CN209260685U - 多功能智能水上漂浮物清扫机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多功能智能水上漂浮物清扫机器人，包括机器人本体、运动装置、清扫装置、摄像装置和控制单元，机器人本体包括机架，机架的一端安装有透明浮球，机架的另一端设置有清扫装置，运动装置包括安装在机架底部的潜水泵、分别安装在机架两侧的浮筒以及两组用于驱动机器人本体在水下行进的驱动机构，清扫装置包括至少两组旋转机构以及用于收集水上漂浮物的收集筒，收集筒安装在机架的后端下方，机架对应收集筒的位置开设有收集口，摄像装置和控制单元均安装在透明浮球内。本实用新型多功能智能水上漂浮物清扫机器人，能够实现水上轻质漂浮物的智能清扫，清理效率高，清理过程不会对水中原有的生态平衡造成负面影响。

Description

多功能智能水上漂浮物清扫机器人

技术领域

本实用新型涉及智能机器人领域，具体涉及的是一种多功能智能水上漂浮物清扫机器人。

背景技术

水上漂浮物(如白色垃圾、水藻和浮萍等)的清理是管理池塘、蓄水池、喷水池等区域必不可少的内容，尤其是水上漂浮着的水藻会消耗水中的大量氧气，遮挡住阳光，甚至还会破坏水质的酸碱平衡，影响水质。传统水上漂浮物的清理方式为人工清理，清理前需要做好充分的下水准备，很不方便，且定期打捞，既费时又费力；采用生物清理的方法，清理过后生物的处理和对水中其他生物的影响的考虑等问题又会制造麻烦，且清理效率不高。针对水藻等轻质藻类可直接用除藻剂，虽然效率得到了保证，但又会对水中原有的动植物产生不良影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多功能智能水上漂浮物清扫机器人，能够实现水上轻质漂浮物的智能清扫，清理效率高，清理过程不会对水中原有的生态平衡造成负面影响。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

多功能智能水上漂浮物清扫机器人，包括机器人本体、运动装置、清扫装置、摄像装置和控制单元，所述机器人本体包括机架，所述机架的一端安装有透明浮球，所述机架的另一端设置有所述清扫装置，以所述机架安装有所述透明浮球的一端为前端，以所述机架设置有所述清扫装置的一端为后端，所述运动装置包括安装在所述机架底部的潜水泵、分别安装在所述机架两侧的浮筒以及两组用于驱动所述机器人本体在水下行进的驱动机构，各组所述驱动机构包括安装在各个所述浮筒内的微型电机以及与所述微型电机传动连接的螺旋桨，所述螺旋桨的桨叶位于对应的所述浮筒外，所述清扫装置包括至少两组旋转机构以及用于收集水上漂浮物的收集筒，所述收集筒安装在所述机架的后端下方，所述机架对应所述收集筒的位置开设有收集口，各组所述旋转机构包括位于所述机架下方的将所述水上漂浮物从所述收集口吸进所述收集筒的清扫头以及安装在所述机架上的用于驱动所述清扫头转动产生漩涡的旋转电机，各个所述清扫头环绕所述收集口设置且位于所述收集筒的上方，所述摄像装置和所述控制单元均安装在所述透明浮球内，各个所述微型电机、各个所述旋转电机以及所述潜水泵分别与所述控制单元的相应输出端连接，所述摄像装置与所述控制单元连接，所述控制单元与一设备终端通信连接。

所述机架为由亚克力或者工程塑料制成的机架，所述机架的前端和后端分别呈尖头状，所述机架的前端开设有供所述透明浮球穿套于其中的安装孔，所述透明浮球通过法兰安装在所述安装孔内。

所述机架对应所述透明浮球的两侧位置上分别设置有侧翼，各个所述侧翼的一端与所述机架固定连接，各个所述侧翼的另一端安装有所述浮筒，各个所述浮筒与所述机架的中轴线相平行，各个所述浮筒的前端呈弹头状，各个所述浮筒的后端设置有一导风筒，所述导风筒设置在对应的所述螺旋桨的桨叶的前端。

各个所述螺旋桨的传动轴外套装有传动轴套，所述传动轴套和对应的所述传动轴之间填充有防止进水的密封膏体，所述传动轴套水平穿设固定于对应的所述浮筒的后端，所述传动轴的前端通过对应的所述传动轴套穿过所述浮筒的后端并伸入所述浮筒内，各个所述微型电机的输出轴上安装有万向联轴器，所述传动轴的前端通过所述万向联轴器与对应的所述微型电机传动连接。

