CN113089610A - 一种用于小型开放水域的全智能浮式垃圾清理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于小型开放水域的全智能浮式垃圾清理装置，包括浮体、打捞组件、水下推进器、驱动装置、图像采集装置和控制器，控制器与图像采集装置、驱动装置相连，驱动装置与打捞组件、水下推进器相连；打捞组件包括滚筒和分布于滚筒外侧壁的打捞盒，打捞盒的顶部开口，侧壁开设有镂空孔洞，底部设有打捞板；滚筒内部设有收集箱，驱动装置驱动滚筒逆时针旋转，垃圾进入打捞盒后进入收集箱内。本发明通过智能图像识别系统，可实现智能识别、智能收集水面漂浮垃圾一体化的全智能垃圾清理装置，适用于旅游景点水域及养殖水域等垃圾经过或垃圾集中的区域，适用性强。

Description

一种用于小型开放水域的全智能浮式垃圾清理装置

技术领域

本发明涉及垃圾清理设备，特别是涉及一种漂浮垃圾清理装置。

背景技术

目前，对于封闭或小型水域垃圾清理研究较少，水上垃圾清理主要以人工清理为主。虽然目前国内外研发出的垃圾清理船种类繁多，但大都是定位于大面积水域的垃圾清理，且存在打捞效率低、成本高、安全性低、智能化程度低、清理设备少等等问题，不能对水体的清洁作进一步的优化。

因此为了保护小面积开放水域的生态环境，需尽快设计了一种适用于旅游及养殖水域的全智能浮式漂浮垃圾清理装置，用于自动清理水面小型的悬浮物(如浮萍、塑料、果皮等)。

发明内容

发明目的：为了解决传统的垃圾清理打捞效率低、智能化程度低、成本高、安全性低等问题，本发明的目的是提供一种小型开放水域的全智能浮式垃圾清理装置，可以实现全自动清理水域的各种漂浮垃圾。

技术方案：本发明提供的一种用于小型开放水域的全智能浮式垃圾清理装置，其包括浮体、打捞组件、水下推进器、驱动装置、图像采集装置和控制器，图像采集装置用于识别水域的漂浮垃圾，控制器与图像采集装置、驱动装置相连，驱动装置与打捞组件、水下推进器相连；打捞组件包括滚筒和安装于滚筒外壁的打捞盒，打捞盒的顶部开口，侧壁开设有镂空孔洞，底部设有打捞板；滚筒内部设有垃圾收集箱，驱动装置驱动滚筒逆时针旋转，打捞盒收集垃圾并送入收集箱内。浮体用于提供整体装置必要的浮力；可选的，图像采集装置安装于浮体前端，图像采集装置用于智能识别漂浮垃圾；打捞组件的打捞盒三侧镂空，在水流推力和驱动装置提供的动力下可逆时针转动。

其中，打捞组件位于浮体下方的中间位置，且打捞组件的下三分之一部分位于装置的吃水线以下；收集箱位于吃水线以上，且U型垃圾收集箱的开口角度约在水平线30°到120°之间，以防垃圾逃逸，收集箱与两侧浮体相连，浮体内侧镂空可作为拓展垃圾箱。

优选地，打捞组件位于浮体下方的中间位置，浮体内部开设有前后舱室，前舱室设有左舱室和右舱室，左右舱室位于垃圾收集箱的两侧，并与垃圾收集箱相连通。其中舱室内部掏空，前舱室与中间打捞组件的垃圾收集箱相连，也可用于外部的垃圾拓展储藏室；后舱室的左右两个舱室，其中一个舱室可用于放置电源和驱使皮带轮的小功率电机，另一个舱室用于放置驱使水下推进器的略大功率电机。

其中，浮体内部设有舱室，舱室对称设于收集箱的两侧。优选地，浮体底部中间位置设有条状凹槽，打捞组件安装于凹槽内，凹槽侧壁安装有皮带轮，安装位置位于后舱室的外侧；皮带轮上安装有皮带，皮带与滚筒一端相连；后舱室内设有电机，电机驱动皮带轮转动，通过皮带传动以驱动打捞组件旋转运动。

