CN115387307A - 小型封闭水域水面清洁智能机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型封闭水域水面清洁智能机器人，包括水面巡航清理机器人和岸边垃圾收集站，岸边垃圾收集站连接有移动智能交互终端；所述水面巡航清理机器人包括箱体(1)，箱体(1)前侧设有垃圾传送机构(2)，箱体(1)上方设有垃圾收集倾倒机构(3)，箱体(1)后侧设有驱动机构(4)，箱体(1)前后两侧设有浮筒(5)；所述箱体(1)内还设有电池和控制电路板。本发明既能实现无人化操作又能适用于封闭式小型水域。
Description
技术领域
本发明涉及一种水面清理设备，特别是一种小型封闭水域水面清洁智能机器人。
背景技术
针对水面环境污染问题，国外清洁船起步早，技术成熟，从上世纪30年代末，纽约就已经出现了水污染处理船。国外清洁船具有功能全面、自动化程度高等特点。除具备清洁净化水域功能之外，还具有消防、曝气、水质监测、导航定位、应对紧急情况等功能，自动化程度较高，需少量船员完成清洁任务。随着国内科技的发展，陆续也有公司开发出水面清洁船，如上海电气集团的GC2230型河道割草保洁船、宁波市农业机械研究所的河道水草机、西北工业大学Smurf20、上海市延安中学的智能型水面垃圾搜集船、沈阳化工学院的遥控水面垃圾自动清理船、张家港驰飞公司的全自动河道保洁船等清洁船。但是上述船只无法实现无人化工作，需要人工进行帮助或实时监控；同时，船只的体积过大且不灵活，适用于开阔大型水域，无法在封闭小型水域工作。因此，现有的技术存在着无法适用于封闭小型水域且无法实现无人化操作的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种小型封闭水域水面清洁智能机器人。本发明既能实现无人化操作又能适用于封闭式小型水域。
本发明的技术方案：小型封闭水域水面清洁智能机器人，包括水面巡航清理机器人和岸边垃圾收集站，岸边垃圾收集站连接有移动智能交互终端；所述水面巡航清理机器人包括箱体，箱体前侧设有垃圾传送机构，箱体上方设有垃圾收集倾倒机构，箱体后侧设有驱动机构，箱体前后两侧设有浮筒；所述箱体内还设有电池和控制电路板。
前述的小型封闭水域水面清洁智能机器人中，所述岸边垃圾收集站包括岸边垃圾收集框，岸边垃圾收集框的底部设有第一称重模块，第一称重模块经电路板和通讯模块与移动智能交互终端相连。
前述的小型封闭水域水面清洁智能机器人中，所述垃圾传送机构包括三角传送支架，三角传送支架上设有倾斜分布的传送带，传送带上下两端设有滚刷，三角传送支架前侧的底部两端设有扰流螺旋桨。
前述的小型封闭水域水面清洁智能机器人中，所述传送带内还设有压紧阶梯轴。
前述的小型封闭水域水面清洁智能机器人中，所述垃圾收集倾倒机构包括固定在箱体上方的底板，底板上方设有与垃圾传送机构相对应的收集框，收集框侧面设有支撑杆，支撑杆连接有倾倒连杆组，倾倒连杆组上设有竖向电推杆，所述支撑杆端部与竖向电推杆之间为转动连接；所述收集框底部设有第二称重模块。
前述的小型封闭水域水面清洁智能机器人中，收集框为镂空结构。
前述的小型封闭水域水面清洁智能机器人中，所述驱动机构包括带底脚无凸缘电机、变速齿轮和动力螺旋桨。
与现有技术相比，本发明由移动智能交互终端、水面巡航清理机器人以及岸边垃圾收集站组成，主要针对水面环境污染问题，致力于中小型湖泊河流等水域漂浮物的清理，实现水面垃圾清理的机械化与自动化，整个打捞收集过程无需人工参与，安全性好，实现从人工转变为自动的跨越。同时，水面清理机器人由垃圾传送机构、垃圾收集倾倒机构、箱体、驱动机构、浮筒、电池和控制电路板组成，整体体积小巧，运行稳定性良好且灵活，可以自动巡航作业，实现无人化，极大的降低了对小型封闭水域清理的人工成本，也提高了清洁的效率。经测试，每次工作时间1小时左右，并且清洁效率高达90％。对收集物重量的数据会进行收集与分析，针对不同环境进行可设置单次清洁频率和时长等特色化作业，相较于同类型产品，更加节省能耗。综上所述，本发明既能实现无人化操作又能适用于封闭式小型水域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是垃圾传送机构的结构视图；
图3是垃圾收集倾倒机构的结构视图；
