CN115045249A - 一种自动收集处理海洋垃圾的节能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，包括支撑动力装置、自动检测装置、大型垃圾收集装置、微型垃圾收集装置，支撑动力装置为机器人提供电力输入，并使机器人浮在水面，自动检测装置、大型垃圾收集装置、微型垃圾收集装置集成在支撑动力装置上，自动检测装置对机器人进行控制，能够对洋面的垃圾进行检测，然后调整机器人的运动方向，通过大型垃圾收集装置收集体积较大的垃圾，再通过微型垃圾收集装置收集微小型垃圾。本发明的节能机器人，结构精巧，工作可靠，能耗低，适于在海洋环境推广，有助于降低海洋垃圾对海洋生态环境产生的影响。

Description

一种自动收集处理海洋垃圾的节能机器人

技术领域

本发明涉及垃圾收集机器人技术领域，具体地，涉及一种自动收集处理海洋垃圾的节能机器人。

背景技术

海洋污染主要有石油污染、重金属以及放射性污染、赤潮和海洋垃圾等，其中，海洋垃圾对海洋环境的危害尤为突出。每年流入海洋的垃圾接近千万吨，其中有超过70％沉入到海底，有15％漂浮在海面上，另有15％滞留在海滩上。海洋垃圾的来源包括暴风雨将陆地上的垃圾吹入大海、人为倾倒不能处理的垃圾以及海洋事故等，大量的海洋垃圾给海洋生态平衡造成了不良影响，既破坏了海洋生态系统，也间接地威胁到了人类的健康。海洋垃圾不仅会导致视觉污染，还会造成水体污染，危及海洋生物的生存。一些海洋生物被塑料圈、尼龙绳缠住，无法动弹，甚至在误食海洋垃圾后，因海洋垃圾残留在肠胃无法消化和分解，最终导致海洋生物死亡。

现有的一些海洋垃圾处理装置，比如浮式大型海上垃圾回收处理平台、移动式海洋垃圾处理设施及海洋生物救助平台，优点是能够解决海上浮动垃圾带问题，缺点是垃圾处理范围过小。另一些海洋垃圾处理装置，提高了垃圾处理的效率，但是使用过程机械结构导致损耗能量大，节能性不好。还有一些具有自动收集功能的海洋垃圾处理装置，能够通过设置机械构件摆动杆，在收集工作箱中实现伸缩杆带动滑动块沿滑槽运动，但当垃圾收集的量大时，结构的实用性会受影响。

为此，本发明提供一种自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，既能对大型垃圾和小型微塑料垃圾进行收集，还能节约能源，适用于海洋环境。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自动收集处理海洋垃圾的节能机器人。

本发明提供的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，包括支撑动力装置、自动检测装置、大型垃圾收集装置、微型垃圾收集装置，

所述支撑动力装置包括外壳、浮力筒、动力浆、蓄电装置，所述外壳是倒U型结构，所述外壳的内部为空腔，所述外壳的侧面具有第一开口和第二开口，所述浮力筒与所述外壳的底部连接，所述动力浆设于所述浮力筒内，所述蓄电装置为所述动力浆提供电力，

所述自动检测装置包括超声波传感器、固定范围杆、挡板，所述超声波传感器设于所述外壳的顶部，所述固定范围杆、所述挡板设于所述第一开口处，所述挡板与所述外壳可转动地连接，

所述大型垃圾收集装置包括导轨、推板、连杆机构、驱动件、第一围板、第二围板、第一垃圾收集器，所述导轨设于所述外壳内壁的顶部，所述推板与所述导轨可滑动地连接，所述连杆机构与所述外壳的内壁连接，所述驱动件与所述连杆机构连接，所述驱动件能够驱动所述连杆机构转动，所述连杆机构的顶部设有隔板，所述第一围板固设在所述隔板的两侧，所述第一围板垂直于所述隔板，所述第二围板位于所述第一围板的一端，所述第二围板的顶部与所述第一围板可转动地连接，所述第一垃圾收集器位于所述第二围板的下方，所述第一垃圾收集器与所述外壳连接，

