CN111959697A - 一种水面水下多角度清理垃圾机器 - Google Patents

Abstract

一种水面水下多角度清理垃圾机器，包括：壳体、螺旋桨部分、浮沉机构、吸污部分和智能无线控制器；其通过浮沉机构和螺旋桨部分的相互配合，实现了一台机器同时水面水下多角度复合清理垃圾的功能，大大增加了清理效率，将两种机器功能融为一体，降低经济成本；通过4个转向支撑复合叶轮，通过转向叶轮的分时驱动以及正反转可实现垃圾清理装置任意方向任意角度平移和旋转，增加灵活性，当遇到特殊情况时又可作为轮子带动装置移动，并起到支撑的作用。

Description

一种水面水下多角度清理垃圾机器

技术领域

本发明涉及环保和垃圾清理技术领域，特别涉及一种水面水下多角度清理垃圾机器。

背景技术

水中垃圾污染是目前比较常见的污染，垃圾在水中严重威胁着鱼类等生物的安全，而人工清理水中的垃圾费时费力，为此，人们发明了一下水上清理垃圾设备，例如专利号：2017113808477的中国发明专利公开了了一种具备污染物收集功能的湖泊污水处理装置，包括位于船体下方的污水处理装置主体，船体的底部焊接有底板，底板的底部开设有凹槽，凹槽的一侧内壁上开设有转动槽，凹槽的另一侧内壁上开设有安装槽，安装槽的顶部内壁和底部内壁上焊接有同一个限位板， 限位板上开设有限位孔，安装槽远离安装槽槽口的一侧内壁上固定安装有第一驱动电机，第一驱动电机的输出轴上焊接有第一连接轴，其将污水处理装置主体放置于湖泊中，然后利用第一驱动电机可以调节污水处理装置主体的高度，并通过第二驱动电机和进水孔对湖泊内的污染物进行收集，且操作简单；

但上述示例的清理装置只能清理水下的垃圾，对于水面漂浮的垃圾则无法清理，因此，还需单独配置水面垃圾清理机器，从而增加清理成本；而且水下水底情况复杂，通过轮子、履带等方式移动，前进阻力大，增加功耗，变相降低了垃圾清理装置在水下的工作时间，同时单一角度清理垃圾装置在清理工作中具有局限性，导致吸污能力较差，同时其吸取的垃圾无法有效储存，一旦叶片失去动力，垃圾很容易再次流入水中；

因此，我们急需发明一种吸污能力好，能够在水面水下多角度清理垃圾并防止垃圾再次流入水中的水面水下多角度清理垃圾机器来解决上述技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发提供一种水面水下多角度清理垃圾机器，其通过浮沉机构和螺旋桨部分的相互配合，实现了一台机器同时水面水下多角度复合清理垃圾的功能，大大增加了清理效率，将两种机器功能融为一体，降低经济成本；通过4个转向支撑复合叶轮，通过转向叶轮的分时驱动以及正反转可实现垃圾清理装置任意方向任意角度平移和旋转，增加灵活性，当遇到特殊情况时又可作为轮子带动装置移动，并起到支撑的作用。

本发明所使用的技术方案是：一种水面水下多角度清理垃圾机器，包括：壳体、螺旋桨部分、浮沉机构、吸污部分和智能无线控制器；

所述壳体为正方体空壳结构，所述螺旋桨部分安装在壳体上，用以驱动整个机器在水中行走转向；所述浮沉机构设置在壳体内部，用以实现整个机器在水中的升降；所述吸污部分用以吸取水中的垃圾，所述智能无线控制器安装在所述壳体前侧，用以控制整个机器；

所述浮沉机构包括：液化储气罐、气管、供气阀、排气阀、柱塞式浮沉筒、排气口和通孔；

所述壳体内部上层装有两个液化储气罐，两个液化储气罐通过气管和供气阀与两个柱塞式浮沉筒前端的进气口相连通，供气阀后端气管分支上装有排气阀，排气阀另一端与排气口相连通，柱塞式浮沉筒内装有可在桶内轴向移动的柱塞，柱塞式浮沉筒尾部开设有通孔，通孔穿透壳体与外部相连通；随着柱塞式浮沉筒内气压的变化，柱塞在柱塞式浮沉筒内移动，从而改变柱塞式浮沉筒内气体的体积，以调节机器整体的浮力大小；