各个所述清扫头包括呈十字弯刀形的旋转叶片以及密集分布在所述旋转叶片底部的尼龙刷毛，各个所述旋转电机的旋转轴向下穿过所述机架并与对应的所述旋转叶片的十字中心位置固定连接。

所述收集筒包括收集外筒以及套设在所述收集外筒内的收集内筒，所述收集外筒和所述收集内筒上均开设有多个供水排出的排水孔。

所述透明浮球内还设置有用于定位的GPS定位装置、用于测速的加速度传感器、用于辨认方向的电子指南针以及用于照明的LED灯，所述机架上还设置有用于检测障碍物的声波雷达，所述GPS定位装置、所述加速度传感器、所述电子指南针、所述LED灯以及所述声波雷达分别与所述控制单元连接。

所述机架的底部还安装有温度传感器和浊度检测传感器，所述温度传感器和所述浊度检测传感器分别与所述控制单元连接。

所述控制单元包括主控制模块、数据处理模块、数据传输模块以及电源模块，所述摄像装置包括安装在所述透明浮球内的可180°旋转的云台以及安装在所述云台上的摄像头，所述设备终端为计算机终端或者手机终端。

采用上述结构后，本实用新型多功能智能水上漂浮物清扫机器人，具有以下功能：

(1)设备终端通过控制单元控制摄像装置的开关，摄像装置可将拍摄到的画面传输给控制单元，从而对水上漂浮物的情况进行探测并对机器人本体的漂浮物回收处理情况进行监控；

(2)安装在机架上的透明浮球和浮筒为机器人本体提供浮力，设备终端通过控制单元控制潜水泵、微型电机和旋转电机的开关，通过机架上的潜水泵带动机器人本体潜入待清扫的水域下方，通过微型电机的转动带动螺旋桨转动，从而驱动机器人本体在水下行进，通过旋转电机的转动带动各个清扫头的转动，在收集口附近产生漩涡，从而将水面上位于清扫头附近的轻质漂浮物吸入漩涡内并掉落在收集筒内，实现智能清扫水上漂浮物的目的。

因此，本实用新型多功能智能水上漂浮物清扫机器人，能够实现水上轻质漂浮物的智能清扫，清理效率高，清理过程不会对水中原有的生态平衡造成负面影响。

进一步，所述机架的前端和后端分别呈尖头状，各个所述浮筒的前端呈弹头状，这样的设置有利于减弱机器人本体在水下行进的阻力，有利于机器人本体的运动。

进一步，各个所述清扫头包括呈十字弯刀形的旋转叶片以及密集分布在所述旋转叶片底部的尼龙刷毛，呈十字弯刀形的旋转叶片更有利于漩涡的形成，提升对水上漂浮物的吸附作用，提高清扫效果，尼龙刷毛有一定的硬度和弹性，也有利于产生较强的漩涡。

进一步，所述透明浮球内还设置有用于定位的GPS定位装置、用于测速的加速度传感器、用于辨认方向的电子指南针以及用于照明的LED灯，所述机架的底部还安装有温度传感器和浊度检测传感器，温度传感器用于检测水温，浊度检测传感器用于检测水的浑浊度，增强了该机器人的功能性。

附图说明

图1为本实用新型多功能智能水上漂浮物清扫机器人的结构示意图；

图2为本实用新型中驱动机构的结构示意图；

图3为本实用新型多功能智能水上漂浮物清扫机器人的另一结构示意图；

图4为本实用新型多功能智能水上漂浮物清扫机器人的工作原理示意图。

图中：

机架 1 透明浮球 11

法兰 12 侧翼 13

收集口 14 潜水泵 21

浮筒 22 导风筒 221

微型电机 23 螺旋桨 24

传动轴 241 传动轴套 25

牛油膏体 26 万向联轴器 27

收集筒 31 排水孔 311

安装吊杆 32 清扫头 33

旋转叶片 331 尼龙刷毛 332

旋转电机 34 摄像头 4

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

多功能智能水上漂浮物清扫机器人，如图1和图4所示，包括机器人本体、运动装置、清扫装置、摄像装置和控制单元，机器人本体包括由亚克力或者工程塑料制成的机架1，机架1的一端安装有透明浮球11，机架1的另一端设置有清扫装置，以机架1安装有透明浮球11的一端为前端，以机架1设置有清扫装置的一端为后端，机架的1前端和后端分别呈尖头状，机架1的前端开设有供透明浮球11穿套于其中的安装孔，透明浮球11的中部通过法兰12固定安装在安装孔内。

