CN117125206A - 一种可无线充电的清洁无人船 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种可无线充电的清洁无人船，其特征在于：无人船采用滚筒式传送装置对水面垃圾进行清理，其中由深度摄像头进行垃圾的识别，传送装置将垃圾传送至垃圾箱中，当电量不足时，采用无线充电技术进行能源供给；其中，无线充电接收单元安装在无人船体后方的位置，当需要充电时，利用4G/5G模块进行GPS/北斗定位，清洁无人船向停泊岸基靠近，岸基的发射单元和无人船体后方接收单元磁性吸合进行无线充电。有线充电时的元器件和接头在潮湿环境的暴露会导致元器件的腐蚀和老化而且有可能导致内部短路，本发明专利可以很大的解决人工接入充电与电机裸露安全问题。该无人船特别适合于大型水域垃圾清理的工作与水域环境研究，即节省了人工成本也减小了安全隐患。

Description

一种可无线充电的清洁无人船

技术领域

本发明专利涉及一种无人船领域，尤其涉及一种可无线充电的清洁无人船。

背景技术

由于工业的发展、人口的增加、城市化的加剧和化肥、农药使用量的增加，致使河流、湖泊内的杂物、垃圾较多，容易使得水质受到严重污染，水体的富营养化加剧了水草生长以及鱼虾类的死亡，给人们的生产和生活带来了很大的不便，为了清除和收集水中的杂物、垃圾，人们研制了出了很多种水面清洁船。

随着“第四次工业革命”的到来以及无人装备制造领域取得快速发展，小型无人船也逐渐进入人们的视野。现阶段的无人船目前主要是靠自身机舱内携带的电池驱动，由于内部容积有限同时考虑无人船的重量和携带性，可携带的电池大小也会有限制，且需要到岸边进行有线充电(无人船充电装置及系统—参考专利申请号：201922493352.6)。当该型无人船处于长期任务时需要补充能源，需要装置为其持续供电。

现有清洁无人船较为庞大，功能较为繁琐，且无法实现无线充电(一种带垃圾仓舱门装置的自主导航清洁无人船—参考专利申请号：201922350950.8)。为了任务的可持续性和减少人工的干预，同时考虑到各种水域的适应性，清洁无人船需要其自主巡航定位找到无线充电装置进行充电，但部分无线充电结构繁琐，较为复杂(一种基于无人船的无线充电装置—参考专利申请号：202022395562.4)。

现有技术中的主要缺点是：

1.现有水面清洁船多为有人船，人员乘船到水面有垃圾的地方，使用网兜打捞水面垃圾到船上，操作效率低，人员工作环境恶劣，安全风险大。

2.无人船充电技术仍然是人工接入充电，电极裸露、电流大安全隐患问题较大。

3.有线充电时的元器件和接头在潮湿环境的暴露会导致元器件的腐蚀和老化而且有可能导致内部短路。

4.对充电接头的对接准度要求较高，不太容易实现。

5.未考虑一些比较大的水域，无人船的工作区域比较局限化，比较固定。

6.对于无人船的大小重量和型号有要求，过大或过小会和充电基站不太匹配。

发明内容

本发明专利为解决人船清理垃圾的问题，采取一种滚筒式传送装置，利用滚筒塑料套筒与皮带作为主要传送装置，嵌入式微处理器控制上方轴承进行转动，清洁无人船利用微波雷达与GPS进行自主巡航，适应不同的工作水域环境。通过该装置将水面垃圾通过皮带传送至垃圾箱中，提高了水面清洁效率，极大的节约了人力。当电量不足时通过定位巡航实现发射线圈与接收线圈的吸合进行无线充电。因为无线充电可以避免其内部元器件接触到水的侵蚀，已达到防止液体飞溅至接头处，也解决了电极裸露、短路等安全隐患问题。相对于其他的充电桩，这种方案也可以很大的解决体积过大而不好拆卸和携带的问题，特别适合于大型水域环境工作时的使用，即节省了成本也减小了体积。

本发明专利提供如下技术方案：一种可无线充电的清洁无人船，其特征在于：清洁无人船包括滚筒式传送装置、垃圾收集单元、无线充电接收单元、船体部分，以及停泊岸基。无人船采用滚筒式传送装置对水面垃圾进行清理，并将垃圾传送至垃圾筐中，当电量不足时，采用无线充电技术进行能源供给；其中，无线充电接收单元安装在无人船体后方的位置，当需要充电时，位于停泊岸基的发射单元和无人船体后方接收单元磁性吸合进行无线充电。

