CN114715338A - 无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，涉及河流湖泊等水面垃圾清理技术领域以及自然能源收集与利用领域。无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，包括船体、地面中央控制系统、可搭载于船体的无人机；无人机通过内嵌式图像采集与无线传图设备采集传送水面图像信息，由地面中央控制系统的通信模块获取信息并与控制器的通信模块通信，并在图像处理模块得到最优路径参数，由船体的控制器驱动船体实施得到的最优路径参数；船体运行时通过能源收集装置辅助船体驱动，无人机停机坪可提升无人机的续航能力，通过无人机与地面中央控制系统以及船体的实时通信，以提高水面污染监测力度与垃圾清理工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及河流湖泊等水面垃圾清理技术领域以及自然能源收集与利用领域，特别涉及无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船。
背景技术
过度的水域开发和使用，造成了不容忽视的水域污染问题，特别是水域垃圾漂浮问题。目前水域垃圾的清理方式大多采用水面人工打捞或大型船只辅助作业，工作人员难以保证可以实时的水面垃圾清理，而大型船只作业成本较高效率低，难以驶入河流湖泊登狭窄区域。目前大多数水面垃圾清理设备无法很好地实现对垃圾污染区域的实时检测以及垃圾清理，如申请号为202010135086.4的发明专利公布了一种《水面水域保洁无人船》，包括船体、动力装置、驱动动力装置的控制装置等，船体依靠迎面作用力将垃圾由导流结构收集至收集件内，收集后的垃圾不便于运送至岸边，不能做到对水面区域的实时监控，无法及时对水面污染区域做出清理工作可能造成更严重的环境污染，因此需要一种可对水面实时监测的垃圾清理系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，以解决现有技术中的水域保洁无人船上效率低下、无法实现对水面区域的实时监测与垃圾清理的问题。
本发明中无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船的技术方案为：
无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，包括水域保洁无人船、地面中央控制系统、可搭载于水域保洁无人船上的无人机、水域保洁无人船船体内设置有垃圾清理系统、太阳能收集装置、风能收集装置、船体推进器、控制器和无人机停机坪，所述水域保洁无人船通过控制器的通信模块与地面的中央控制系统的通信模块实现通信连接。
所述地面中央控制系统包括图像处理模块与通信模块。
所述无人机包括内嵌式图像采集与无线传图模块、磁力式充电插头。
所述垃圾清理系统包括垃圾收集单元、垃圾压缩传送单元。
所述垃圾收集单元包括造流叶轮、第一电机、第一电机减速箱、第一转轴、第二转轴、直角减速箱、垃圾传送带、第二电机、传动齿轮、链条、主动辊、从动辊；第一电机与第一电机减速箱连接，第一转轴贯穿于第一电机减速箱两端，第一转轴两侧末端分别连接直角减速箱，直角减速箱下端连接第二转轴一端，第二转轴另一端固定造流叶轮；垃圾传送带安装于两个造流叶轮的正后方，第二电机外接小链轮，通过链条连接大链轮，大链轮固定在主动辊一侧，主动辊贯穿于垃圾传送带上端，垃圾传送带下端固定有从动辊。
所述垃圾压缩传送单元包括气缸、连接环、气压杆、活塞管、固定板、压板、连接件、固定柱，筛孔状垃圾箱、自锁式滚筒传送带；四根固定柱的下端固定安装于水域保洁无人船上，上端与固定板牢固固定；气缸固定于连接环上方，连接环与固定板通过四个气压杆连接，气压杆与活塞管滑动安装，连接件的一端与气缸的气缸杆固定连接，另一端与压板固定连接。所述筛状垃圾箱置于压板正下方，自锁式滚筒传送带固定于筛状垃圾箱正下方。
所述太阳能收集装置包括太阳能板、防水导线、蓄电池，太阳能板通过防水导线与蓄电池相连。
所述风能收集装置包括风动叶轮、连接杆、摇晃动能主件、压电片、整流控制器、蓄电池，连接杆一端固定有风动叶轮，另一端连接摇晃动能主件，摇晃动能主件固定于压电片上，压电片内部电路与整流控制器及蓄电池相连接。
所述无人机停机坪包括停机坪主体、磁力式充电凹槽、防水导线、蓄电池，停机坪主体布置有磁力式充电凹槽，所述磁力书充电凹槽通过防水导线与蓄电池相连。