如图1-图2所示，运动装置包括安装在机架1底部中央的潜水泵21、分别安装在机架1两侧的浮筒22以及两组用于驱动机器人本体在水下行进的驱动机构，机架1对应透明浮球11的两侧位置上分别设置有侧翼13，各个侧翼13的一端与机架1固定连接，各个侧翼13的另一端安装有由工程塑料制成的浮筒22，各个浮筒22与机架1的中轴线相平行，各个浮筒22的前端呈弹头状，各个浮筒22的后端设置有一导风筒221。整个机器人本体呈类似飞机的形状。

如图2-图3所示，各组驱动机构与浮筒22一一对应安装在一起。各组驱动机构包括安装在各个浮筒22内的微型电机23以及与微型电机23传动连接的螺旋桨24，各个螺旋桨24的传动轴241外套装有传动轴套25，传动轴套25和对应的传动轴241之间填充有防止进水的牛油膏体26，传动轴套25水平穿设固定于对应的浮筒22的后端，传动轴套25穿设于浮筒22的部位与浮筒22的后端密封连接，传动轴241的前端通过对应的传动轴套25穿过浮筒22的后端并伸入浮筒22内，各个微型电机23的输出轴上安装有万向联轴器27，传动轴241的前端通过万向联轴器27与对应的微型电机23传动连接，传动轴241的后端伸出对应的浮筒22外并固定安装有螺旋桨24的桨叶，螺旋桨24的桨叶位于对应的导风筒221的后端。通过微型电机23的正转和反转，带动螺旋桨24正向转动和反向转动，从而驱动机器人本体在水下实现前进、后退等动作。

如图1-图2所示，清扫装置包括至少两组旋转机构以及用于收集水上漂浮物的由工程塑料制成的收集筒31，收集筒31通过若干根安装吊杆32安装在机架1的后端下方，收集筒31包括收集外筒以及套设在收集外筒内的收集内筒，收集内筒与收集外筒可拆卸地连接在一起，比如通过卡合固定，收集外筒和收集内筒上均开设有多个供水排出的排水孔311，排水孔311沿着收集筒31的周沿呈多排均匀分布。

机架1后端对应收集筒31的位置开设有收集口14，优选的，旋转机构有三组，分别均匀分布在收集口14周沿。各组旋转机构包括位于机架1下方的将水上漂浮物从收集口14吸进收集筒31的清扫头33以及安装在机架1上的用于驱动清扫头33转动产生漩涡的旋转电机34，各个清扫头33环绕收集口14设置且位于收集筒31的上方附近，各个清扫头33包括呈十字弯刀形的旋转叶片331以及密集分布在旋转叶片331底部的尼龙刷毛332，各个旋转电机34的旋转轴向下穿过机架1并与对应的旋转叶片331的十字中心位置固定连接。通过旋转电机34的转动带动各个清扫头33的转动，在收集口14附近产生漩涡，从而将水面上位于清扫头33附近的轻质漂浮物吸入漩涡内并掉落在收集筒31内，实现清扫水上漂浮物的目的。呈十字弯刀形的旋转叶片331更有利于漩涡的形成，提升对水上漂浮物的吸附作用，提高清扫效果，尼龙刷毛332有一定的硬度和弹性，也有利于产生较强的漩涡。

如图1和图4所示，摄像装置和控制单元均安装在透明浮球11内，透明浮球11的中央内部安装有将透明浮球11内的空间分为上层和下层的隔板，透明浮球11可采用亚克力制作，整体呈透明状，或者，透明浮球11的上半部分由亚克力制作而成，呈透明状，透明浮球11的下半部分由工程塑料制作，透明浮球11的上半部分和下半部分通过胶粘固接形成完整的透明浮球11，摄像装置位于透明浮球11的上层，摄像装置包括安装在隔板上的可180°旋转的云台以及安装在云台上的摄像头4，控制单元安装在透明浮球11的下层，控制单元包括集成的主控制模块、数据处理模块、数据传输模块以及电源模块，主控制模块为单片机，负责各种数据的采集及动作控制，各个微型电机23、各个旋转电机34以及潜水泵21分别与控制单元的相应输出端连接，云台与控制单元的相应输出端连接，摄像头4与控制单元双向连接，控制单元与一设备终端无线通信连接。设备终端为计算机终端或者手机终端。通过设备终端可向控制单元发送控制指令，也可接收控制单元采集的数据信息，实现远程监控。