在一个实施例中，所述滚筒式传送装置包括第一主动滚筒泡沫套、第一主动滚筒塑料套筒、第一传送带支架连接、第一轴承座、第一传送带支架、第一滚筒驱动电机、第二主动滚筒泡沫套、第二主动滚筒塑料套筒、第二传送带支架连接、第二轴承座、第二传送带支架、第二滚筒驱动电机、皮带、双体船浮箱前桥；其中，第一主动滚筒泡沫套与第二主动滚筒泡沫套将整个皮带固定，位于无人船的正前方，双体船浮箱前桥位于船体中间，用于承载第二主动滚筒塑料套筒；第一主动滚筒泡沫套由第一主动滚筒塑料套筒嵌套，第二主动滚筒泡沫套由第二主动滚筒塑料套筒嵌套；其中，第一主动滚筒塑料套筒、第二主动滚筒塑料套筒分别由两边的第一轴承座与第二轴承座进行固定；第一轴承座与第二轴承座分别于L型的第一传送带支架和第二传送带支架连接至第二主动滚筒塑料套筒；第一传送带支架连接与第二传送带支架连接为第一传送带支架和第二传送带支架提供支撑稳定作用；第一滚筒驱动电机与第二滚筒驱动电机为第二主动滚筒塑料套筒提供动力。

在一个实施例中，所述垃圾收集单元包括垃圾箱、垃圾筐、第一垃圾筐连接、第二垃圾筐连接、第三垃圾筐连接、第四垃圾筐连接，其中四个垃圾筐连接用于固定垃圾筐，而垃圾筐用于固定垃圾箱。

在一个实施例中，所述无线充电接收单元包括无线充电箱、无线接受线圈、第一电磁铁吸盘、双体船浮箱后桥、双体船浮箱，其中无线接受线圈位于无线充电箱的后方，第一电磁铁吸盘位于无线充电箱的下方，且第一电磁铁吸盘附着在双体船浮箱后方；双体船浮箱后桥位于无线充电箱的下方，用于固定无线充电箱。

在一个实施例中，所述无线充电发射单元包括底座、配电系统、第二电磁铁吸盘和发射线圈；其中，底座上安装岸边停泊岸基，第二电磁铁吸盘位于停泊岸基下方，用于引导船体靠近，在第二电磁铁吸盘的底部安装发射线圈，配电系统设在底座内。

在一个实施例中，所述配电系统包括充电模块和稳压模块。

在一个实施例中，所述船体部分包括第一双体船浮箱一段、第一双体船浮箱二段、第一双体船浮箱三段、第二双体船浮箱一段、第二双体船浮箱二段、第二双体船浮箱三段、第一推进支架、第二推进支架、第一空心铝管、第二空心铝管；其中，第一双体船浮箱一段、第一双体船浮箱二段、第一双体船浮箱三段组合在一起位于船体左侧，第二双体船浮箱一段、第二双体船浮箱二段、第二双体船浮箱三段组合在一起位于船体右侧；第一推进支架、第二推进支架，位于船体后方靠下位置，装载螺旋桨后提供动力；第一空心铝管、第二空心铝管分别位于船体中间下方的位置，为船体整体提供支撑与固定。

在一个实施例中，所述底座设在岸边停泊岸基，当需要充电时，所述无人船体行驶到充电区域，所述第一电磁铁吸盘和所述第二电磁铁吸盘吸合开始充电，当充电完成，所述第一电磁铁吸盘和所述第二电磁铁吸盘分离，所述无人船体离开充电区域。

本发明专利为解决人船清理垃圾的问题，采取一种滚筒式传送装置，利用滚筒塑料套筒与皮带作为主要传送装置，嵌入式微处理器控制上方轴承进行转动，清洁无人船利用微波雷达与GPS进行自主巡航，适应不同的工作水域环境。通过该装置将水面垃圾通过皮带传送至垃圾箱中，提高了水面清洁效率，极大的节约了人力。当电量不足时通过定位巡航实现发射线圈与接收线圈的吸合进行无线充电。同时因为是无线充电可以避免其内部元器件接触到水，已达到防止液体飞溅至接头处，也解决了电极裸露、电流大安全隐患问题。相对于其他的充电桩，这种方案也可以很大的解决体积过大而不好拆卸和携带的问题，特别适合于大型水域环境工作时的使用，即节省了成本也减小了体积。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明专利的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明专利的不当限定，在附图中：

图1为无线充电清洁无人船正题示意图；

图2为图1中清洁系统放大示意图；

图3为图1无线充电系统放大部分；

图4为无线充电清洁无人船自主导航靠岸示意图；

图5为无线充电清洁无人船的无线充电系统示意图；

图中：1、第一双体船浮箱一段；2、第一双体船浮箱二段；3、第一双体船浮箱三段；4、第二双体船浮箱一段；5、第二双体船浮箱二段；6、第二双体船浮箱三段；7、双体船浮箱中间体；11、皮带；12、第一主动滚筒泡沫套；13、第一主动滚筒塑料套筒；14、双体船浮箱前桥；15、第一传送带支架；16、第一传送带支架连接；17、第二主动滚筒塑料套筒；18、垃圾筐连接；19、垃圾箱；21、嵌入式微处理器中心；22、第一电磁铁吸盘；23、双体船浮箱后桥；24、第一推进支架；26、第二推进支架；31、停泊岸基；32、岸基底座；33、岸基吊杆；34、第二电磁铁吸盘；41、第一轴承座；42、第二主动滚筒泡沫套；43、滚筒驱动电机；

