CN113859453A - 一种双无人船协同拉网清洁装置及自主清洁方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双无人船协同拉网清洁装置及自主清洁方法，其中装置包括两个无人船以及垃圾拦截网；两个无人船分别为第一无人船和第二无人船，垃圾拦截网为柔性结构，其一端与第一无人船的尾部连接，另一端与第二无人船的尾部连接；工作时，第一无人船和第二无人船前进将水面垃圾聚集到逐渐形成U型形状的垃圾拦截网中。本发明通过两只无人船带动垃圾拦截网来对水面垃圾进行收集清理，有效弥补了现有技术中有人船牵引拦截网智能化程度低，存在安全隐患、单个无人船清理水面垃圾效率低下的缺点，极大的提高了无人船的清洁效率，值得大力推广。另外，无人船在清洁过程中，可以根据当前所处的情况可自主进行调节，智能化程度高。

Description

一种双无人船协同拉网清洁装置及自主清洁方法

技术领域

本发明涉及水面垃圾清理，更具体地说是一种双无人船协同拉网清洁装置及自主清洁方法。

背景技术

目前，有两种水面清洁方式：一种是人工操控有人船牵引拦截网清理垃圾，另一种是单个无人船清理水面垃圾。人工操控的有人船牵引拦截网清理垃圾的方式需2-3人配合，智能化程度低，清洁效率低，同时恶劣天气下存在人员失足落入水中的危险；单个无人船清理水面垃圾的方式由于垃圾面积大且分布零散，导致垃圾清洁效率有限，且不能收集水面漂浮的油膜、蓝藻等垃圾。因此设计一种新的垃圾清洁方式,融合了人工操控有人船牵引拦截网和单个无人船清理水面垃圾的优点，解放了人力，极大的提高了无人船的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双无人船协同拉网清洁装置及自主清洁方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，一种双无人船协同拉网清洁装置，包括：

两个无人船，分别为第一无人船和第二无人船；

垃圾拦截网，为柔性结构，其一端与所述第一无人船的尾部连接，另一端与所述第二无人船的尾部连接；

工作时，所述第一无人船和第二无人船前进将水面垃圾聚集到逐渐形成U型形状的垃圾拦截网中。

其进一步技术方案为：所述垃圾拦截网包括漂浮件、网状件以及配重件；所述漂浮件能够漂浮于水面，所述网状件连接于所述漂浮件和配重件之间，所述配重件位于所述漂浮件的下方，且配重件能够使所述网状件在水面下保持垂直状态。

其进一步技术方案为：所述漂浮件为浮筒、浮球或浮体。

其进一步技术方案为：所述网状件为尼龙网。

其进一步技术方案为：所述配重件为固体重物。

其进一步技术方案为：所述第一无人船和第二无人船均包括感知元器件以及中控系统；所述感知元器件与所述中控系统通讯连接。

其进一步技术方案为：所述感知元器件包括雷达、第一摄像头、第二摄像头、GPS天线以及GPS接收机；所述雷达安装于船体的前部，用于检测障碍物，所述第一摄像头安装于船体的中部，用于进行深度成像和视觉识别水面垃圾，所述第二摄像头和GPS天线安装于船体的顶部，其中，所述第二摄像头用于视觉识别船体周围环境，所述GPS天线与连接于船体内部的GPS接收机连接。

