CN113897932A - 一种柔性海洋垃圾收集装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种柔性海洋垃圾收集装置，包括收集框架、运输机构和动力机构；收集框架内具有容纳海洋垃圾的收集空间，收集框架的前端开有收集入口，收集入口连通收集空间，收集空间的后方设有储存仓；动力机构安装在收集框架上并驱动收集框架移动，运输机构用于将收集空间中的海洋垃圾运输至储存仓内；运输机构包括柔性网、拉绳、中转轴、第一绳圈和第二绳圈，柔性网为松驰状态，海洋垃圾从收集入口进入收集空间并堆积在柔性网上，柔性网的后端绕在中转轴上，前端固定在拉绳上，通过绳圈的转动可将柔性网的前端抬升，一种柔性海洋垃圾收集方法，采用上述装置，可多次循环使用。本发明能源消耗小，收集垃圾效率高，属于海洋垃圾收集领域。

Description

一种柔性海洋垃圾收集装置及方法
技术领域
本发明涉及海洋垃圾收集领域，具体涉及一种柔性海洋垃圾收集装置及方法。
背景技术
随着工业化的发展，海洋垃圾逐渐增多，极大地影响了海洋生物的生存及航海的安全性，针对这个问题，人们研发出了一些可对海洋垃圾进行收集处理的技术，现有的海洋垃圾处理装置主要有以下几种：第一种为装置整体移动至垃圾处将垃圾“吃”进装置内，这类方案没有单向化处理，收集的垃圾会飘落至装置外，且收集后的垃圾还需人工进一次收集。第二种为使用传送带将垃圾运送进储存处，此种方案垃圾收集时有可能会跑偏，且效率只能单件或少数几件处理，耗能高，占用体积大，质量重，且购买与维护成本高昂。第三种为使用一种吸力装置来将海洋上的垃圾进行收集。此种方案的使用受较大的限制，在海浪干扰的情况下，吸力装置难以对垃圾进行收集，收集效率低，稳定性差。
因此如何解决现有的海洋垃圾收集装置稳定性差，效率低，制作成本高，维护成本高昂等问题，以提高海洋垃圾收集与处理的效率并降低该装置的能源消耗与制作、维护成本成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种垃圾收集效率高且能耗小的柔性海洋垃圾收集装置及方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种柔性海洋垃圾收集装置，包括收集框架、运输机构和动力机构；收集框架内具有容纳海洋垃圾的收集空间，收集框架的前端开有收集入口，收集入口连通收集空间，收集空间的后方设有储存仓；动力机构安装在收集框架上并驱动收集框架移动，运输机构用于将收集空间中的海洋垃圾运输至储存仓内；运输机构包括柔性网、拉绳、中转轴、第一绳圈和第二绳圈，第一绳圈和第二绳圈分别转动连接收集框架，第二绳圈位于第一绳圈的后上方，拉绳的一端缠绕在第一绳圈上，拉绳的另一端缠绕在第二绳圈上；中转轴位于储存仓的上方，中转轴与收集框架转动连接，中转轴的高度低于第二绳圈的高度，柔性网的后端缠绕于中转轴上，柔性网的前端固定在拉绳上，柔性网为松驰状态从而柔性网的上表面形成凹面，海洋垃圾从收集入口进入收集空间并堆积在凹面上。采用这种结构后，收集海洋垃圾时只需要提供使收集框架向前运动的驱动力，经过的海洋垃圾就可以堆积在柔性网上，能源消耗小，运输机构可将柔性网上的垃圾运送至储存仓内，使装置可收集的垃圾量大，且收集的垃圾及时运送至储存仓后不易溢出。
作为一种优选，动力机构包括第一电机和动力桨，第一电机带动动力桨转动，动力机构的数量为两个。采用这种结构后，在水中，动力桨转动产生向前的推力，使收集框架向前运动，两个动力桨左右排布，通过控制两个动力桨的转速差即可控制装置转弯。
作为一种优选，运输机构还包括支撑轴，支撑轴与收集框架转动连接，从柔性网的前端到后端，柔性网经支撑轴再缠绕于中转轴上，中转轴的高度高于支撑轴的高度。
作为一种优选，运输机构还包括主动轴和第二电机，主动轴与收集框架转动连接，第二电机安装在收集框架上，第二电机连接主动轴并带动主动轴转动；第二绳圈上连接有第二转轴，第二转轴与收集框架转动连接，主动轴通过带传动的方式带动中转轴和第二转轴转动。采用这种结构后，主动轴通过传动带连接中转轴，中转轴通过传动带连接第二转轴。