本发明的有益效果：(1)本发明可以收集风能与太阳能辅助水域保洁无人船与船体搭载的无人机正常工作，节省能源消耗；(2)本发明设置垃圾压缩传送单元，可以将筛孔状垃圾箱内的垃圾压缩后经过自锁式滚筒传送带自动运出船体，节省人力物力的同时可以使垃圾箱装更垃圾；(3)本发明依据对水面图像信息处理后的最优路径进行垃圾清理，可提高工作效率，节省能源；(4)本发明通过无人机停机坪的磁力式充电凹槽与无人机的磁力式充电插头结合实现对无人机的充电，提高搭载无人机的续航能力，可有效提高工作时间。
附图说明
图1为本发明的系统结构框架示意图；
图2为本发明的整体结构示意图；
图3为本发明的垃圾收集单元结构示意图；
图4为本发明的垃圾压缩传送单元结构示意图；
图5为本发明的无人机停机坪结构示意图；
图6为本发明的风能收集装置结构示意图。
附图标号：1-太阳能板；2-无人机；3-船体；4-从动辊；301-造流叶轮；302-第二转轴；303-直角减速箱；304-第一电机；305-第一电机减速箱；306-第一转轴；307-主动辊；308-链条；309-小链轮；310-第二电机；311-大链轮；312-垃圾传送带；401-气缸；402-连接环；403-固定板；404-固定柱；405-筛状垃圾箱；406-自锁式滚筒传动带；407-气压杆；408-活塞管；409-压板；501-内嵌式图像采集与无线传图模块；502-磁力式充电插头；503-磁力式充电凹槽；504-无人机停机坪；601-风动叶轮；602-连接杆；603-摇晃式动能主件；604-压电片；605-船舶推进器
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1、图2所示，无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，包括水域保洁无人船、可搭载于水域保洁无人船上的无人机、地面中央控制系统，可搭载于水域保洁无人船上的无人机设有内嵌式图像采集与无线传图模块；水域保洁无人船包括无人机停机坪、控制器、太阳能收集装置、风能收集装置、垃圾清理系统、船舶推进器，其中控制器包括控制模块和通信模块，垃圾清理系统包括垃圾收集单元和垃圾压缩传送单元。
如图1、图2所示，无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，其中水面图像信息具体处理步骤为①->②->③->④。具体实现为：①内嵌式图像采集与无线传图模块采集水面图像信息并将所述水面图像信息发送至地面中央控制系统的通信模块；②地面中央控制系统的通信模块将所述水面图像信息传送至地面中央控制系统的图像处理模块；③地面中央控制系统的图像处理模块对水面图像信息处理后得到的最优路径参数通过地面中央控制系统的通信模块发送至水域保洁无人船的控制器通信模块；④控制器的控制模块实施由控制器的通信模块得到的最优路径参数，驱动水域保洁无人船进行行进和垃圾清理工作。
如图2、图3所示，垃圾收集单元包括造流叶轮301、第二转轴302、直角减速箱303、第一电机304、第一电机减速箱305、第一转轴306、主动辊307、链条308、小链轮309、第二电机310、大链轮311、垃圾传动带312；从动辊4。第一电机304与第一电机减速箱305连接，第一转轴306贯穿于第一电机减速箱305两端，第一转轴306两侧末端分别连接直角减速箱303，直角减速箱303下端连接第二转轴302一端，第二转302轴另一端固定造流叶轮301。垃圾传送带312安装于两个造流叶轮301的正后方，第二电机310外接小链轮309，通过链条308连接大链轮311，大链轮311固定在主动辊307一侧，主动辊307贯穿于垃圾传送带312上端，垃圾传送带下312端固定有从动辊4。
本发明中垃圾收集单元的工作原理：第一电机304带动第一转轴306转动，通过第一电机减速箱控制第一转轴306的转动速度，第二转轴302通过直角减速箱303控制转动速度与方向，从而带动造流叶轮301带动水流转动，进一步地在两个造流叶轮301间形成垃圾吸入的水流趋势，第二电机310通过小链轮309带动链条308转动，进一步带动大链轮311转动，主动辊307在大链轮311的带动下，驱动从动辊4转动，进一步驱动垃圾传动带312将垃圾传送至垃圾传送带312顶端，同时在所述传送过程完成垃圾的初步筛水。