优选地，水下推进器安装于浮体的下方尾部，推进器包括转轴和螺旋桨，推进器的驱动装置安装于后舱体内。

优选地，装置的前端向外延伸有收集板，收集板对称安装于左右两侧。收集板通过向外延伸的方式可有效扩大垃圾收集区域。

优选地，若干个打捞盒均匀固定于滚筒外壁，打捞盒开口的方向一致。

其中，水下推进器安装于浮体的下方尾部，推进器包括转轴和螺旋桨。该装置上所述电动螺旋桨推进器位于装置最下方，可以实现水下360度旋转。动力由锂电池和太阳能电池板提供。

优选地，装置的外壳呈流线型，且外壳表面覆盖有太阳能电池板。装置的整体外形为流线型，以减少水体对机器人表面造成的阻力，机器人外壳(顶部和两侧)覆盖太阳能电池板。

优选地，为增强抗腐蚀性、减少水生物的附着以及增强整体装置的韧性，所述打捞组件和垃圾收集箱均采用高分子PEEK塑料材料制成，水下螺旋桨推进器的转轴采用 PTFE材料制成。

进一步地，所述收集板板位于装置的最前端，图像采集装置安装于装置前侧，浮体位于装置两侧，用于提供整体装置的浮力，浮体分前后两个舱室；所述打捞组件位于浮体中间，且组件下三分之一部分位于吃水线之下，内设垃圾收集箱，收集箱与两侧浮体两连，用于储存收集的垃圾；所述电动皮带位于打捞组件的后部，与打捞组件相连接，为打捞组件的旋转工作提供动力；所述电动螺旋桨推进器位于装置最下方，可以实现水下360度旋转。

该装置的控制方法包括：所述图像采集装置用于识别水域的漂浮垃圾，并且自动规划出最佳行驶路径，然后将所有信号传输至控制器，控制器发送信号至驱动装置，驱动水下推进器和打捞组件的运行，打捞组件在水流推力和电动双重推力下逆时针旋转，漂浮垃圾经打捞盒带出水面并进入收集箱内。进一步地，所述图像采集装置也有自动识别障碍物的功能，对于行驶过程中出现的障碍物，能实现自主避障，增加漂浮垃圾打捞的效率。

有益效果：

(1)本发明通过智能识别自动收集浮式垃圾布置，适用于小面积开放水域垃圾集中区域，也可用于湖泊河流旅游景点的浮式垃圾清理；并能够实现垃圾收集自动化，收集效率高；还可通过手机电脑进行不同水域的远程操控。

(2)本发明通过智能图像识别系统，可实现智能识别、智能收集水面漂浮垃圾一体化的全智能垃圾清理装置，适用于旅游景点水域及养殖水域等垃圾经过或垃圾集中的区域，适用性强；

(3)本发明解决了传统的垃圾打捞船难以解决的小型水面悬浮物的问题(如浮萍、塑料、果皮等)，清理效率高，安全性可靠；

(4)本发明动力来源于电源(锂电池)和太阳能电池板，清洁能源且寿命长，经济性好；

(5)本发明的全智能浮式垃圾清理装置结合仿生设计，一体化程度高，解决了传统的垃圾清理打捞效率低、智能化程度低、成本高、安全性低等问题，可用于如旅游及养殖水域等小型开放水域的漂浮垃圾高效清理，对清理水域的扰动小，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图。

图2是本发明的整体结构俯视图。

图3是本发明的整体结构侧仰视图。

图4是图1的A-A剖视图。

图5是图1的B-B剖视图。

图6是打捞组件的结构示意图；其中，图(a)是打捞组件的三维结构示意图，图(b)是打捞组件的主视图，图(c)是图(b)的A-A剖视图，图(d)是图(b)的B-B剖视图。