具体实施方式

为了更充分的理解本发明专利的技术内容，下面将结合附图以及具体实施例对本发明专利作进一步介绍和说明。

如图1-5所示，本实施例所示的一种可无线充电的清洁无人船，包括船体1、2、3，构成船的右侧漂浮整体，船体4、5、6，构成船的左侧漂浮整体，在左右船体的中间有一个中间漂浮体7，在船体后方靠下的尾部位置左右侧均设有一个用于驱动无人船运动的推进器24，推进器24可以控制无人船的前进和后退，还可以通过控制两个推进器产生不同的推力，从而达到控制无人船转弯的目的，在左右船体的中间部位有垃圾箱19，通过皮带11滚筒式传送装置，皮带11上方左右各有两个滚筒驱动电机17，由其带动皮带11，将水面的垃圾传送至垃圾箱19中，当电量不足时，清洁无人船自动巡航至停泊岸基31进行无线充电，由嵌入式微处理器控制的第一电磁铁吸盘22和第二电磁铁吸盘34吸合开始充电，当充电完成，第一电磁铁吸盘22和所述第二电磁铁吸盘34分离，所述无人船体离开充电区域。

具体的，第一主动滚筒泡沫套12与第二主动滚筒泡沫套42将整个皮带11固定，位于清洁无人船的正前方，双体船浮箱前桥14位于船体中间，用于承载皮带11整体装置；第一主动滚筒泡沫套12由第一主动滚筒塑料套筒13嵌套，第二主动滚筒泡沫套42由第二主动滚筒塑料套筒17嵌套；其中，第一主动滚筒塑料套筒13由两边的承座41进行固定；轴承座分41由L型的第一传送带支架15和第一传送带支架连接16至第二主动滚筒塑料套筒17；第一传送带支架连接16与第一传送带支架15提供支撑稳定作用；第一滚筒驱动电机43为第二主动滚筒塑料套筒17提供动力。

具体的，船体嵌入式微处理器中心21上还设有控制模块，控制模块包括设置在后舱盖下方的深度摄像头处理单元、动力驱动单元和嵌入式微处理器单元，深度摄像头位于嵌入式微处理器中心21前方位置，由碳素杆固定，处于较高位置能捕捉到更多的周围信息，动力驱动单元与推进器24、26电连接，嵌入式微处理器单元21与4G模块、微波雷达21、电机控制43、电磁铁吸盘22连接，视觉处理单元和动力驱动单元均与中央控制单元电连接；嵌入式微处理器单元用于控制整个无人船各部件之间的协调工作。

具体的，在船体的嵌入式微处理器中心21下方均有电池，电池与中央控制单元电连接，为整个无人船的工作提供能源；MPU9250模块同样位于嵌入式微处理器中心21，它能够检测船体姿态，当船体发生偏转、不稳定时，则控制推进电机24、26减缓速度，通过左右差速原理，使无人船的船身保持一个平衡的状态。

其中，在接收到工作指令信号后，将工作指令传输到嵌入式微处理器中心21，其发送指令至各部件，通过深度摄像头实现垃圾的自主识别，对水面进行实时图像处理，将拍摄到的实时数据传送到控制模块中的嵌入式微处理器中心21，其经过特征点的分析处理，发出指令至动力驱动单元同时控制第一滚筒驱动电机43从而第二主动滚筒塑料套筒17，然后通过皮带11传送至垃圾箱19，当无人船对水中的垃圾收集完成后，则进行下个目标的寻找。清洁无人船也可按照手机端APP发出的工作指令自主导航清洁工作，当无人船完成手机端APP发出的工作指令后，无人船会自动返回到起点。

本实施例中，当清洁无人船电量不足时其通过4G/5G模块中的GPS/北斗进行定位，寻找停泊岸基31进行无线充电。所述清洁无人船体行驶到充电区域，第一电磁铁吸盘22和所述第二电磁铁吸盘吸合34开始充电，当充电完成，所述第一电磁铁吸盘22和所述第二电磁铁吸盘34分离，所述无人船体离开充电区域。无线充电发射单元的各个部件有配电系统，可调节发射线圈高度的导轨，电磁铁吸盘、发射线圈和底座。