所述微型垃圾收集装置包括浮力板、第二垃圾收集器、收集筒、传动装置、旋转装置，所述收集筒为侧壁剖开的圆筒，所述收集筒的侧壁上开有圆孔，所述收集筒设在所述外壳的空腔内，所述收集筒与所述外壳连接，所述收集筒的一端与所述第二垃圾收集器连接，所述旋转装置设于所述收集筒内，所述浮力板与所述传动装置连接，所述传动装置与所述旋转装置连接，所述传动装置单向转动，

所述超声波传感器与所述动力浆、所述驱动件电连接。

进一步地，所述支撑动力装置还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板设于所述外壳的顶部，所述太阳能电池板与所述蓄电装置电连接。

优选地，所述挡板、所述固定范围杆的数量均为2个，所述挡板分别与所述第一开口两侧的所述壳体连接，所述固定范围杆的夹角为135°。

进一步地，所述连杆机构为若干根连杆组成的平行四边形结构，所述连杆之间通过销轴连接。

进一步地，所述驱动件包括外齿齿轮、内齿齿轮、第一电机，所述外齿齿轮与所述内齿齿轮啮合，所述第一电机的输出轴与所述外齿齿轮连接，所述内齿齿轮上设有连接杆，所述连接杆的端部与所述连杆机构可转动地连接，所述第一电机与所述蓄电装置电连接。

优选地，所述销轴的端部设有防水套。

进一步地，所述传动装置包括固定件、第三齿轮、第一转动轴、齿轮单向固定杆，所述固定件固设在所述外壳上，所述第一转动轴与所述固定件可转动地连接，所述第三齿轮固定套设在所述第一转动轴上，所述齿轮单向固定杆的一端可转动地套设在所述第一转动轴上，所述齿轮单向固定杆与所述第三齿轮配合，所述齿轮单向固定杆的另一端与所述浮力板可转动地连接。

进一步地，所述旋转装置包括第二转动轴、若干个叶片，所述第二转动轴与所述第一转动轴同轴连接，所述叶片套设在所述第二转动轴上。

优选地，所述浮力板、所述浮力筒的材质为塑料。

优选地，所述收集筒的圆孔孔径不超过5mm。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，通过大型垃圾收集装置能够收集体积较大的垃圾，通过卫星垃圾收集装置能够自动收集体积较小的垃圾，实现了对海洋垃圾的全面有效收集。本发明通过太阳能电池板进行太阳能发电，为机器人提供电力输入，适用于海洋环境；微型垃圾收集装置由水面的波动提供动力，持续进行垃圾收集，无需消耗电能，大大降低了能量损耗，适于推广。本发明的节能机器人，结构精巧，工作可靠，有助于降低海洋垃圾对海洋生态环境产生的影响。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人的连杆机构示意图；

图3为本发明实施例提供的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人微型垃圾收集装置示意图。

图中：

1-外壳，2-浮力筒，3-动力浆，4-第一垃圾收集器，5-大型垃圾收集装置，6-推板，7-微型垃圾收集装置，8-太阳能电池板，9-第一围板，10-第二围板，11-连杆机构，12-外齿齿轮，13-内齿齿轮，14-传动轴，15-浮力板，16-固定架，17-第三齿轮，18-固定板，19-收集筒，20-第二垃圾收集器，21-叶片，22-齿轮单向固定杆，23-超声波传感器，24-导轨，25-挡板，26-固定范围杆，27-转动轴，28-轴承，29-单向挡片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，能够收集海洋表面的垃圾，对体积较大的垃圾和微小型垃圾进行分开收集。本发明以太阳能为主要能源输入，还能利用水面的波动，实现对微小型垃圾的持续收集，达到节能的效果。