图7是电动螺旋桨的结构示意图；其中，图(a)是电动螺旋桨的三维结构示意图，图(b)是电动螺旋桨的主视图。

附图中：1、浮体；101、第一舱室；102、第二舱室；103、第三舱室；104、第四舱室；2、打捞组件；201、滚筒；202、打捞盒；203、打捞板；204、孔洞；3、垃圾收集箱；4、水下推进器；401、连接杆；402、转轴；403、螺旋桨；5、电动皮带轮；6、图像采集装置；7、收集板；8、侧板；9、底板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步地详细描述。

如图1～5所示为本发明的一种用于小型开放水域的全智能浮式垃圾清理装置，装置的整体外形为流线型，顶部呈弧形；装置的外壳(顶部和两侧)均覆盖有太阳能电池板。

该全智能浮式垃圾清理装置包括浮体1、打捞组件2、水下推进器4、驱动装置、图像采集装置6和控制器(图中未示出)，控制器与图像采集装置6、驱动装置相连，驱动装置与打捞组件2、水下推进器4相连。装置的上部分为浮体1，浮体用于提供整体装置的浮力；装置最前端固定安装有收集板7，图像采集装置6安装于装置前侧，打捞组件2 安装于浮体中下方，水下推进器4安装于浮体的最下方位置，水下推进器4可以实现水下 360度旋转。

浮体1内部开设有位于左右两侧的舱体，每侧均设有前后两个舱室，即第一舱室101、第二舱室102、第三舱室103、第四舱室104，第一舱室101和第二舱室102为浮体前舱室，第三舱室103和第四舱室104为浮体后舱体。浮体1的底部中间位置开设有长条状凹槽，打捞组件2固定安装于凹槽内部，即位于浮体的下方的中间位置，且打捞组件下三分之一部分位于吃水线之下。打捞组件2包括滚筒201和均布于滚筒外壁的六个打捞盒202，打捞盒的顶部开口，六个打捞盒的开口方向一致，且打捞盒侧壁开设有镂空孔洞 204，底部安装有打捞板203；滚筒内部设有垃圾收集箱3，垃圾收集箱3位于吃水线以上；且收集箱3与浮体左右两侧的前舱体(即第一舱体101和第二舱体102)相连通，以形成U型垃圾收集箱，用于储存收集的垃圾。浮体底部凹槽的侧壁上固定安装有电动皮带轮5和皮带，皮带轮位于打捞组件的后方位置，且皮带轮安装位置与浮体后舱室位置相对应，小功率电机和电源(可选用锂电池)安装于第三舱室103内，电机驱动皮带轮转动，通过皮带传动滚筒旋转，为打捞组件的旋转工作提供动力。

打捞组件2的左右两侧用止推垫圈固定于U型垃圾收集箱之外，打捞组件2的下方左右固定有侧板8，底部固定有底板9，底板下方固定有固定杆，水下推进器固定安装于打捞组件下方；水下推进器包括连接杆401、转轴402、螺旋桨403，连接杆与固定杆固定连接，电机与电源相连，电机放置于第四舱室104内。

本发明使用时，装置前端的收集板7通过向外延伸的方式可有效扩大垃圾收集区域，电机跟锂电池均位于浮体的后舱室内，浮体前舱室为拓展垃圾箱。电动皮带轮5用于驱使打捞组件的滚筒逆时针旋转，增加垃圾收集效率；水下推进器位于装置最下方，其中转轴402可以绕着连接杆401自由旋转，从而实现清理系统的360°转向。

本发明具体实施过程：首先使用图像采集装置6智能识别水面漂浮垃圾，然后通过控制系统规划最佳行驶路径，进一步地，所述图像采集装置也有自动识别障碍物的功能，对于行驶过程中出现的障碍物，能实现自主避障。电动皮带轮5和水下推进器4均由电机提供驱动力使得清理系统行驶到漂浮垃圾附近，继而通过收集板7进入打捞盒202，打捞板203在水流自然推力跟皮带轮的电动双重推力下带动打捞盒202及其中的垃圾逆时针旋转，利用离心作用将漂浮垃圾带出水面的同时，通过打捞盒上的孔洞204将水流排出，在水面以上时利用重力作用，垃圾最终坠入浮体内部的U型垃圾收集箱中。相对应的，U型垃圾收集箱应位于水平面之上，收集箱的开口角度约在水平线30°到120°之间。

