CN211893590U

CN211893590U - 一种小型水面垃圾清理机器人

Info

Publication number: CN211893590U
Application number: CN202020500984.0U
Authority: CN
Inventors: 刘晓昂; 脱佳霖; 李乙丁; 李奕霖; 张洪彬; 刘晓辉
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2030-04-08

Abstract

本实用新型公开了一种小型水面垃圾清理机器人，包括主船体、推进装置、垃圾收集装置、主控系统、超声波测距传感器和蓄电池；主船体的左右两侧的后端均设置有推进装置，底层的前部设置有垃圾收集装置，内部空间用于放置垃圾收集装置收集的垃圾，顶层的前端设置有超声波测距传感器；主控系统与超声波测距传感器连接；所述主控系统通过直流步进电机驱动模块分别与推进装置的第一电机、垃圾收集装置的第二电机和垃圾收集装置的第三电机连接。本机器人通过合理的结构设计将自供电、避障、载满报警、GPS定位、垃圾识别与收集等功能集成于一体，实现了全方位清理和垃圾精准识别定位，解决了垃圾收集量的控制问题，延长了工作时间，提高了工作效率。

Description

一种小型水面垃圾清理机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，具体是一种小型水面垃圾清理机器人。

背景技术

目前，水面垃圾的清理作业主要是依靠人力，耗时耗力。部分地区依靠大型收集装置或大型清理船进行垃圾清理，例如申请号201110328571.4的文献公开了一种清漂船辅助收集机，其主要是通过机械臂在水面上收取垃圾。这种方式虽然可以达到收取水上垃圾的目的，但是机械臂的操作较为复杂，且针对水面上不同类型的垃圾不能灵活应对，例如在清除絮状物时不能有效工作。因此，目前针对大型清理船无法进入且人工清理不安全的区域，缺少相应的清理手段。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种小型水面垃圾清理机器人。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种小型水面垃圾清理机器人，其特征在于该机器人包括主船体、推进装置、垃圾收集装置、主控系统、超声波测距传感器和蓄电池；

所述主船体的左右两侧的后端均设置有推进装置，底层的前部设置有垃圾收集装置，内部空间用于放置垃圾收集装置收集的垃圾，顶层的前端设置有超声波测距传感器；

蓄电池用于供电；主控系统与超声波测距传感器连接；所述主控系统通过直流步进电机驱动模块分别与推进装置的第一电机、垃圾收集装置的第二电机和垃圾收集装置的第三电机连接。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

(1)本机器人通过合理的结构设计将自供电、避障、载满报警、GPS定位、垃圾识别与收集等功能集成于一体，实现了全方位清理和垃圾精准识别定位，解决了垃圾收集量的控制问题，延长了工作时间，提高了工作效率。

(2)本机器人采用主副船体的结构，增大了整体的浮力、稳定性和垃圾收集量。

(3)本机器人可实现小型化，特别适用于大型清理装置无法进入且人工清理不安全的领域。

(4)垃圾由挡板收集、传送网带传输，可以高效的打捞垃圾，并设置有柔性清扫转轮辅助打捞垃圾，可以有效的清理漂浮物最多的水面边角部位，实现对死角垃圾的打捞。

(5)合理充分利用太阳能，实现对蓄电池的充电以太阳能为主、人工充电为辅。

(6)本机器人使用两个推进装置推进；当两个推进装置同转速转动时推进机器人直线前进，当两个推进装置不同转速时调整机器人的行进方向。

(7)本机器人结构简单合理，操作简便，价格低廉，降低了人工成本，高效节能环保。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构立体示意图；

图2为本实用新型的整体结构另一角度立体示意图；

图3为本实用新型的垃圾收集装置的整体结构主视示意图；

图4为本实用新型的垃圾收集装置的局部放大示意图；

图中：1、主船体；2、副船体；3、推进装置；4、垃圾收集装置；5、垃圾装载箱；6、主控系统；7、超声波测距传感器；8、图像采集装置；9、太阳能收集装置；10、蓄电池；11、GPS定位装置；12、可旋转底座；13、报警装置；14、压力传感器；

31、保护套；32、第一电机；33、联轴器；34、螺旋桨；41、挡板；42、第一圆柱齿轮；43、第二圆柱齿轮；44、架体；45、第二电机；46、前旋转轴；47、后旋转轴；48、清扫轮支架；49、柔性清扫转轮；410、传送网带；411、第三电机；51、网孔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型提供了一种小型水面垃圾清理机器人(简称机器人，参见图1-4)，其特征在于该机器人包括主船体1、推进装置3、垃圾收集装置4、主控系统6、超声波测距传感器7和蓄电池10；