另一方面，一种双无人船协同拉网清洁装置的自主清洁方法，所述方法包括：

获取感知元器件的检测数据；

根据检测数据判断第一无人船和第二无人船的位置以及水面周围的障碍；

控制第一无人船拖拽第二无人船到达目标清洁区域；

根据目标清洁区域的区域形状，规划出清理路径；

调整第一无人船和第二无人船的船头朝向，并沿规划出的清理路径行驶以进行垃圾清理。

其进一步技术方案为：所述的调整第一无人船和第二无人船的船头朝向，并沿规划出清理路径行驶以进行垃圾清理，具体包括：

获取第一无人船和第二无人船的船体姿态；

判断第一无人船和第二无人船的船体间距是否保持在设定范围之内；

若第一无人船和第二无人船的船体间距不保持在设定范围之内，则判断第一无人船和第二无人船的船体间距是否大于设定范围；

若第一无人船和第二无人船的船体间距大于设定范围，则控制第一无人船和第二无人船相互靠拢，以使两者船体间距维持在设定范围内；

若第一无人船和第二无人船的船体间距不大于设定范围，则控制第一无人船和第二无人船相互远离，以使两者船体间距维持在设定范围内。

其进一步技术方案为：所述的调整第一无人船和第二无人船的船头朝向，并沿规划出清理路径行驶以进行垃圾清理，具体还包括：

实时获取雷达和视觉摄像头检测到的水域情况数据；

根据水域情况数据判断行驶路径前方是否有障碍物，

若前方有障碍物，则控制第一无人船和第二无人船停止前进；

控制第一无人船和第二无人船中距离障碍物较远的船以障碍物为圆心弧线运动至另一只无人船的后方，并保持一前一后的跟随状态直线前进，直至第一无人船和第二无人船绕开障碍物一定距离后调整船体位置至原有状态继续行驶。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过两只无人船带动垃圾拦截网来对水面垃圾进行收集清理，有效弥补了现有技术中有人船牵引拦截网智能化程度低，存在安全隐患、单个无人船清理水面垃圾效率低下的缺点，极大的提高了无人船的清洁效率，值得大力推广。另外，无人船在清洁过程中，可以根据当前所处的情况可自主进行调节，例如遇到障碍物的情况或者船体间距超过设定范围的情况，都可以进行自主调节，智能化程度高。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种双无人船协同拉网清洁装置具体实施例的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3本发明一种双无人船协同拉网清洁装置中无人船的结构示意图；

图4为本发明一种双无人船协同拉网清洁装置的自主清洁方法具体实施例的流程图。

附图标记

1、第一无人船；2、第二无人船；3、垃圾拦截网；4、雷达；5、第一摄像头；6、第二摄像头；7、GPS天线；8、拦截网安装件。

具体实施方式

下面将结合本发明具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本发明具体实施例公开了一种双无人船协同拉网清洁装置，请参考图1-3，该装置包括两个无人船以及垃圾拦截网3；两个无人船分别为第一无人船1和第二无人船2，两个无人船最好选择结构相同的船；垃圾拦截网3为柔性结构，其一端与第一无人船1的尾部连接，另一端与第二无人船2的尾部连接；工作时，第一无人船1和第二无人船2前进将水面垃圾聚集到逐渐形成U型形状的垃圾拦截网3中。

垃圾拦截网3在第一无人船1和第二无人的带动下能形成U型形状的原因是，在拦截网在水中是垂直于水面的，运动时会受到水的阻力，因此形成U型形状。这种U型形状刚好能够将垃圾聚集起来，等无人船开回码头时，垃圾也会被拖拽至码头，这时工作人员便可对垃圾进行处理。

在一些实施例中，垃圾拦截网3包括漂浮件、网状件以及配重件；漂浮件能够漂浮于水面，漂浮件可以采用圆柱形的浮筒制作而成，也可以是浮球制作而成，网状件连接于漂浮件和配重件之间，用来拦截垃圾，网状件可采用尼龙材质的尼龙网或者用金属材质制成的金属网，网状件的网孔大小可根据垃圾情况的大小来选择，如果需要拦截尺寸较小的垃圾，那么可以选择网孔孔径较小的网状件。配重件位于漂浮件的下方，且配重件能够使网状件在水面下保持垂直状态。配重件的重量不易过大，如果过大则容易破坏网状件，配重件可以是固定重物，例如，金属球或者水泥制作而成的水泥块或者水泥球等。

在一些实施例中，为了方便将垃圾拦截网3固定在无人船的尾部，请参考图2，在第一无人船1和第二无人船2的尾部均设有拦截网安装件8，拦截网安装件8从上到下依次设有多个不同高度的用于连接垃圾拦截网3的连接孔，垃圾拦截网3设有的挂钩直接挂在连接孔中便可形成两者的连接，使用方便。

在一些实施例中，第一无人船1和第二无人船2均包括感知元器件以及中控系统；感知元器件与中控系统通讯连接，这些感知元器件主要用来感知无人船的航向、速度、两船的相对位置以及水域的情况等等，中控系统主要用来执行控制，例如调整无人船的航向、速度两船的相对位置等等，中控系统可以直接采用现有技术中的即可，在此不再对中控系统的结构和控制原理进行具体的展开论述。

在一些实施例中，请参考图3，感知元器件包括雷达4、第一摄像头5、第二摄像头6、GPS天线7以及GPS接收机；优选地，雷达4为三个，三个雷达4安装于船体的前部并呈左中右布置，用于检测障碍物，第一摄像头5安装于船体的中部，用于进行深度成像和视觉识别水面垃圾，第二摄像头6和GPS天线7安装于船体的顶部，其中，第二摄像头6用于视觉识别船体周围环境，GPS天线7与连接于船体内部的GPS接收机连接。