如图1所示，本实施例的节能机器人包括支撑动力装置、自动检测装置、大型垃圾收集装置5、微型垃圾收集装置7，支撑动力装置为机器人提供电力输入，并使机器人浮在水面，自动检测装置、大型垃圾收集装置5、微型垃圾收集装置7集成在支撑动力装置上，自动检测装置对机器人进行控制，能够对洋面的垃圾进行检测，然后调整机器人的运动方向，通过大型垃圾收集装置5收集体积较大的垃圾，再通过微型垃圾收集装置7收集微小型垃圾。

支撑动力装置包括外壳1、浮力筒2、动力浆3、蓄电装置，外壳1为倒U型结构，即外壳1的内部为空腔，外壳1具有两侧的壁板、顶板，底部和如图1所示的前后方向为开放式结构，具体地，将前后侧的开口描述为第一开口和第二开口。浮力筒2的数量为2个，分别与外壳1两侧的壁板底部相连接，浮力筒2将节能机器人浮在水面上。动力浆3设置在浮力筒2的内部，动力浆3为电机驱动的螺旋桨式结构，动力浆3在转动时能够使节能机器人移动。动力浆3在水中转动，因此，在浮力筒2的底部设有槽孔，使动力浆3浸没在水中。蓄电装置设置在外壳1的顶部，为节能机器人的用电设备提供电力供应。

为实现对蓄电装置的持续性电力供应，在外壳1的外侧顶部还设有太阳能电池板8，太阳能电池板8吸收太阳能后发电，电能储存在蓄电装置中，再向节能机器人的用电设备供电。

自动检测装置包括超声波传感器23、固定范围杆26、挡板25，超声波传感器23设于外壳1的外侧顶部，用于对垃圾进行检测。固定范围杆26和挡板25的数量均为两个，固定范围杆26与外壳1的第一开口处的两侧壁板固定连接，挡板25与外壳1的第一开口处的两侧壁板可转动地连接。挡板25通过第二电机驱动，使两个挡板25能够相互靠近和远离。固定范围杆26设置于挡板25的外侧，对挡板25的相互远离进行限位。本实施例中，两个固定范围杆26的夹角为135°，挡板25转动至最近时，两个挡板25能够将第一开口封堵，使外部的垃圾不再通过第一开口进入外壳1内。

如图1和图2所示，大型垃圾收集装置5包括导轨24、推板6、连杆机构11、驱动件、第一围板9、第二围板10、第一垃圾收集器4。导轨24设于外壳1的内侧顶部，并且沿着外壳1的长度方向，推板6垂直于导轨24并且与导轨24滑动连接，推板6由第三电机驱动滑动。

连杆机构11为两组相互平行的、且每一组均为由多根连杆组成的平行四边形结构，连杆之间通过销轴连接，连杆机构11的底边横杆固定在外壳1上，与底边连接的斜向连杆能够转动，带动上方的横杆移动。具体地，在底边横杆上设有内齿齿轮13，内齿齿轮13的外部设有连接杆，连接杆与连杆机构11中部的横杆通过销轴连接。内齿齿轮13的内部啮合有外齿齿轮12，外齿齿轮12绕着传动轴14转动，两侧的两个外齿齿轮12通过传动轴14连接。连杆机构11上还设有第一电机，第一电机的输出轴与传动轴14相连，通过第一电机带动外齿齿轮12转动，再带动内齿齿轮13转动，内齿齿轮13上的连接杆转动，使整个连杆机构11实现转动。

本实施例中，用于实现连杆连接的销轴的端部设有防水套，防水套具体可以采用塑料材质，通过防水套实现对销轴的防护。

连杆机构11的顶部设有隔板，隔板上开有圆孔。隔板上与连杆结构11的横杆平行的两侧边缘处设有第一围板9，第一围板9垂直于连杆机构11的顶面，且与连杆机构11固定连接。连杆11的顶部远离第一开口的边缘处设有第二围板10，第二围板10的高度与第一围板9一致，第二围板10的顶部与第一围板9可转动地连接。

第二围板10的下方设有第一垃圾收集器4，第一垃圾收集器4固定在外壳1上。当围板6沿着导轨24按照第一开口至第二开口的方向滑动时，能够将隔板上的垃圾推至第二围板10处，第二围板10在推力的作用下转动，底部打开，垃圾落至第一垃圾收集器4上，通过第一垃圾收集器4进行收集。