作为一种优选，还包括挡板，挡板的一端与收集框架铰接，挡板位于收集入口处；挡板包括自然状态和后翻状态，自然状态下，挡板竖直且挡住收集入口，后翻状态下，挡板的另一端向后倾斜；档板的前方设有限制挡板向前转动的限位板，限位板固定连接支撑框架。采用这种结构后，挡板的一端与收集入口的上边缘铰接，海洋垃圾通过收集入口时将挡板顶开，无垃圾通过时挡板在重力的作用下复位。
作为一种优选，限位板的下端与收集入口的下边缘固定贴合，柔性网的前端高度低于限位板的上端高度。采用这种结构后，海洋垃圾从限位板的上方通过收集入口进入，并掉落在柔性网上。
作为一种优选，还包括两块收集板，收集板的一端与收集框架的前端固定连接，两块收集板之间形成“八”字形的收集通道，且沿收集板的一端到另一端，收集通道逐渐扩大，海洋垃圾经收集通道和收集入口进入收集空间。采用这种结构后，海洋垃圾更容易进入收集空间中，收集效率更高。
作为一种优选，还包括两个浮力柱，两个浮力柱分别固定于收集框架的两侧。
作为一种优选，收集框架的外形为长方体结构，收集框架的顶端固定有前立杆和后立杆，前立杆位于后立杆的前方，中转轴通过轴承座连接后立杆，支撑轴通过轴承座连接前立杆，第二转轴通过轴承座连接前立杆。
一种海洋垃圾收集方法，采用上述的一种柔性海洋垃圾收集装置，包括视觉识别模块和控制模块；通过视觉识别模块识别收集空间内的海洋垃圾是否装满，如果是，向控制模块发送运输指令，如果否，向控制模块发送收集指令；控制模块收到收集指令后，通过视觉识别模块识别海上海洋垃圾分布情况，并根据海洋垃圾分布情况选择目标位置，控制动力机构带动收集框架移动至目标位置；控制模块收到运输指令后，控制第二电机转动带动中转轴和第二绳圈转动，使柔性网的前端沿拉绳向后上方抬升，柔性网的后端在中转轴上作缠绕运动，从而柔性网中的海洋垃圾落入储存仓内。
总的说来，本发明具有如下优点：通过移动收集垃圾，收集垃圾所需的能耗小；设有储存仓，可将收集的垃圾运输至储存仓中，可增大整个装置垃圾收集量，减小装置回收次数，提高工作效率，且储存仓高度较高，里面的垃圾不容易掉出；可识别垃圾是否装满，装满后不再收集垃圾，避免无效收集工作。
附图说明
图1为一种柔性海洋垃圾收集装置的立体图。
图2为一种柔性海洋垃圾收集装置的侧视图。
图3为一种柔性海洋垃圾收集装置去掉柔性网后的立体图。
图4为一种柔性海洋垃圾收集装置去掉柔性网后的俯视图。
图5为一种柔性海洋垃圾收集装置去掉柔性网后的后视图。
其中，1为收集框架，2为储存仓，3为收集板，4为挡板，5为浮力柱，6为限位板，7为柔性网，8为第一绳圈，9为第二绳圈，10为拉绳，11为第二转轴，12为中转轴，13为主动轴，14为支撑轴，15为第二电机，16为传动带，17为动力桨。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
实施例一
如图1～图5所示，一种柔性海洋垃圾收集装置，包括收集框架、运输机构和动力机构；收集框架内具有容纳海洋垃圾的收集空间，收集框架的前端开有收集入口，收集入口连通收集空间，收集空间的后方设有储存仓；动力机构安装在收集框架上并驱动收集框架移动，运输机构用于将收集空间中的海洋垃圾运输至储存仓内；运输机构包括柔性网、拉绳、中转轴、第一绳圈和第二绳圈，第一绳圈和第二绳圈分别转动连接收集框架，第二绳圈位于第一绳圈的后上方，拉绳的一端缠绕在第一绳圈上，拉绳的另一端缠绕在第二绳圈上；中转轴位于储存仓的上方，中转轴与收集框架转动连接，中转轴的高度低于第二绳圈的高度，柔性网的后端缠绕于中转轴上，柔性网的前端固定在拉绳上，柔性网为松驰状态从而柔性网的上表面形成凹面，海洋垃圾从收集入口进入收集空间并堆积在凹面上。采用这种结构后，收集海洋垃圾时只需要提供使收集框架向前运动的驱动力，经过的海洋垃圾就可以堆积在柔性网上，能源消耗小，运输机构可将柔性网上的垃圾运送至储存仓内，使装置可收集的垃圾量大，且收集的垃圾及时运送至储存仓后不易溢出。