图4是本发明省略垃圾收集倾倒机构后的俯视图。
附图中的标记为：1-箱体，2-垃圾传送机构，3-垃圾收集倾倒机构，4-驱动机构，5-浮筒，201-三角传送支架，202-传送带，203-滚刷，204-扰流螺旋桨，301-底板，302-收集框，303-支撑杆，304-倾倒连杆组，305-竖向电推杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。小型封闭水域水面清洁智能机器人，构成如图1至图4所示，包括水面巡航清理机器人和岸边垃圾收集站，岸边垃圾收集站连接有移动智能交互终端；所述水面巡航清理机器人包括箱体1，箱体1前侧设有垃圾传送机构2，箱体1上方设有垃圾收集倾倒机构3，箱体1后侧设有驱动机构4，箱体1前后两侧设有浮筒5；所述箱体1内还设有电池和控制电路板。
所述岸边垃圾收集站包括岸边垃圾收集框，岸边垃圾收集框的底部设有第一称重模块，第一称重模块经电路板和通讯模块与移动智能交互终端相连。
所述垃圾传送机构2包括三角传送支架201，三角传送支架201上设有倾斜分布的传送带202，传送带202上下两端设有滚刷203，三角传送支架201前侧的底部两端设有扰流螺旋桨204。
所述传送带202内还设有压紧阶梯轴。
所述垃圾收集倾倒机构3包括固定在箱体1上方的底板301，底板301上方设有与垃圾传送机构2相对应的收集框302，收集框302侧面设有支撑杆303，支撑杆303连接有倾倒连杆组304，倾倒连杆组304上设有竖向电推杆305，所述支撑杆303端部与竖向电推杆305之间为转动连接；所述收集框302底部设有第二称重模块。
收集框302为镂空结构。
所述驱动机构4包括带底脚无凸缘电机、变速齿轮和动力螺旋桨。
传送带上下两端还设有滚筒和传动电机。
传送带在传输过程中总是无法避免皮带松脱，为了解决这一问题，对传送带进行了压紧处理，利用固定架将压紧阶梯轴固定在传送带中，从而解决了传送带在长期使用后易松脱这一问题。
所述滚刷也由电机驱动。
传送机构是：由传动电机带动，通过传送带向上带动垃圾传送到收集框。带传动具有弹性和挠性，可以减小振动和缓解冲击，使传动平稳、噪音小；另外带传动还具有过载保护功能，结构也相对简单，从而有效避免了垃圾从侧边掉落。
为解决封闭水域漂浮物清洁工作难的问题，本申请采用传送三角形斜面传送带的结构实现对漂浮物的收集。主要由滚刷、传送带、支架、扰流螺旋桨等组成，传送带前方安装有两个扰流螺旋浆和滚刷。两个扰流螺旋桨通过向内旋转挤压水流形成负压区，使漂浮物顺利进入传送带前侧。传送带前侧的滚刷滚动，可带动浮萍、树叶等体积较小的漂浮物顺利进入传送带。
在倾倒过程中，不免会出现打湿的垃圾吸附在传输带上，为了解决这一问题，在传输带顶端下方也安装了一个滚刷，由电机控制转动将传输带上的吸附物刷落下来，以防止垃圾吸附在传输带上导致传输过程出现卡顿等问题。
带传动具有弹性和挠性，可以减小振动、缓解冲击，使传动平稳、噪音小；另外带传动还具有过载保护功能，当过载时，传送带与滚筒间将产生相对滑动，避免烧坏电机，起保护作用。传送带两侧具有一定高度，有效避免漂浮物从侧边掉落。
三角传送支架可对两侧固定架进行加固处理，提高了支梁的强度，使得传输过程变得更加平稳安全。
传送带运输速度约2-3cm/s，故传动电机选用减速比1：65的12V直流减速电机。
倾倒机构：鉴于三角形结构的稳定性，收集框抬升和旋转90°的过程中始终保持与其它机构保持三角构型，增加整个装置的稳定性。同时收集框采用镂空设计，有助于将垃圾上附着的水分沥干，减轻漂浮物的重量，提高单次收集率，提高工作效率。
第一称重模块和第二称重模块采用压力传感器和HX711称重模块组成。该压力传感器上下表面各有一个应变片，每个应变片内有2个压力电阻。一共为4个压力电阻，组成的全桥式电路。全桥电路可以提高所测得精度。
控制电路板和电路板采用的是Arduino Nano，它是Arduino USB接口的微型版本。
例如第一称重模块，垃圾收集框收集到一定量的垃圾以后，整体的重力会压在压力传感器上。压力传感器检测到一定压力以后，将压力信息以电信号的形式传送到HX711称重模块，将压力传感器的电信号进行转化，并继续传送到Arduino nano主板。主板将传输进来的压力电信号与压力设定值进行比对，若未达到重量，将继续进行称重；若达到指定重量，则会触发EC600N 4G模块，将提示短信发送到预先设定好的手机号，从而实现垃圾过载提示。