如图1和图3所示，微型垃圾收集装置7包括浮力板15、第二垃圾收集器20、收集筒19、传动装置和旋转装置。收集筒19为侧壁剖开的圆筒，收集筒19水平设置且开口朝向外壳1的第一开口方向，筒壁开有圆孔，收集筒19能够收集微小型的垃圾。收集筒19固定在外壳1上，一端与第二垃圾收集器20连接。收集筒19内设有旋转装置，旋转装置通过传动装置与浮力板15连接，传动装置能够单向传递转动。浮力板15浮在水体表面，在水面波动时，浮力板15上下移动，带动传动装置转动，向旋转装置传递单向转动，旋转装置在转动时将收集筒19内的微小型垃圾转移至第二垃圾收集器20内。收集筒19上的圆孔孔径不超过5mm，以实现对小型微塑料等的收集。浮力板15上设有延长杆，用于与传动装置相连接。

传动装置绕第一转动轴转动，旋转装置绕第二转动轴转动，如图3所示，第一转动轴和第二转动轴相连接形成一根转动轴27。转动轴27在位于收集筒19的段上分布有叶片21，叶片21随着转动轴27一起转动，叶片21具有螺旋形结构，能将收集筒19内的微小型垃圾转移至第二垃圾收集器20内。传动装置还包括固定件、第三齿轮17、齿轮单向固定杆22、单向挡片29，固定件由固定架16和固定板18组成，固定板18与外壳1连接，转动轴27通过轴承28与固定架16连接。第三齿轮17与转动轴27固定连接，齿轮单向固定杆22的一端与转动轴27可转动地连接，齿轮单向固定杆22的另一端与浮力板15可转动地连接，齿轮单向固定杆22与第三齿轮17相配合。当齿轮单向固定杆22在浮力板15的带动下朝一个方向转动时，齿轮单向固定杆22与第三齿轮17的轮齿相作用，实现第三轮齿17的转动；当齿轮单向固定杆22反方向转动时，齿轮单向固定杆22滑过第三齿轮17的轮齿，第三齿轮17并不转动，此时，单向挡片29还能够对第三齿轮17限位，避免其反方向转动。

本实施例中，浮力筒2、浮力板15的材质为轻质材料，具体可以为塑料，使机器人能够浮在水面上。

本发明的机器人，大型垃圾收集装置5靠近第一出口，微型垃圾收集装置7靠近第二出口，在大型垃圾收集装置5对体积较大的垃圾进行收集之后，再由微型垃圾收集装置7对小微型塑料、浮萍等进行收集。微型垃圾收集装置7对小微型垃圾的收集是自动、持续且缓慢进行的过程。

本发明还设置有控制电路，根据超声波传感器23检测到的垃圾量，对机器人的运动进行控制。具体地，当周围的垃圾较多时，通过控制动力浆3，调整机器人的运行方向，以收集水面的垃圾；当四杆机构11的隔板上收集的垃圾较多时，通过第二电机关闭挡板25，启动第一电机使丝杆机构11转动至垂直位置，再通过第三电机使推板6滑动，将垃圾从隔板上推至第一垃圾收集器4中。

本发明的节能机器人，在放置海洋环境中时，通过超声波传感器23自动检测5米范围内的垃圾，由动力浆3带动机器人进行移动，移动方向通过电机转动的速率进行调整。机器人前端的固定范围杆26的夹角为135°，当挡板25打开时，在此范围内的垃圾都会随着机器人的移动而进入机器人内部。当传感器检测到垃圾量多时，收集暂时停止，挡板25关闭，外壳1内的垃圾转运装置开始工作，连杆机构11在第一电机的驱动上转动至垂直位置，推板6在第三电机的推动下将垃圾推至第一垃圾收集器4内。小型微塑料进入最后端后，通过收集筒19将小型微塑料垃圾推至第二垃圾收集器20中。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，其特征在于，包括支撑动力装置、自动检测装置、大型垃圾收集装置、微型垃圾收集装置，