所述主船体1的左右两侧的后端均设置有推进装置3，底层的前部设置有垃圾收集装置4，内部空间用于放置垃圾收集装置4收集的垃圾，顶层的前端设置有超声波测距传感器7；主船体1的侧面设置有主控系统6；

蓄电池10用于供电；主控系统6与超声波测距传感器7电连接，进行数据传输；所述主控系统6通过直流步进电机驱动模块分别与推进装置3的第一电机32、垃圾收集装置4的第二电机45和垃圾收集装置4的第三电机411电连接。

所述主控系统6采用STM32芯片作为控制板(具体为stm32F103)；超声波测距传感器7的型号是HC-SR04；所述第一电机32和第三电机411采用180SH直流电机；所述第二电机45采用28BYJ-48步进电机；直流步进电机驱动模块的型号是L298N。

优选地，所述机器人还包括副船体2；所述主船体1的左右两侧均设置有副船体2；每个副船体2的后端均设置有推进装置3。

优选地，所述推进装置3包括保护套31、第一电机32、联轴器33和螺旋桨34；所述保护套31设置于主船体1或副船体2的后端；第一电机32固定在保护套31内，其驱动端与联轴器33连接；联轴器33穿出保护套31，末端连接有螺旋桨34。

所述垃圾收集装置4包括挡板41、架体44、第二电机45、前旋转轴46、后旋转轴47、清扫轮支架48、柔性清扫转轮49、传送网带410和第三电机411；所述架体44固定于主船体1或副船体2上；前旋转轴46和后旋转轴47分别通过轴承可转动地安装于架体44的前方和后方；传送网带410的两端分别设置于前旋转轴46和后旋转轴47上，传送网带410倾斜；第二电机45设置于架体44上，其驱动端与前旋转轴46或后旋转轴47连接；挡板41均匀地设置在传送网带410上，用于垃圾打捞并防止垃圾掉落；清扫轮支架48固定在主船体1或副船体2上，位于架体44的左右两侧、传送网带410的前侧；柔性清扫转轮49的两端通过轴承可转动地安装于清扫轮支架48上；第三电机411设置于清扫轮支架48上，其输出端与柔性清扫转轮49连接，带动柔性清扫转轮49转动，进而可以将水面边角部位的垃圾清理至传送网带410上。

优选地，所述垃圾收集装置4还包括第一圆柱齿轮42和第二圆柱齿轮43；第二电机45的驱动端与第二圆柱齿轮43连接，第二圆柱齿轮43与第一圆柱齿轮42啮合，第一圆柱齿轮42通过键槽与前旋转轴46或后旋转轴47连接。

优选地，所述主船体1的内部空间放置有垃圾装载箱5，用于装载垃圾收集装置4收集的垃圾并便于倾倒。垃圾装载箱5上均布有网孔51。

优选地，所述机器人还包括压力传感器14和报警装置13；所述压力传感器14设置于垃圾装载箱5的正下方，用于检测垃圾装载箱5内的垃圾重量；压力传感器14和报警装置13均与主控系统6连接；压力传感器14实时监测垃圾装载箱5的压力数据并传送给主控系统6，当垃圾装载箱5中的垃圾重量达到设定值时，主控系统6控制报警装置13报警并驱动推进装置3实现返航。压力传感器14的型号是FSR402；报警装置13采用无源蜂鸣器。

优选地，所述机器人设置有两个超声波测距传感器7；两个超声波测距传感器7分别设置于主船体1的顶层前端的两侧。

优选地，所述机器人还包括图像采集装置8；所述图像采集装置8设置于主船体1顶层的前端，与主控系统6连接，用于拍摄水面上的垃圾图像并识别；优选地，图像采集装置8通过可旋转底座12设置于主船体1顶部的前端。机器人开始清理垃圾工作，图像采集装置8拍摄第一垃圾点位(可为距离出发点最近的点位)图像并将图像信息传输给主控系统6，主控系统6根据图像信息判断前方是否存在需要清理的垃圾(具体是接收图像信息并与内部储存的标准图像进行比对，根据比对结果判断前方是否存在需要清理的垃圾，此为现有技术)；确认后驱动推进装置3向此点位定向运动，对垃圾进行定向收取，运动过程中，可旋转底座12转动带动图像采集装置8继续拍摄第二垃圾点位(可为距离第一垃圾点位最近的点位)图像并将图像信息传输给主控系统6，重复上述过程，直至完成整个水面的垃圾清理工作。所述图像采集装置8的型号是OpenMV。

优选地，所述机器人还包括太阳能收集装置9；太阳能收集装置9设置于主船体1的顶部，可采用太阳能光伏板；太阳能收集装置9通过稳压板与蓄电池10连接，为蓄电池10充电。蓄电池10可采用锂电池。