本发明具体实施例还提供了采用上述的一种双无人船协同拉网清洁装置的自主清洁方法，请参考图4，该方法包括以下步骤：

S10、获取感知元器件的检测数据。

当无人船开启自动工作模式之后，安装于船体的雷达、第二摄像头、GPS天线等感知元器件会开启检测。

S20、根据检测数据判断第一无人船和第二无人船的位置以及水面周围的障碍。

从感知元器件获取的检测数据边可知道第一无人船和第二无人船的位置以及周围存在的水面障碍物。

S30、控制第一无人船拖拽第二无人船到达目标清洁区域。

由于第一无人船和第二无人船的初始位置与目标清洁区域一般情况下是不在同一个位置的，因为需要将第一无人船和第二无人船行驶到目标清洁区域，由于两个无人船在出发之前都已连接好垃圾拦截网，为了尽快到达目标清洁区域，因此，通过一船拖拽另一船的方式行驶到目标清洁区域。

S40、根据目标清洁区域的区域形状，规划出清理路径。

到达目标清洁区域后，通过第二摄像头可知道目标清洁区域的区域形状，那么根据区域形状，中央控制系统便可以根据区域形状，规划出一条适合清理的清理路径。

S50、调整第一无人船和第二无人船的船头朝向，并沿规划出清理路径行驶以进行垃圾清理。

当清理路径规划好后，需要将两个无人船行驶到清理路径起点，并需要调整好两个无人船的船头方向，两个船的船头需要保持平齐，调整好后便可开始沿清理路径清理垃圾。

在一些实施例中，步骤S50具体包括以下步骤：

S501、获取第一无人船和第二无人船的船体姿态；

S502、判断第一无人船和第二无人船的船体间距是否保持在设定范围之内，若否，则执行步骤S503；

S503、判断第一无人船和第二无人船的船体间距是否大于设定范围，若是，则执行步骤S504，若否，则执行步骤S505；

S504、控制第一无人船和第二无人船相互靠拢，以使两者船体间距维持在设定范围内；

S505、控制第一无人船和第二无人船相互远离，以使两者船体间距维持在设定范围内。

对于步骤S501、S502、S503、S504、S505，在清理垃圾过程中，船体内的IMU与GPS会时刻检查两船只相对位置，保证两船始终并向行驶且两船船头始终平齐，同时确保两船间距在10±0.5m的区间，一旦检测到两船间距不属于10±0.5m区间，中央控制系统会立即控制两船相互靠拢或远离。

在一些实施例中，步骤S50还具体包括以下步骤：

S506、实时获取雷达和视觉摄像头检测到的水域情况数据；

S507、根据水域情况数据判断行驶路径前方是否有障碍物，若是，则执行步骤S508；

S508、控制第一无人船和第二无人船停止前进；

S509、控制第一无人船和第二无人船中距离障碍物较远的船以障碍物为圆心弧线运动至另一只无人船的后方，并保持一前一后的跟随状态直线前进，直至第一无人船和第二无人船2绕开障碍物一定距离后调整船体位置至原有状态继续行驶。

对于步骤S506、S507、S508、S509，雷达和视觉视像头会检测周围水域情况，一旦检测到前方有障碍物就会停止前进，距离障碍物较远的船会以该障碍物为圆心弧线运动至另一只无人船的尾部，两船此时呈现一前一后跟随状态。然后两船同时直线前进，直至两无人船船尾障碍物距离10m距离后，两船开始调整位置迅速恢复至原有状态。

需要说明的是，无人船在转弯过程中一只船原地旋转，另一只船以原地旋转船为圆心旋转。

在一些实施例中，步骤S50之后，还包括以下步骤：

S1、对清洁完成的目标清洁区域进行扫描；

S2、判断扫描区域是否存在垃圾；若是，则执行步骤S3，

S3、控制无人船再次对存在垃圾的区域进行清理。

对于步骤S1、S2、S3，在扫描的过程中，中控系统会根据雷达收集到目标清洁区域内的异常反射波，第一摄像头观察到的疑似垃圾的形状、颜色等数据与数据库内数据对比，判断目标清洁区域是否存在垃圾，若存在疑似垃圾，两船会再次将有垃圾遗漏的区域再清洁一遍。