所述支撑动力装置包括外壳、浮力筒、动力浆、蓄电装置，所述外壳是倒U型结构，所述外壳的内部为空腔，所述外壳的侧面具有第一开口和第二开口，所述浮力筒与所述外壳的底部连接，所述动力浆设于所述浮力筒内，所述蓄电装置为所述动力浆提供电力，

所述自动检测装置包括超声波传感器、固定范围杆、挡板，所述超声波传感器设于所述外壳的顶部，所述固定范围杆、所述挡板设于所述第一开口处，所述挡板与所述外壳可转动地连接，

所述大型垃圾收集装置包括导轨、推板、连杆机构、驱动件、第一围板、第二围板、第一垃圾收集器，所述导轨设于所述外壳内壁的顶部，所述推板与所述导轨可滑动地连接，所述连杆机构与所述外壳的内壁连接，所述驱动件与所述连杆机构连接，所述驱动件能够驱动所述连杆机构转动，所述连杆机构的顶部设有隔板，所述第一围板固设在所述隔板的两侧，所述第一围板垂直于所述隔板，所述第二围板位于所述第一围板的一端，所述第二围板的顶部与所述第一围板可转动地连接，所述第一垃圾收集器位于所述第二围板的下方，所述第一垃圾收集器与所述外壳连接，

所述微型垃圾收集装置包括浮力板、第二垃圾收集器、收集筒、传动装置、旋转装置，所述收集筒为侧壁剖开的圆筒，所述收集筒的侧壁上开有圆孔，所述收集筒设在所述外壳的空腔内，所述收集筒与所述外壳连接，所述收集筒的一端与所述第二垃圾收集器连接，所述旋转装置设于所述收集筒内，所述浮力板与所述传动装置连接，所述传动装置与所述旋转装置连接，所述传动装置单向转动，

所述超声波传感器与所述动力浆、所述驱动件电连接。

2.根据权利要求1所述的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，其特征在于，所述支撑动力装置还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板设于所述外壳的顶部，所述太阳能电池板与所述蓄电装置电连接。

3.根据权利要求1所述的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，其特征在于，所述挡板、所述固定范围杆的数量均为2个，所述挡板分别与所述第一开口两侧的所述壳体连接，所述固定范围杆的夹角为135°。

4.根据权利要求1所述的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，其特征在于，所述连杆机构为若干根连杆组成的平行四边形结构，所述连杆之间通过销轴连接。

5.根据权利要求4所述的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，其特征在于，所述驱动件包括外齿齿轮、内齿齿轮、第一电机，所述外齿齿轮与所述内齿齿轮啮合，所述第一电机的输出轴与所述外齿齿轮连接，所述内齿齿轮上设有连接杆，所述连接杆的端部与所述连杆机构可转动地连接，所述第一电机与所述蓄电装置电连接。

6.根据权利要求4所述的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，其特征在于，所述销轴的端部设有防水套。

7.根据权利要求1所述的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，其特征在于，所述传动装置包括固定件、第三齿轮、第一转动轴、齿轮单向固定杆，所述固定件固设在所述外壳上，所述第一转动轴与所述固定件可转动地连接，所述第三齿轮固定套设在所述第一转动轴上，所述齿轮单向固定杆的一端可转动地套设在所述第一转动轴上，所述齿轮单向固定杆与所述第三齿轮配合，所述齿轮单向固定杆的另一端与所述浮力板可转动地连接。

8.根据权利要求7所述的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，其特征在于，所述旋转装置包括第二转动轴、若干个叶片，所述第二转动轴与所述第一转动轴同轴连接，所述叶片套设在所述第二转动轴上。

9.根据权利要求1所述的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，其特征在于，所述浮力板、所述浮力筒的材质为塑料。

10.根据权利要求1所述的自动收集处理海洋垃圾的节能机器人，其特征在于，所述收集筒的圆孔孔径不超过5mm。

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