本发明的控制器和图像采集装置相连，通过智能图像识别系统，可实现智能识别、智能收集水面漂浮垃圾一体化的全智能垃圾清理装置，适用于旅游景点水域及养殖水域等垃圾经过或垃圾集中的区域，适用性强；解决了传统的垃圾打捞船难以解决的小型水面悬浮物的问题(如浮萍、塑料、果皮等)，清理效率高，安全性可靠；动力来源于锂电池跟太阳能电池板的协调工作，清洁能源且寿命长，经济性好。

Claims (10)

1.一种用于小型开放水域的全智能浮式垃圾清理装置，其特征在于：包括浮体、打捞组件、水下推进器、驱动装置、图像采集装置和控制器，图像采集装置用于识别水域的漂浮垃圾，控制器与图像采集装置、驱动装置相连，驱动装置与打捞组件、水下推进器相连；打捞组件包括滚筒和安装于滚筒外壁的打捞盒，打捞盒的顶部开口，侧壁开设有镂空孔洞，底部设有打捞板；滚筒内部设有垃圾收集箱，驱动装置驱动滚筒逆时针旋转，打捞盒收集垃圾并送入收集箱内。

2.根据权利要求1所述的全智能浮式垃圾清理装置，其特征在于：打捞组件位于浮体下方，且打捞组件的下三分之一部分位于装置的吃水线以下；垃圾收集箱位于吃水线以上，且收集箱的开口角度与水平线夹角为30°～120°。

3.根据权利要求1所述的全智能浮式垃圾清理装置，其特征在于：打捞组件位于浮体下方的中间位置，浮体内部开设有前后舱室，前舱室设有左舱室和右舱室，左右舱室位于垃圾收集箱的两侧，并与垃圾收集箱相连通。

4.根据权利要求1所述的全智能浮式垃圾清理装置，其特征在于：装置的前端向外延伸有收集板，收集板对称安装于打捞组件的左右两侧。

5.根据权利要求3所述的全智能浮式垃圾清理装置，其特征在于：浮体底部中间位置设有条状凹槽，打捞组件安装于凹槽内，凹槽侧壁安装有皮带轮，安装位置位于后舱室的外侧；皮带轮上安装有皮带，皮带与滚筒一端相连；后舱室内设有电机，电机驱动皮带轮转动，通过皮带传动以驱动打捞组件旋转运动。

6.根据权利要求3所述的全智能浮式垃圾清理装置，其特征在于：水下推进器安装于浮体的下方尾部，推进器包括转轴和螺旋桨，推进器的驱动装置安装于后舱体内。

7.根据权利要求1所述的全智能浮式垃圾清理装置，其特征在于：装置的外壳呈流线型，且外壳表面覆盖有太阳能电池板。

8.根据权利要求1所述的全智能浮式垃圾清理装置，其特征在于：打捞组件和垃圾收集箱均采用POM塑料制成，水下推进器的转轴采用PTEF材料制成。

9.根据权利要求1所述的全智能浮式垃圾清理装置，其特征在于：若干个打捞盒均匀固定于滚筒外壁，且打捞盒开口的方向一致。

10.根据权利要求1所述的全智能浮式垃圾清理装置，其特征在于该装置的控制方法包括：所述图像采集装置用于识别水域的漂浮垃圾，并将信号传输至控制器，控制器发送信号至驱动装置，驱动水下推进器和打捞组件的运行，打捞组件在水流推力和电动双重推力下逆时针旋转，漂浮垃圾经打捞盒带出水面并进入收集箱内。

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