如图1、图4所示，垃圾压缩传送单元包括气缸401、连接环402、固定板403、固定柱404、筛孔垃圾箱405、自锁式滚筒传动带406、气压杆407、活塞杆408、压板409。四根固定柱404的下端固定安装于水域保洁无人船船体3上，固定住404上端与固定板403牢固固定。气缸401固定于连接环402上方，连接环402与固定板403通过四个气压杆407连接，气压杆407与活塞管408滑动安装，连接件(图中未标出，位于气缸杆正下方)的一端与气缸401的气缸杆(图中未标出，其上端直接与气缸401固定连接，其下端与连接件固定连接)固定连接，另一端与压板409固定连接。所述筛状垃圾箱405置于压板409正下方，自锁式滚筒传送带406固定于筛状垃圾箱405正下方。
本发明中垃圾压缩传送单元的工作原理：筛孔垃圾箱405收集来自垃圾传送带312的垃圾，此时自锁式滚筒传送带406进行自锁，气缸401向下运动带动压板409将筛孔垃圾箱405内的垃圾进行压缩，以便收集更多的垃圾。筛孔垃圾箱405内装满垃圾后，自锁式滚筒传送带406打开自锁并将装满垃圾的筛孔垃圾箱405运出水域保洁无人船船体3，筛孔垃圾箱405完成垃圾清理后，将筛孔垃圾箱405置于自锁式滚筒传送带406上方并解除自锁式滚筒传送带406的自锁，通过自锁式滚筒传送带406将筛孔垃圾箱运送至水域保洁无人船船体3内部。
如图1、图5所示，无人机停机坪504上设有磁力式充电凹槽503，无人机2上设有内嵌式图像采集与无线传图模块501与磁力式充电插头502，内嵌式图像采集与无线传图模块501设置于无人机2正下方，磁力式充电插头502位于内嵌式图像采集与无线传图模块501的正后方，与无人机牢固连接。
本发明中无人机2在无人机停机坪504进行充电的工作原理：无人机2需要充电时悬停于无人机停机坪504的磁力式充电凹槽503的正上方，无人机2缓慢降速下降至一定高度时通过磁力式充电插头502与磁力式充电凹槽503的磁力吸引作用结合，从而进行充电工作。
本发明中太阳能收集装置的工作原理：如图1所示，太阳能收集装置包括太阳能板1、防水导线(图中未标出)、蓄电池(图中未标出)，太阳能板1收集的太阳能通过防水导线存入蓄电池中供给无人机2充电以及水域保洁无人船3的行进与垃圾清理工作。
本发明中风能收集装置的工作原理：如图1、图6所示，在水域保洁无人船3的尾部以及甲板两侧安装有风能收集装置，风能收集装置包括风动叶轮601、连接杆602、摇晃动能主件603、压电片604、整流控制器(图中未标出)、蓄电池(图中未标出)，连接杆602一端固定有风动叶轮601，另一端连接摇晃动能主件603，摇晃动能主件603固定于压电片604，压电片604内部电路与整流控制器及蓄电池相连接。当水域保洁无人船3运行或水面风力较大时，风动叶轮601通过转动收集风能存入蓄电池中，晃动式动能主件603通过摆动带动压电片604产生形变进而形成电流，经过整流控制器后将收集到的电能存入蓄电池中供给水域保洁无人船3的行进与垃圾清理工作，水域保洁无人船3的主要依靠船舶推进器605产生行进动力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，其特征在于：
包括水域保洁无人船、地面中央控制系统、可搭载于水域保洁无人船上的无人机，水域保洁无人船船体设置有垃圾清理系统、太阳能收集装置、风能收集装置、船舶推进器、控制器和无人机停机坪，所述水域保洁无人船与地面的中央控制系统之间通过控制器通信连接；
所述无人机上设有内嵌式图像采集与无线传图模块，所述内嵌式图像采集与无线传图模块可用于采集河流湖泊的水面图像并将采集的水面图像传送至地面中央控制系统；所述地面中央控制系统设有通信模块与图像处理模块，所述地面中央控制系统的图像处理模块用于处理水面图像信息并将水面图像信息转化为水域保洁无人船的最优行进路径参数，所述地面中央控制系统的通信模块用于接收所述内嵌式图像采集与无线传图模块发送的水面图像信息，以及将所述图像处理模块处理完成后的最优路径参数发送至所述控制器的通信模块；所述控制器包括控制模块和通信模块，所述控制器的通信模块用于接收所述中央控制系统的通信模块发送的最优路径参数，所述控制器的控制模块用于根据最优路径参数控制所述水域保洁无人船进行垃圾清理和路径行进工作。
2.根据权利要求1所述的无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，其特征是，所述水域保洁无人船上设有停机坪，所述停机坪具有供无人机起降的停机平面。