所述吸污部分：吸污口、齿轮机构、内开单向门、吸污筒、吸污活塞、曲柄滑块机构、吸污驱动电机、外开单向门和储污腔；所述吸污口整体呈喇叭型，其根部为圆管型，与外壳前端外端轴孔式连接，可360°旋转；吸污口的圆管处与齿轮机构相连接，齿轮机构驱动吸污口旋转；所述吸污筒前端端面通过内开单向门与吸污口相连通，吸污筒靠近前端的左侧通过转接方管装有外开单向门，外开单向门外开侧为储污腔，吸污筒内装有吸污活塞，吸污驱动电机通过曲柄滑块机构与吸污活塞相连接；

当需要水面吸污时，打开供气阀，关闭排气阀，柱塞式浮沉筒内充满气体，从而使整个机器上浮至水面，通过齿轮机构调节吸污口开口朝上接触到水面，启动吸污驱动电机将污物送到储污腔中；当需要水下吸污时，关闭供气阀，打开排气阀，水从柱塞式浮沉筒尾部的通孔流入柱塞式浮沉筒内，从而使整个机器下沉至水下，通过齿轮机构调节吸污口的方向，启动吸污驱动电机将污物送到储污腔中。

进一步地，所述螺旋桨部分包括：转向叶轮、转向叶轮电机、驱动叶轮和驱动叶轮电机；

所述转向叶轮共有四个，四个转向叶轮分别安装在壳体两侧面接近正方体空壳结构四个底角的地方；所述转向叶轮通过转向叶轮电机驱动，转向叶轮电机固定安装在壳体内部，所述螺旋桨部分的驱动叶轮安装在壳体尾部，驱动叶轮通过驱动叶轮电机驱动，驱动叶轮电机固定安装在壳体内部。

进一步地，所述齿轮机构包括：齿轮和角度调节电机；

吸污口的圆管上装有齿轮，与角度调节电机上安装的齿轮相啮合，所述角度调节电机固定安装在壳体内部。

进一步地，所述曲柄滑块机构包括：连杆A、连杆B和曲柄杆；

所述连杆A一端与吸污驱动电机的电机轴相连接，另一端与连杆B的一端相铰接，连杆B的另一端与曲柄杆的一端相铰接，曲柄杆的另一端与吸污活塞相连接。

进一步地，所述壳体顶部设置有上盖，底部设置有刀架；所述刀架呈锥面形状，其顶部与外壳固定连接，上盖与外壳可拆卸的密封连接。

进一步地，所述储污腔内设置有过滤筛网。

由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：

（1）本发明通过浮沉机构和螺旋桨部分的相互配合，实现了一台机器同时水面水下多角度复合清理垃圾的功能，大大增加了清理效率，将两种机器功能融为一体，降低经济成本；

（2）水下水底情况复杂，通过轮子、履带等方式移动，前进阻力大，增加功耗，变相降低了垃圾清理装置在水下的工作时间，本发明装有刀架，通过驱动叶轮给予动力，刀架可在水底像鱼一样穿梭，耗能低，灵活方便，提高了清理效率，节约了能源；

（3）水底水面环境复杂，单一角度清理垃圾装置在清理工作中具有局限性，本发明的吸污器可360旋转，当遇到拐角、死角等复杂情况时，调节吸污器的角度便可以达到清理的目的，从而提高了清理效率；

（4）本发明独创的通过4个转向支撑复合叶轮，通过转向叶轮的分时驱动以及正反转可实现垃圾清理装置任意方向任意角度平移和旋转，增加灵活性，当遇到特殊情况时又可作为轮子带动装置移动，并起到支撑的作用。