作为一种优选，动力机构包括第一电机和动力桨，第一电机带动动力桨转动，动力机构的数量为两个。采用这种结构后，在水中，动力桨转动产生向前的推力，使收集框架向前运动，两个动力桨左右排布，通过控制两个动力桨的转速差即可控制装置转弯。
作为一种优选，运输机构还包括支撑轴，支撑轴与收集框架转动连接，从柔性网的前端到后端，柔性网经支撑轴再缠绕于中转轴上，中转轴的高度高于支撑轴的高度。
作为一种优选，运输机构还包括主动轴和第二电机，主动轴与收集框架转动连接，第二电机安装在收集框架上，第二电机连接主动轴并带动主动轴转动；第二绳圈上连接有第二转轴，第二转轴与收集框架转动连接，主动轴通过带传动的方式带动中转轴和第二转轴转动。采用这种结构后，主动轴通过传动带连接中转轴，中转轴通过传动带连接第二转轴。
作为一种优选，还包括挡板，挡板的一端与收集框架铰接，挡板位于收集入口处；挡板包括自然状态和后翻状态，自然状态下，挡板竖直且挡住收集入口，后翻状态下，挡板的另一端向后倾斜；档板的前方设有限制挡板向前转动的限位板，限位板固定连接支撑框架。采用这种结构后，挡板的一端与收集入口的上边缘铰接，海洋垃圾通过收集入口时将挡板顶开，无垃圾通过时挡板在重力的作用下复位。
作为一种优选，限位板的下端与收集入口的下边缘固定贴合，柔性网的前端高度低于限位板的上端高度。采用这种结构后，海洋垃圾从限位板的上方通过收集入口进入，并掉落在柔性网上。
作为一种优选，还包括两块收集板，收集板的一端与收集框架的前端固定连接，两块收集板之间形成“八”字形的收集通道，且沿收集板的一端到另一端，收集通道逐渐扩大，海洋垃圾经收集通道和收集入口进入收集空间。采用这种结构后，海洋垃圾更容易进入收集空间中，收集效率更高。
作为一种优选，还包括两个浮力柱，两个浮力柱分别固定于收集框架的两侧。
作为一种优选，收集框架的外形为长方体结构，收集框架的顶端固定有前立杆和后立杆，前立杆位于后立杆的前方，中转轴通过轴承座连接后立杆，支撑轴通过轴承座连接前立杆，第二转轴通过轴承座连接前立杆。
半立杆和后立杆的数量分别为两根。
第二电机为双轴电机，收集框架包括横杆，双轴电机安装在横杆上，主动轴包括中轴线的左半段和右半段，双轴电机的两根电机轴分别连接左半段的一端和右半段的一端，左半段的另一端和右半段的另一端分别通过轴承座连接收集框架。
第一绳圈上连接有第一转轴，第一转轴通过轴承座连接收集框架。
一种海洋垃圾收集方法，采用上述的一种柔性海洋垃圾收集装置，包括视觉识别模块和控制模块；通过视觉识别模块识别收集空间内的海洋垃圾是否装满，如果是，向控制模块发送运输指令，如果否，向控制模块发送收集指令；控制模块收到收集指令后，通过视觉识别模块识别海上海洋垃圾分布情况，并根据海洋垃圾分布情况选择目标位置，控制动力机构带动收集框架移动至目标位置；控制模块收到运输指令后，控制第二电机转动带动中转轴和第二绳圈转动，使柔性网的前端沿拉绳向后上方抬升，柔性网的后端在中转轴上作缠绕运动，从而柔性网中的海洋垃圾落入储存仓内。
运输海洋垃圾时，第二电机正向转动带动拉绳和柔性网运动使垃圾落入储存仓内，然后第二电机反向转动使拉绳和柔性网恢复原状，可以继续收集垃圾。
视觉识别模块包括图像识别系统，通过相机获取收集框架周围的图像和收集空间处的图像，并将图像信息传到图像识别系统中进行识别，相机的数量为多个。
视觉识别模块通过通信模块连接控制模块，控制模块分别电连接第一电机和第二电机，从而控制收集框架的移动和海洋垃圾的运输。
还包括满载识别模块和导航模块，通过满载识别模块判断储存仓内的垃圾是否装满，如果储存仓的垃圾装满，则停止工作，导航模块规划路线，控制模块根据规划路线控制两个第一电机，带动装置返回人工收集点。
实施例二