优选地，所述机器人还包括GPS定位装置11；GPS定位装置11与主控系统6连接，可设置于主船体1的顶部；GPS定位装置11反馈实时位置信息给主控系统6，实现机器人的实时定位，主控系统6接收位置信息并规划前进或返航路径。GPS定位装置11的型号是Air530。

本实用新型的工作原理和工作流程是：

开始工作，两个推进装置3启动，蓄电池10为机器人提供所需电力；当两个推进装置3同转速转动时推进机器人直线前进，当两个推进装置3不同转速时调整机器人的行进方向，以此运行方式实现整个水面的完全覆盖；

工作过程中，垃圾收集装置4和超声波测距传感器7持续工作；超声波测距传感器7不断发出超声波信号检测周围是否存在障碍物；当存在障碍物时，将信息传输至主控系统6，主控系统6控制推进装置3，实现避障；主船体1向前运动时，运动的柔性清扫转轮49不断的将边角位置的垃圾扫至机器人前方，运动的挡板41不断的将前方的垃圾打捞至传送网带410上，再传送至垃圾装载箱5或主船体1的内部空间中；

完成清理工作或达到重量要求返航时，岸边的工作人员可将机器人整体捞出或只抽出垃圾装载箱5，实现垃圾的倾倒。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims

1.一种小型水面垃圾清理机器人，其特征在于该机器人包括主船体、推进装置、垃圾收集装置、主控系统、超声波测距传感器和蓄电池；

蓄电池用于供电；主控系统与超声波测距传感器连接；所述主控系统分别与推进装置的第一电机、垃圾收集装置的第二电机和垃圾收集装置的第三电机连接。

2.根据权利要求1所述的小型水面垃圾清理机器人，其特征在于所述机器人还包括副船体；所述主船体的左右两侧均设置有副船体；每个副船体的后端均设置有推进装置。

3.根据权利要求1或2所述的小型水面垃圾清理机器人，其特征在于所述推进装置包括保护套、第一电机、联轴器和螺旋桨；所述保护套设置于主船体或副船体的后端；第一电机固定在保护套内，其驱动端与联轴器连接；联轴器穿出保护套，末端连接有螺旋桨。

4.根据权利要求1或2所述的小型水面垃圾清理机器人，其特征在于所述垃圾收集装置包括挡板、架体、第二电机、前旋转轴、后旋转轴、清扫轮支架、柔性清扫转轮、传送网带和第三电机；所述架体固定于主船体或副船体上；前旋转轴和后旋转轴分别可转动地安装于架体的前方和后方；传送网带的两端分别设置于前旋转轴和后旋转轴上；第二电机设置于架体上，其驱动端与前旋转轴或后旋转轴连接；挡板设置在传送网带上；清扫轮支架固定在主船体或副船体上，位于架体的左右两侧、传送网带的前侧；柔性清扫转轮的两端可转动地安装于清扫轮支架上；第三电机设置于清扫轮支架上，其输出端与柔性清扫转轮连接。

5.根据权利要求4所述的小型水面垃圾清理机器人，其特征在于所述垃圾收集装置还包括第一圆柱齿轮和第二圆柱齿轮；第二电机的驱动端与第二圆柱齿轮连接，第二圆柱齿轮与第一圆柱齿轮啮合，第一圆柱齿轮与前旋转轴或后旋转轴连接。

6.根据权利要求1所述的小型水面垃圾清理机器人，其特征在于所述主船体的内部空间放置有垃圾装载箱，垃圾装载箱上均布有网孔。

7.根据权利要求6所述的小型水面垃圾清理机器人，其特征在于所述机器人还包括压力传感器和报警装置；所述压力传感器设置于垃圾装载箱的正下方，用于检测垃圾装载箱内的垃圾重量；压力传感器和报警装置均与主控系统连接。

8.根据权利要求1所述的小型水面垃圾清理机器人，其特征在于所述机器人设置有两个超声波测距传感器；两个超声波测距传感器分别设置于主船体的顶层前端的两侧。

9.根据权利要求1所述的小型水面垃圾清理机器人，其特征在于所述机器人还包括图像采集装置；所述图像采集装置设置于主船体顶层的前端，与主控系统连接；图像采集装置通过可旋转底座设置于主船体顶部的前端。

10.根据权利要求1所述的小型水面垃圾清理机器人，其特征在于所述机器人还包括太阳能收集装置和GPS定位装置；太阳能收集装置设置于主船体的顶部；太阳能收集装置通过稳压板与蓄电池连接，为蓄电池充电；GPS定位装置与主控系统连接。