附图说明

图1为本发明的隐藏上盖后整体结构示意图。

图2为本发明的整体结构示意图。

图3为本发明浮沉机构的结构示意图。

图4-5为本发明螺旋桨部分和吸污部分的结构示意图

图6为本发明图4中A处的局部放大示意图。

图7为本发明图4中B处的局部放大示意图。

图8-9为本发明另一角度的整体结构示意图。

附图标号：1-壳体；2-螺旋桨部分；3-浮沉机构；4-吸污部分；5-上盖；6-刀架；201-转向叶轮；202-转向叶轮电机；203-驱动叶轮；204-驱动叶轮电机；301-液化储气罐；302-气管；303-供气阀；304-排气阀；305-柱塞式浮沉筒；306-排气口；307-通孔；401-吸污口；402-齿轮机构；403-内开单向门；404-吸污筒；405-吸污活塞；406-曲柄滑块机构；407-吸污驱动电机；408-外开单向门；409-储污腔；4021-齿轮；4022-角度调节电机；4061-连杆A；4062-连杆B；4063-曲柄杆；4091-过滤筛网。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员能够在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

实施例，如图1-9所示，一种水面水下多角度清理垃圾机器，包括：壳体1、螺旋桨部分2、浮沉机构3、吸污部分4和智能无线控制器；

壳体1为正方体空壳结构，螺旋桨部分2安装在壳体1上，用以驱动整个机器在水中行走转向；浮沉机构3设置在壳体1内部，用以实现整个机器在水中的升降；吸污部分4用以吸取水中的垃圾，智能无线控制器安装在壳体1前侧，用以控制整个机器；智能无线控制器包括，无线信号接收发射器、摄像头和PLC控制器；通过摄像头观察工作环境，并通过无线信号接收发射器实时与地面控制中心进行信号传输，通过PLC控制器控制整个机器的动力元件；

浮沉机构3包括：液化储气罐301、气管302、供气阀303、排气阀304、柱塞式浮沉筒305、排气口306和通孔307；壳体1内部上层装有两个液化储气罐301，两个液化储气罐301通过气管302和供气阀303与两个柱塞式浮沉筒305前端的进气口相连通，供气阀303后端气管302分支上装有排气阀304，排气阀304另一端与排气口306相连通，柱塞式浮沉筒305内装有可在桶内轴向移动的柱塞，柱塞式浮沉筒305尾部开设有通孔307，通孔307穿透壳体1与外部相连通；随着柱塞式浮沉筒305内气压的变化，柱塞在柱塞式浮沉筒305内移动，从而改变柱塞式浮沉筒305内气体的体积，以调节机器整体的浮力大小；

吸污部分4：吸污口401、齿轮机构402、内开单向门403、吸污筒404、吸污活塞405、曲柄滑块机构406、吸污驱动电机407、外开单向门408和储污腔409；吸污口401整体呈喇叭型，其根部为圆管型，与外壳前端外端轴孔式连接，可360°旋转；吸污口401的圆管处与齿轮机构402相连接，齿轮机构402驱动吸污口401旋转；吸污筒404前端端面通过内开单向门403与吸污口401相连通，吸污筒404靠近前端的左侧通过转接方管装有外开单向门408，外开单向门408外开侧为储污腔409，吸污筒404内装有吸污活塞405，吸污驱动电机407通过曲柄滑块机构406与吸污活塞405相连接；

齿轮机构402包括：齿轮4021和角度调节电机4022；吸污口401的圆管上装有齿轮4021，与角度调节电机4022上安装的齿轮4021相啮合，角度调节电机4022固定安装在壳体1内部；

曲柄滑块机构406包括：连杆A4061、连杆B4062和曲柄杆4063；连杆A4061一端与吸污驱动电机407的电机轴相连接，另一端与连杆B4062的一端相铰接，连杆B4062的另一端与曲柄杆4063的一端相铰接，曲柄杆4063的另一端与吸污活塞405相连接；