3.根据权利要求2所述的无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，其特征是，所述停机坪上设有磁力式充电凹槽，所述无人机上设有磁力式充电插头，所述无人机停于所述停机坪上时，所述磁力式充电插头与所述磁力式充电凹槽连通。
4.根据权利要求1所述的无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，其特征是，所述无人机设有内嵌式图像采集与无线传图模块，用于拍摄河流湖泊的水面图像信息并将该水面图像信息传送至所述地面中央控制系统。
5.根据权利要求1所述的无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，其特征是，所述地面中央控制系统包括图像处理模块和通信模块，所述图像处理模块对所述水面图像信息进行处理转换为水域保洁无人船处理垃圾的最优路径参数，地面中央控制系统通过通信模块将所述参数传送至水域保洁无人船。
6.根据权利要求1所述的无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，其特征是，所述控制器包括控制模块和通信模块，所述控制器的通信模块接收地面中央控制系统通信模块传送的参数，控制器的控制模块根据该参数驱动水域保洁无人船的行进与垃圾清理工作。
7.根据权利要求1所述的无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，其特征是，所述水域保洁无人船船体设有太阳能收集装置，所述太阳能收集装置利用太阳能板收集太阳能并存储到蓄电池中。
8.根据权利要求1所述的无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，其特征是，所述水域保洁无人船船体设有风能收集装置，所述风能收集装置包括风动叶轮、连接杆、摇晃式动能主件、压电片、防水导线、整流控制器、蓄电池，所述水域保洁无人船在运行时通过风动叶轮收集风能并存储到蓄电池中，摇晃式动能主件通过晃动带动压电片产生形变，通过防水导线与整流控制器将风能转化为电能储存至蓄电池中。
9.根据权利要求1所述的无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，其特征是，所述水域保洁无人船的垃圾清理系统包括垃圾收集单元和垃圾压缩传送单元，所述垃圾收集单元负责将垃圾进行收集，所述垃圾压缩传送单元对收集的垃圾进行压缩与运送操作。
10.根据权利要求1或9所述的无人机协同监测与太阳能风能辅助驱动的水域保洁无人船，其特征是，所述垃圾收集单元包括造流叶轮、第一电机、第一电机减速箱、第一转轴、第二转轴、直角减速箱、垃圾传送带、第二电机、传动齿轮、链条、主动辊、从动辊；第一电机带动第一转轴转动，通过第一电机减速箱控制第一转轴的转动速度，第二转轴通过直角减速箱控制转动速度与方向，从而带动造流叶轮带动水流转动，进一步地在两个造流叶轮间形成垃圾吸入的水流趋势，第二电机通过小链轮带动链条转动，进一步带动大链轮转动，主动辊在大链轮的带动下，驱动从动辊转动，进一步驱动垃圾传动带将垃圾传送至垃圾传送带顶端后落入垃圾箱中；
所述垃圾压缩传送单元包括气缸、连接环、固定板、固定柱、筛孔垃圾箱、自锁式滚筒传动带、气压杆、活塞杆、压板；筛孔垃圾箱收集来自垃圾传送带的垃圾，此时自锁式滚筒传送带进行自锁，气缸向下运动带动压板将筛孔垃圾箱内的垃圾进行压缩，以便收集更多的垃圾；筛孔垃圾箱内装满垃圾后，自锁式滚筒传送带打开自锁并将装满垃圾的筛孔垃圾箱运出水域保洁无人船船体，筛孔垃圾箱完成垃圾清理后，将筛孔垃圾箱置于自锁式滚筒传送带上方并解除自锁式滚筒传送带的自锁，通过自锁式滚筒传送带将筛孔垃圾箱运送至水域保洁无人船船体内部。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116772946A (zh) * | 2023-06-26 | 2023-09-19 | 中国铁塔股份有限公司黑龙江省分公司 | 一种基于浮漂的河流流量监测装置 |
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2022
- 2022-03-08 CN CN202210219487.7A patent/CN114715338A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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