动件6沿着直线导轨5往复运动。

进一步地，垃圾捕捞装置7包括转动臂71和用于清理河面上的垃圾的机械手72，转动臂71的上端通过一转动轴64与滑动件6的下端滑块62转动连接，转动臂71由转动轴64带动旋转，转动臂71的下端与清理河面上的垃圾的机械手72固定连接。

进一步地，机器人安装在桥面的正下方，且相对桥面左右对称各装一套机器人。

进一步地，基座本体底面两端分别设有一水位探测器9，水位探测器9的探针朝向水面设置。

具体地，如图4所示，本发明浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人的应用于水平桥面的使用状态示意图；如图5所示，本发明浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人的应用于拱形桥面的使用状态示意图。

如图6所示，机器人系统初始化后，启动三个独立工作线程。线程1（水位检测与升降）：进行水位检测，主要通过水位探测器9感知水位，通过改变两根拉杆2与基座本体1的连接点对基座本体1的垂直高度进行调整。该线程用于解决因暴雨或者干旱导致水位升降而无法捕捞的情形。线程2（垃圾定位和捕捞）：通过上述摄像头41采集河面视频，在已知河宽、视频分辨率和摄像头的位置的条件下可利用图像处理技术估算垃圾的方位。然后借助于激光测距模块阵列42进一步确定垃圾的位置并估算到达时间。通过在直线轨道5上移动垃圾捕捞倾倒装置7在漂浮垃圾的下游等待捕捞。机械手72捞到垃圾后，捕捞倾倒装置7移到岸边，旋转转动轴64释放垃圾后再复位返回。线程3（机器人收纳）：当系统接收到船舶要通行的命令时，通过改变两根拉杆2与基座本体1的连接点回收基座本体。

本发明采用以上技术方案，在基座本体1上等距部署激光测距模块阵列42用于测量上游垃圾与基座本体1的方位。每个基座本体1上各安装两个摄像头41，用于采集水面的视频。每个基座本体1有两根拉杆2悬挂在桥下，两根拉杆2与桥底通过转轴8连接，改变两根拉杆2与基座本体1的连接点，可以升降基座本体1。基座本体1的背面安装有直线导轨5，直线导轨5用来支撑和引导滑动件6按给定的方向进行往复直线运动。捕捞与倾倒装置7安装在滑动件6的下方，滑动件6在两个直线导轨5上滑动，捕捞与倾倒装置7通过步进转动轴64旋转。

本发明可进行基座本体1的正常升降，保障在旱涝情形下均可使用。基座本体1能较好地收纳，不影响河道的通航。本发明采用扫描式移动方式，符合水面作业的特点，捕捞装置移动迅速，可提高捕捞的速度；本发明采用对称的直线轨道，基本在横向覆盖全部水面，可大大提高捕捞的效果。本发明捕捞操作简单，只有移动和旋转两种操作，因而提高系统工作的可靠性。本发明利用机器识别技术，可在光照较好的条件下对激光测距定位进行有效的辅助。系统在晚上虽然摄像头41失效，但激光测距定位仍可工作，保障系统可全天候工作。

此外，在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (4)

1.浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人，其特征在于：其包括基座本体，基座本体的上端面的两侧设置两根拉杆，两根拉杆的上端与桥底通过转轴可旋转连接，两根拉杆的下端与基座本体上端面对应设置的滑槽侧壁横向滑动连接，两根拉杆的下端设有连接杆并通过连接杆相对滑槽的侧壁滑动连接；两根拉杆的下端的连接杆的两头设有步进电机，滑槽沿长度方向延伸，通过两头步进电机同步驱动可改变连接杆在滑槽的位置，进而改变两根拉杆与基座本体的连接点，进而升降基座本体；基座本体的正面左右对称各设置一个视频采集与测距定位装置，视频采集与测距定位装置用于采集获取河面视频并利用图像处理技术确定垃圾方位，同时借助激光测距确定垃圾位置并计算到达时间，视频采集与测距定位装置包括摄像头和激光测距模块阵列，摄像头用于采集水面的视频，激光测距模块阵列用于探测垃圾的相对位置和相对距离；基座本体的背面上下水平间隔设有两根直线导轨，两根直线导轨上滑动设有滑动件，滑动件沿着直线导轨往复运动，滑动件的下端通过一转动轴连接有垃圾捕捞倾倒装置，垃圾捕捞倾倒装置包括转动臂和用于清理河面上的垃圾的机械手，转动臂的上端通过一转动轴与滑动件的下端滑块转动连接，转动臂由转动轴带动旋转，转动臂的下端与清理河面上的垃圾的机械手固定连接；基座本体底面两端分别设有一水位探测器，水位探测器的探针朝向水面设置；

机器人系统初始化后，启动三个独立工作线程；

线程1：进行水位检测，主要通过水位探测器感知水位，通过改变两根拉杆与基座本体的连接点对基座本体的垂直高度进行调整；

线程2：通过上述摄像头采集河面视频，在已知河宽、视频分辨率和摄像头的位置的条件下可利用图像处理技术估算垃圾的方位；然后借助于激光测距模块阵列进一步确定垃圾的位置并估算到达时间，通过在直线导轨上移动垃圾捕捞倾倒装置在漂浮垃圾的下游等待捕捞；

线程3：当系统接收到船舶要通行的命令时，通过改变两根拉杆与基座本体的连接点回收基座本体。

2.根据权利要求1所述的浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人，其特征在于：桥底的转轴无驱动且可360°自由旋转。

3.根据权利要求1所述的浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人，其特征在于：滑动件包括步进电机和两个滑块，两个滑块分别在上下两根直线导轨上滑动且两个滑块通过一连杆连接以同步运动，步进电机固定安装在滑块或者连杆上并驱动滑动件沿着直线导轨往复运动。

4.根据权利要求1所述的浮动扫描式内河漂浮垃圾清理机器人，其特征在于：机器人安装在桥面的正下方，且相对桥面左右对称各装一套机器人。

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