通讯模块均采用EC600N 4G模块，用于发送短信至移动智能交互终端。事先在电路板中烧入编好的程序，设定好警报的垃圾重量和接受短信的手机号。
将第二称重模块安装于收集框下方，当垃圾收集到一定重量时，第二称重模块会把相应的电信号传回给控制电路板(Arduino的UNO R3开发板)，通过已经编好的程序，清洁智能机器人就会自动返航并通过升降和旋转将收集筐内的垃圾倾倒在岸边。当岸边收集框的第一称重模块检测到重量达到要求时，通过开发板输出信号，短信发送装置进行识别并发送短信至手机。通过代码编程，实现人机交互，根据条件产生不同反应。
扰流螺旋桨：对前方水域进行扰动，加大收集范围。
箱体为防水箱体，用于装藏电池及带底脚无凸缘电机。
浮筒使整个船体浮于水上并且保持稳定。
变速齿轮将带底脚无凸缘电机输出转速更改为所需的适配转速。
动力螺旋桨提供床体在水面行驶所需的动力。
电推杆：通过电推杆的伸长与缩短实现垃圾的倾倒。
蓄电池的参数如下：电压：12V；放电保护电压：9.6V；充电电流：5-10V；外形尺寸：210mm×75mm×275mm(长×宽×高)；电池容量：100AH。
电推杆相关系数：电压12V，伸出速率50mm/s，额定扭矩200N/m，总行程0.09m，完全伸出时孔中心距400mm，收集框宽度400mm。
本发明的使用过程：水面清理机器人自动巡航，收集水面上的垃圾。垃圾通过扰流螺旋桨进入到传送带，经传送带传动传送到收集框，收集框位于一个底座上，当收集框底部的压力传感器，监测到垃圾重量到达或超过设定值时，通过电控部分发送警告短信给目标号码。同时，驱动机构驱动机器人返航至岸边垃圾收集站，控制电路板控制垃圾收集倾倒机构将垃圾倾倒至岸边垃圾收集站后，继续回到水面上进行垃圾清理。
垃圾收集倾倒机构的倾倒过程：电推杆上升，带动倾倒连杆组旋转，倾斜连杆组的旋转会带动与其相连的支撑杆绕着支撑杆与电推杆转动连接端旋转，进而带动收集框向上旋转90度，实现垃圾的倾倒，将垃圾倒入岸边的垃圾收集站。
Claims (7)
1.小型封闭水域水面清洁智能机器人，其特征在于：包括水面巡航清理机器人和岸边垃圾收集站，岸边垃圾收集站连接有移动智能交互终端；所述水面巡航清理机器人包括箱体(1)，箱体(1)前侧设有垃圾传送机构(2)，箱体(1)上方设有垃圾收集倾倒机构(3)，箱体(1)后侧设有驱动机构(4)，箱体(1)前后两侧设有浮筒(5)；所述箱体(1)内还设有电池和控制电路板。
2.根据权利要求1所述的小型封闭水域水面清洁智能机器人，其特征在于：所述岸边垃圾收集站包括岸边垃圾收集框，岸边垃圾收集框的底部设有第一称重模块，第一称重模块经电路板和通讯模块与移动智能交互终端相连。
3.根据权利要求1所述的小型封闭水域水面清洁智能机器人，其特征在于：所述垃圾传送机构(2)包括三角传送支架(201)，三角传送支架(201)上设有倾斜分布的传送带(202)，传送带(202)上下两端设有滚刷(203)，三角传送支架(201)前侧的底部两端设有扰流螺旋桨(204)。
4.根据权利要求3所述的小型封闭水域水面清洁智能机器人，其特征在于：所述传送带(202)内还设有压紧阶梯轴。
5.根据权利要求1所述的小型封闭水域水面清洁智能机器人，其特征在于：所述垃圾收集倾倒机构(3)包括固定在箱体(1)上方的底板(301)，底板(301)上方设有与垃圾传送机构(2)相对应的收集框(302)，收集框(302)侧面设有支撑杆(303)，支撑杆(303)连接有倾倒连杆组(304)，倾倒连杆组(304)上设有竖向电推杆(305)，所述支撑杆(303)端部与竖向电推杆(305)之间为转动连接；所述收集框(302)底部设有第二称重模块。
6.根据权利要求5所述的小型封闭水域水面清洁智能机器人，其特征在于：收集框(302)为镂空结构。
7.根据权利要求1所述的小型封闭水域水面清洁智能机器人，其特征在于：所述驱动机构(4)包括带底脚无凸缘电机、变速齿轮和动力螺旋桨。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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