综上：本发明通过两只无人船带动垃圾拦截网3来对水面垃圾进行收集清理，有效弥补了现有技术中有人船牵引拦截网智能化程度低，存在安全隐患、单个无人船清理水面垃圾效率低下的缺点，极大的提高了无人船的清洁效率，值得大力推广。另外，无人船在清洁过程中，可以根据当前所处的情况可自主进行调节，例如遇到障碍物的情况或者船体间距超过设定范围的情况，都可以进行自主调节，智能化程度高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种双无人船协同拉网清洁装置，其特征在于，包括：

两个无人船，分别为第一无人船和第二无人船；以及

垃圾拦截网，为柔性结构，其一端与所述第一无人船的尾部连接，另一端与所述第二无人船的尾部连接；

工作时，所述第一无人船和第二无人船前进将水面垃圾聚集到逐渐形成U型形状的垃圾拦截网中。

2.根据权利要求1所述的一种双无人船协同拉网清洁装置，其特征在于，所述垃圾拦截网包括漂浮件、网状件以及配重件；所述漂浮件能够漂浮于水面，所述网状件连接于所述漂浮件和配重件之间，所述配重件位于所述漂浮件的下方，且配重件能够使所述网状件在水面下保持垂直状态。

3.根据权利要求2所述的一种双无人船协同拉网清洁装置，其特征在于，所述漂浮件为浮筒、浮球或浮体。

4.根据权利要求2所述的一种双无人船协同拉网清洁装置，其特征在于，所述网状件为尼龙网。

5.根据权利要求2所述的一种双无人船协同拉网清洁装置，其特征在于，所述配重件为固体重物。

6.根据权利要求1所述的一种双无人船协同拉网清洁装置，其特征在于，所述第一无人船和第二无人船均包括感知元器件以及中控系统；所述感知元器件与所述中控系统通讯连接。

7.根据权利要求6所述的一种双无人船协同拉网清洁装置，其特征在于，所述感知元器件包括雷达、第一摄像头、第二摄像头、GPS天线以及GPS接收机；所述雷达安装于船体的前部，用于检测障碍物，所述第一摄像头安装于船体的中部，用于进行深度成像和视觉识别水面垃圾，所述第二摄像头和GPS天线安装于船体的顶部，其中，所述第二摄像头用于视觉识别船体周围环境，所述GPS天线与连接于船体内部的GPS接收机连接。

8.一种双无人船协同拉网清洁装置的自主清洁方法，其特征在于，所述方法包括：

获取感知元器件的检测数据；

根据检测数据判断第一无人船和第二无人船的位置以及水面周围的障碍；

控制第一无人船拖拽第二无人船到达目标清洁区域；

根据目标清洁区域的区域形状，规划出清理路径；

调整第一无人船和第二无人船的船头朝向，并沿规划出的清理路径行驶以进行垃圾清理。

9.根据权利要求8所述的一种双无人船协同拉网清洁装置的自主清洁方法，其特征在于，所述的调整第一无人船和第二无人船的船头朝向，并沿规划出清理路径行驶以进行垃圾清理，具体包括：

获取第一无人船和第二无人船的船体姿态；

判断第一无人船和第二无人船的船体间距是否保持在设定范围之内；

若第一无人船和第二无人船的船体间距不保持在设定范围之内，则判断第一无人船和第二无人船的船体间距是否大于设定范围；

若第一无人船和第二无人船的船体间距大于设定范围，则控制第一无人船和第二无人船相互靠拢，以使两者船体间距维持在设定范围内；

若第一无人船和第二无人船的船体间距不大于设定范围，则控制第一无人船和第二无人船相互远离，以使两者船体间距维持在设定范围内。

10.根据权利要求8所述的一种双无人船协同拉网清洁装置的自主清洁方法，其特征在于，所述的调整第一无人船和第二无人船的船头朝向，并沿规划出清理路径行驶以进行垃圾清理，具体还包括：

实时获取雷达和视觉摄像头检测到的水域情况数据；

根据水域情况数据判断行驶路径前方是否有障碍物，

若前方有障碍物，则控制第一无人船和第二无人船停止前进；

控制第一无人船和第二无人船中距离障碍物较远的船以障碍物为圆心弧线运动至另一只无人船的后方，并保持一前一后的跟随状态直线前进，直至第一无人船和第二无人船绕开障碍物一定距离后调整船体位置至原有状态继续行驶。

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