当需要水面吸污时，打开供气阀303，关闭排气阀304，柱塞式浮沉筒305内充满气体，且筒内柱塞向尾部移动最终靠气压实现柱塞式浮沉筒305的完全密封，此时垃圾清理机器上浮至水面，驱动角度调节电机4022，通过齿轮4021使得吸污口401开口朝上接触到水面，启动吸污驱动电机407，吸污活塞405往复运动，当吸污活塞405由前端向后端运动时，吸污筒404内为负压，内开单向门403打开，外开单向门408关闭，污物通过吸污口401进入到吸吸污筒404，当吸污活塞405由后端向前端运动时，内开单向门403关闭，外开单向门408打开，污物被推送到储污腔409内；吸污活塞405往复运动的同时，可驱动角度调节电机4022实现吸污口401多角度工作；

当需要水下吸污时，关闭供气阀303，打开排气阀304，柱塞式浮沉筒305内气体被排除，气压下降内部柱塞向左侧移动，脱离端面，密封失效，水通过通孔307进入到柱塞式浮沉筒305内，将垃圾清理机器下沉至水底，吸污过程与在水面的吸污过程相同。

本发明实施例的一个可选实施方式中，如图4所示，螺旋桨部分2包括：转向叶轮201、转向叶轮电机202、驱动叶轮203和驱动叶轮电机204；

转向叶轮201共有四个，四个转向叶轮201分别安装在壳体1两侧面接近正方体空壳结构四个底角的地方；转向叶轮201通过转向叶轮电机202驱动，转向叶轮电机202固定安装在壳体1内部，螺旋桨部分2的驱动叶轮203安装在壳体1尾部，驱动叶轮203通过驱动叶轮电机204驱动，驱动叶轮电机204固定安装在壳体1内部；启动驱动叶轮电机204实现垃圾清理机器向前移动，分时驱动转向叶轮电机202，可实现垃圾清理机器的原地转向、拐弯、平移等多种运动方式；当装置行走至土壤松软处，装置继续下沉，四个转向叶轮201轮外圈的圆环与水底接触，实现了支撑的功能避免垃圾清理机器陷入淤泥中。

本发明实施例的一个可选实施方式中，如图8-9所示，壳体1顶部设置有上盖5，底部设置有刀架6；刀架6呈锥面形状，其顶部与外壳1固定连接，上盖5与外壳1可拆卸的密封连接；当垃圾清理机器下降到水底时，刀架6与水底接触，转向叶轮201与水底保持移动距离，降低被水草等杂物缠绕的概率，驱动叶轮203向前行走给予刀架6动力，刀架6可在水底像鱼一样穿梭，耗能低，灵活方便，提高了清理效率，节约了能源；储污腔409内设置有过滤筛网4091；垃圾清理完成后，将清理机器提升出水面，储污腔409内的水分将通过过滤筛网4091排除，污物保留。

Claims (6)

1.一种水面水下多角度清理垃圾机器，其特征在于，包括：壳体（1）、螺旋桨部分（2）、浮沉机构（3）、吸污部分（4）和智能无线控制器；

所述壳体（1）为正方体空壳结构，所述螺旋桨部分（2）安装在壳体（1）上，用以驱动整个机器在水中行走转向；所述浮沉机构（3）设置在壳体（1）内部，用以实现整个机器在水中的升降；所述吸污部分（4）用以吸取水中的垃圾，所述智能无线控制器安装在所述壳体（1）前侧，用以控制整个机器；

所述浮沉机构（3）包括：液化储气罐（301）、气管（302）、供气阀（303）、排气阀（304）、柱塞式浮沉筒（305）、排气口（306）和通孔（307）；

所述壳体（1）内部上层装有两个液化储气罐（301），两个液化储气罐（301）通过气管（302）和供气阀（303）与两个柱塞式浮沉筒（305）前端的进气口相连通，供气阀（303）后端气管（302）分支上装有排气阀（304），排气阀（304）另一端与排气口（306）相连通，柱塞式浮沉筒（305）内装有可在桶内轴向移动的柱塞，柱塞式浮沉筒（305）尾部开设有通孔（307），通孔（307）穿透壳体（1）与外部相连通；随着柱塞式浮沉筒（305）内气压的变化，柱塞在柱塞式浮沉筒（305）内移动，从而改变柱塞式浮沉筒（305）内气体的体积，以调节机器整体的浮力大小；