采用上述结构后，本实用新型多功能智能水上漂浮物清扫机器人，具有以下功能：

(1)设备终端通过控制单元控制摄像头4的开关和云台的转动，摄像头4可将拍摄到的画面传输给控制单元，从而对水上漂浮物的情况进行探测并对机器人本体的漂浮物回收处理情况进行监控；

(2)安装在机架上的透明浮球11和浮筒22为机器人本体提供浮力，设备终端通过控制单元控制潜水泵21、微型电机23和旋转电机34的开关，通过机架1上的潜水泵21带动机器人本体潜入待清扫的水域下方，通过微型电机23的转动带动螺旋桨24转动，从而驱动机器人本体在水下行进，通过旋转电机34的转动带动各个清扫头33的转动，在收集口14附近产生漩涡，从而将水面上位于清扫头33附近的轻质漂浮物吸入漩涡内并掉落在收集筒31内，实现智能清扫水上漂浮物的目的。

进一步，透明浮球11的下层内还设置有用于定位的GPS定位装置、用于测速的加速度传感器、用于辨认方向的电子指南针，透明浮球11的隔板上还安装有位于上层的用于照明的LED灯，机架1的前端上方靠近透明浮球11的位置还设置有用于检测障碍物的声波雷达，GPS定位装置、加速度传感器、电子指南针以及声波雷达分别与控制单元双向连接，LED灯与控制单元的相应输出端连接，从而通过控制单元控制它们的开关以及相关数据的传输，增强了该机器人的功能性。

进一步，机架1的底部还安装有温度传感器和浊度检测传感器，温度传感器和浊度检测传感器分别与控制单元双向连接，温度传感器用于检测水温，从而判断机器人本体潜水的条件，防止设备损坏，浊度检测传感器用于检测水的浑浊度，从而判断该水域是否仍然需要清理，同样增强了该机器人的功能性。

该多功能智能水上漂浮物清扫机器人的工作过程如下：将机器人本体放入待清理的水域(如池塘、喷水池)内，温度传感器和浊度检测传感器将检测的数据传送给控制单元，经过数据处理模块处理后，将数据信号通过数据传输模块传送给设备终端，操作者根据设备终端接收到的温度和浊度数据判断是否进行清扫工作，当需要进行清扫工作时，设备终端向控制单元发送控制指令，通过控制单元控制摄像头4的开关和云台的转动，从而对水上漂浮物的情况进行探测并对机器人本体的漂浮物回收处理情况进行监控；然后设备终端通过控制单元控制潜水泵21和微型电机23的开启，控制机器人本体移动到水上轻质漂浮物(如浮萍、塑料袋等)聚集的位置，在移动过程中，通过加速度传感器感应的速度信息实时监控机器人本体的移动速度；然后通过控制单元控制旋转电机34的开启，产生漩涡，将水上轻质漂浮物吸入收集筒31内，实现智能清扫水上漂浮物的目的。在清扫过程中，还可实现对机器人本体的定位功能和方向辨认功能，设备终端也可采用自动模式，由控制单元根据声波雷达接收到的的障碍物信息及GPS定位装置发送的定位数据，由数据处理模块处理后，规划合理的行进路线，实现智能程度更高的清扫过程，当清扫周期结束(比如机器人本体回到出发的水域位置)后，控制单元控制各个部件关闭，结束清扫任务。

因此，本实用新型多功能智能水上漂浮物清扫机器人，能够实现水上轻质漂浮物的智能清扫，清理效率高，清理过程不会对水中原有的生态平衡造成负面影响。

本实用新型中，潜水泵21、微型电机23、螺旋桨24、传动轴套25、万向联轴器27、旋转电机34、摄像装置、控制单元、GPS定位装置、加速度传感器、电子指南针、声波雷达、温度传感器和浊度检测传感器均为本领域的公知部件。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (9)