第一转轴与收集框架之间连接有第一涡卷弹簧，中转轴与收集框架之间连接有第二涡卷弹簧。运输海洋垃圾时，第二电机转动带动拉绳和柔性网运动使垃圾落入储存仓内，此时第一涡卷弹簧和第二涡卷弹簧收紧，第二电机停止工作后，在第一涡卷弹簧和第二涡卷弹簧的作用下，中转轴和第一转轴反向转动使拉绳和柔性网恢复原状。
本实施例未提及部分同实施例一。
上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性海洋垃圾收集装置，其特征在于：包括收集框架、运输机构和动力机构；
收集框架内具有容纳海洋垃圾的收集空间，收集框架的前端开有收集入口，收集入口连通收集空间，收集空间的后方设有储存仓；
动力机构安装在收集框架上并驱动收集框架移动，运输机构用于将收集空间中的海洋垃圾运输至储存仓内；
运输机构包括柔性网、拉绳、中转轴、第一绳圈和第二绳圈，第一绳圈和第二绳圈分别转动连接收集框架，第二绳圈位于第一绳圈的后上方，拉绳的一端缠绕在第一绳圈上，拉绳的另一端缠绕在第二绳圈上；
中转轴位于储存仓的上方，中转轴与收集框架转动连接，中转轴的高度低于第二绳圈的高度，柔性网的后端缠绕于中转轴上，柔性网的前端固定在拉绳上，柔性网为松驰状态从而柔性网的上表面形成凹面，海洋垃圾从收集入口进入收集空间并堆积在凹面上。
2.按照权利要求1所述的一种柔性海洋垃圾收集装置，其特征在于：动力机构包括第一电机和动力桨，第一电机带动动力桨转动，动力机构的数量为两个。
3.按照权利要求1所述的一种柔性海洋垃圾收集装置，其特征在于：运输机构还包括支撑轴，支撑轴与收集框架转动连接，从柔性网的前端到后端，柔性网经支撑轴再缠绕于中转轴上，中转轴的高度高于支撑轴的高度。
4.按照权利要求3所述的一种柔性海洋垃圾收集装置，其特征在于：运输机构还包括主动轴和第二电机，主动轴与收集框架转动连接，第二电机安装在收集框架上，第二电机连接主动轴并带动主动轴转动；第二绳圈上连接有第二转轴，第二转轴与收集框架转动连接，主动轴通过带传动的方式带动中转轴和第二转轴转动。
5.按照权利要求1所述的一种柔性海洋垃圾收集装置，其特征在于：还包括挡板，挡板的一端与收集框架铰接，挡板位于收集入口处；
挡板包括自然状态和后翻状态，自然状态下，挡板竖直且挡住收集入口，后翻状态下，挡板的另一端向后倾斜；
档板的前方设有限制挡板向前转动的限位板，限位板固定连接支撑框架。
6.按照权利要求5所述的一种柔性海洋垃圾收集装置，其特征在于：限位板的下端与收集入口的下边缘固定贴合，柔性网的前端高度低于限位板的上端高度。
7.按照权利要求1所述的一种柔性海洋垃圾收集装置，其特征在于：还包括两块收集板，收集板的一端与收集框架的前端固定连接，两块收集板之间形成“八”字形的收集通道，且沿收集板的一端到另一端，收集通道逐渐扩大，海洋垃圾经收集通道和收集入口进入收集空间。
8.按照权利要求1所述的一种柔性海洋垃圾收集装置，其特征在于：还包括两个浮力柱，两个浮力柱分别固定于收集框架的两侧。
9.按照权利要求4所述的一种柔性海洋垃圾收集装置，其特征在于：收集框架的外形为长方体结构，收集框架的顶端固定有前立杆和后立杆，前立杆位于后立杆的前方，中转轴通过轴承座连接后立杆，支撑轴通过轴承座连接前立杆，第二转轴通过轴承座连接前立杆。
10.一种海洋垃圾收集方法，采用权利要求1～9任一项所述的一种柔性海洋垃圾收集装置，其特征在于：包括视觉识别模块和控制模块；
通过视觉识别模块识别收集空间内的海洋垃圾是否装满，如果是，向控制模块发送运输指令，如果否，向控制模块发送收集指令；
控制模块收到收集指令后，通过视觉识别模块识别海上海洋垃圾分布情况，并根据海洋垃圾分布情况选择目标位置，控制动力机构带动收集框架移动至目标位置；
控制模块收到运输指令后，控制第二电机转动带动中转轴和第二绳圈转动，使柔性网的前端沿拉绳向后上方抬升，柔性网的后端在中转轴上作缠绕运动，从而柔性网中的海洋垃圾落入储存仓内。
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