所述吸污部分（4）：吸污口（401）、齿轮机构（402）、内开单向门（403）、吸污筒（404）、吸污活塞（405）、曲柄滑块机构（406）、吸污驱动电机（407）、外开单向门（408）和储污腔（409）；所述吸污口（401）整体呈喇叭型，其根部为圆管型，与外壳前端外端轴孔式连接，可360°旋转；吸污口（401）的圆管处与齿轮机构（402）相连接，齿轮机构（402）驱动吸污口（401）旋转；所述吸污筒（404）前端端面通过内开单向门（403）与吸污口（401）相连通，吸污筒（404）靠近前端的左侧通过转接方管装有外开单向门（408），外开单向门（408）外开侧为储污腔（409），吸污筒（404）内装有吸污活塞（405），吸污驱动电机（407）通过曲柄滑块机构（406）与吸污活塞（405）相连接；

当需要水面吸污时，打开供气阀（303），关闭排气阀（304），柱塞式浮沉筒（305）内充满气体，从而使整个机器上浮至水面，通过齿轮机构（402）调节吸污口（401）开口朝上接触到水面，启动吸污驱动电机（407）将污物送到储污腔（409）中；当需要水下吸污时，关闭供气阀（303），打开排气阀（304），水从柱塞式浮沉筒（305）尾部的通孔流入柱塞式浮沉筒（305）内，从而使整个机器下沉至水下，通过齿轮机构（402）调节吸污口（401）的方向，启动吸污驱动电机（407）将污物送到储污腔（409）中。

2.根据权利要求1所述一种水面水下多角度清理垃圾机器，其特征在于，所述螺旋桨部分（2）包括：转向叶轮（201）、转向叶轮电机（202）、驱动叶轮（203）和驱动叶轮电机（204）；

所述转向叶轮（201）共有四个，四个转向叶轮（201）分别安装在壳体（1）两侧面接近正方体空壳结构四个底角的地方；所述转向叶轮（201）通过转向叶轮电机（202）驱动，转向叶轮电机（202）固定安装在壳体（1）内部，所述螺旋桨部分（2）的驱动叶轮（203）安装在壳体（1）尾部，驱动叶轮（203）通过驱动叶轮电机（204）驱动，驱动叶轮电机（204）固定安装在壳体（1）内部。

3.根据权利要求1所述一种水面水下多角度清理垃圾机器，其特征在于，所述齿轮机构（402）包括：齿轮（4021）和角度调节电机（4022）；

吸污口（401）的圆管上装有齿轮（4021），与角度调节电机（4022）上安装的齿轮（4021）相啮合，所述角度调节电机（4022）固定安装在壳体（1）内部。

4.根据权利要求1所述一种水面水下多角度清理垃圾机器，其特征在于，所述曲柄滑块机构（406）包括：连杆A（4061）、连杆B（4062）和曲柄杆（4063）；

所述连杆A（4061）一端与吸污驱动电机（407）的电机轴相连接，另一端与连杆B（4062）的一端相铰接，连杆B（4062）的另一端与曲柄杆（4063）的一端相铰接，曲柄（4063）的另一端与吸污活塞（405）相连接。

5.根据权利要求1-4任意一项权利所述一种水面水下多角度清理垃圾机器，其特征在于，所述壳体（1）顶部设置有上盖（5），底部设置有刀架（6）；所述刀架（6）呈锥面形状，其顶部与外壳（1）固定连接，上盖（5）与外壳（1）可拆卸的密封连接。

6.根据权利要求5所述一种水面水下多角度清理垃圾机器，其特征在于，所述储污腔（409）内设置有过滤筛网（4091）。

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