1.多功能智能水上漂浮物清扫机器人，包括机器人本体、运动装置、清扫装置、摄像装置和控制单元，其特征在于：所述机器人本体包括机架，所述机架的一端安装有透明浮球，所述机架的另一端设置有所述清扫装置，以所述机架安装有所述透明浮球的一端为前端，以所述机架设置有所述清扫装置的一端为后端，所述运动装置包括安装在所述机架底部的潜水泵、分别安装在所述机架两侧的浮筒以及两组用于驱动所述机器人本体在水下行进的驱动机构，各组所述驱动机构包括安装在各个所述浮筒内的微型电机以及与所述微型电机传动连接的螺旋桨，所述螺旋桨的桨叶位于对应的所述浮筒外，所述清扫装置包括至少两组旋转机构以及用于收集水上漂浮物的收集筒，所述收集筒安装在所述机架的后端下方，所述机架对应所述收集筒的位置开设有收集口，各组所述旋转机构包括位于所述机架下方的将所述水上漂浮物从所述收集口吸进所述收集筒的清扫头以及安装在所述机架上的用于驱动所述清扫头转动产生漩涡的旋转电机，各个所述清扫头环绕所述收集口设置且位于所述收集筒的上方，所述摄像装置和所述控制单元均安装在所述透明浮球内，各个所述微型电机、各个所述旋转电机以及所述潜水泵分别与所述控制单元的相应输出端连接，所述摄像装置与所述控制单元连接，所述控制单元与一设备终端通信连接。

2.根据权利要求1所述的多功能智能水上漂浮物清扫机器人，其特征在于：所述机架为由亚克力或者工程塑料制成的机架，所述机架的前端和后端分别呈尖头状，所述机架的前端开设有供所述透明浮球穿套于其中的安装孔，所述透明浮球通过法兰安装在所述安装孔内。

3.根据权利要求1所述的多功能智能水上漂浮物清扫机器人，其特征在于：所述机架对应所述透明浮球的两侧位置上分别设置有侧翼，各个所述侧翼的一端与所述机架固定连接，各个所述侧翼的另一端安装有所述浮筒，各个所述浮筒与所述机架的中轴线相平行，各个所述浮筒的前端呈弹头状，各个所述浮筒的后端设置有一导风筒，所述导风筒设置在对应的所述螺旋桨的桨叶的前端。

4.根据权利要求1所述的多功能智能水上漂浮物清扫机器人，其特征在于：各个所述螺旋桨的传动轴外套装有传动轴套，所述传动轴套和对应的所述传动轴之间填充有防止进水的密封膏体，所述传动轴套水平穿设固定于对应的所述浮筒的后端，所述传动轴的前端通过对应的所述传动轴套穿过所述浮筒的后端并伸入所述浮筒内，各个所述微型电机的输出轴上安装有万向联轴器，所述传动轴的前端通过所述万向联轴器与对应的所述微型电机传动连接。

5.根据权利要求1所述的多功能智能水上漂浮物清扫机器人，其特征在于：各个所述清扫头包括呈十字弯刀形的旋转叶片以及密集分布在所述旋转叶片底部的尼龙刷毛，各个所述旋转电机的旋转轴向下穿过所述机架并与对应的所述旋转叶片的十字中心位置固定连接。

6.根据权利要求1所述的多功能智能水上漂浮物清扫机器人，其特征在于：所述收集筒包括收集外筒以及套设在所述收集外筒内的收集内筒，所述收集外筒和所述收集内筒上均开设有多个供水排出的排水孔。

7.根据权利要求1所述的多功能智能水上漂浮物清扫机器人，其特征在于：所述透明浮球内还设置有用于定位的GPS定位装置、用于测速的加速度传感器、用于辨认方向的电子指南针以及用于照明的LED灯，所述机架上还设置有用于检测障碍物的声波雷达，所述GPS定位装置、所述加速度传感器、所述电子指南针、所述LED灯以及所述声波雷达分别与所述控制单元连接。

8.根据权利要求1所述的多功能智能水上漂浮物清扫机器人，其特征在于：所述机架的底部还安装有温度传感器和浊度检测传感器，所述温度传感器和所述浊度检测传感器分别与所述控制单元连接。

9.根据权利要求1所述的多功能智能水上漂浮物清扫机器人，其特征在于：所述控制单元包括主控制模块、数据处理模块、数据传输模块以及电源模块，所述摄像装置包括安装在所述透明浮球内的可180°旋转的云台以及安装在所述云台上的摄像头，所述设备终端为计算机终端或者手机终端。