本实施例中，无线充电原理无线充电系统主要采用电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。系统工作时输入端将交流电经全桥整流电路变换成直流电。经过电源管理模块后输出的直流电通过有源晶振逆变转换成高频交流电供给初级绕组。通过电感线圈耦合能量，次级线圈输出的电流经接受转换电路变化成直流电为电池充电。

以上对本发明专利实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明专利实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明专利实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明专利实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明专利的限制。

Claims (8)

1.一种可无线充电的清洁无人船，其特征在于：清洁无人船包括滚筒式传送装置、垃圾收集单元、无线充电接收单元、船体部分，以及停泊岸基。无人船采用滚筒式传送装置对水面垃圾进行清理，并将垃圾传送至垃圾筐中，当电量不足时，采用无线充电技术进行能源供给；其中，无线充电接收单元安装在无人船体后方的位置，当需要充电时，位于停泊岸基的发射单元和无人船体后方接收单元磁性吸合进行无线充电。

2.根据权利要求1所述的无线充电清洁无人船，其特征在于：所述滚筒式传送装置包括第一主动滚筒泡沫套、第一主动滚筒塑料套筒、第一传送带支架连接、第一轴承座、第一传送带支架、第一滚筒驱动电机、第二主动滚筒泡沫套、第二主动滚筒塑料套筒、第二传送带支架连接、第二轴承座、第二传送带支架、第二滚筒驱动电机、皮带、双体船浮箱前桥；其中，

第一主动滚筒泡沫套与第二主动滚筒泡沫套将整个皮带固定，位于无人船的正前方，双体船浮箱前桥位于船体中间，用于承载第二主动滚筒塑料套筒；第一主动滚筒泡沫套由第一主动滚筒塑料套筒嵌套，第二主动滚筒泡沫套由第二主动滚筒塑料套筒嵌套；其中，第一主动滚筒塑料套筒、第二主动滚筒塑料套筒分别由两边的第一轴承座与第二轴承座进行固定；第一轴承座与第二轴承座分别于L型的第一传送带支架和第二传送带支架连接至第二主动滚筒塑料套筒；第一传送带支架连接与第二传送带支架连接为第一传送带支架和第二传送带支架提供支撑稳定作用；第一滚筒驱动电机与第二滚筒驱动电机为第二主动滚筒塑料套筒提供动力。

3.根据权利要求2所述的无线充电清洁无人船，其特征在于：所述垃圾收集单元包括垃圾箱、垃圾筐、第一垃圾筐连接、第二垃圾筐连接、第三垃圾筐连接、第四垃圾筐连接，其中四个垃圾筐连接用于固定垃圾筐，而垃圾筐用于固定垃圾箱。

4.根据权利要求3所述的无线充电清洁无人船，其特征在于：所述无线充电接收单元包括无线充电箱、无线接受线圈、第一电磁铁吸盘、双体船浮箱后桥、双体船浮箱，其中无线接受线圈位于无线充电箱的后方，第一电磁铁吸盘位于无线充电箱的下方，且第一电磁铁吸盘附着在双体船浮箱后方；双体船浮箱后桥位于无线充电箱的下方，用于固定无线充电箱。

5.根据权利要求4所述的无线充电清洁无人船，其特征在于：所述无线充电发射单元包括底座、配电系统、第二电磁铁吸盘和发射线圈；其中，底座上安装岸边停泊岸基，第二电磁铁吸盘位于停泊岸基下方，用于引导船体靠近，在第二电磁铁吸盘的底部安装发射线圈，配电系统设在底座内。

6.根据权利要求5所述的无线充电清洁无人船，其特征在于：所述配电系统包括充电模块和稳压模块。

7.根据权利要求6所述的无线充电清洁无人船，其特征在于：所述船体部分包括第一双体船浮箱一段、第一双体船浮箱二段、第一双体船浮箱三段、第二双体船浮箱一段、第二双体船浮箱二段、第二双体船浮箱三段、第一推进支架、第二推进支架、第一空心铝管、第二空心铝管；其中，第一双体船浮箱一段、第一双体船浮箱二段、第一双体船浮箱三段组合在一起位于船体左侧，第二双体船浮箱一段、第二双体船浮箱二段、第二双体船浮箱三段组合在一起位于船体右侧；第一推进支架、第二推进支架，位于船体后方靠下位置，装载螺旋桨后提供动力；第一空心铝管、第二空心铝管分别位于船体中间下方的位置，为船体整体提供支撑与固定。

8.根据权利要求7所述的无线充电清洁无人船，其特征在于：所述底座设在岸边停泊岸基，当需要充电时，所述无人船体行驶到充电区域，所述第一电磁铁吸盘和所述第二电磁铁吸盘吸合开始充电，当充电完成，所述第一电磁铁吸盘和所述第二电磁铁吸盘分离，所述无人船体离开充电区域。