CN214356561U - 一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置，包括无人船、无人机、供电装置和垃圾收集装置，无人船内部设置有用于给无人机充电的供电装置，无人机与无人船船舱接触并与供电装置连接；垃圾收集装置包括箱体、过滤铁网、平动装置和通孔，箱体一个侧面为开口，开口朝向无人船船头方向，箱体顶面与无人船船底连接，箱体除顶面外的其他面均开设有若干通孔；过滤铁网设置于箱体内部将箱体内部空间分为上下两层，箱体上下两层空间内均沿过滤铁网宽度方向设置有平动装置，平动装置一端设置连接轴与箱体连接，另一端为自由端。本实用新型采用无人船和无人机之间通过相互协作、取长补短，从而达到对水体垃圾清洁处理。

Description

一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置。

背景技术

目前，伴随国民经济的飞速发展，人们的生活水平大幅度提升。但伴随的是城市生活垃圾的大量堆积和随意丢弃。其中垃圾污染是水体污染的一个重要来源，城市生活垃圾产生的渗滤液危害极大，它可直接流入河流、湖泊和海洋，造成水资源的水质型短缺。此外河流中的绿萍同样是水质的无形杀手，为了实现一套完全智能化的水体垃圾清洁系统。我们采用无人机和无人船协同工作方式，无人机通过低空作业，定时间断地搜索河流表面的水体垃圾。然后无人船根据无人机搜索的水体垃圾具体方位，到达指定位置进行水体垃圾的清理。

如专利号CN 104627328 A公开的一种水面垃圾打捞船，包括设有垃圾储存舱的船体，还包括连接船体的用于打捞水面垃圾的垃圾拾起装置及用于将打捞起的垃圾传送至垃圾储存舱的垃圾传送装置；垃圾拾起装置包括可自轴旋转的转筒及连接在转筒上并往外伸展的捕集器，转筒从船体伸向水面并设有垃圾过孔；转筒旋转带动捕集器转动并使得捕集器提升起的水面垃圾从垃圾过孔进入垃圾传送装置；垃圾依靠自重从垃圾过孔掉落至垃圾传送装置，由垃圾传送装置带到垃圾储存舱中，打捞方便、快捷。但这一系统还是有一些较为明显的缺点的，如果仅仅使用无人船进行水体垃圾的搜寻并进行打捞，无疑是低效率的，大大浪费具体实际的搜寻成本。

如专利号CN 209703456 U公开的一种水面垃圾清理装置以及智能洁水系统，涉及水面垃圾清理技术领域，该水面垃圾清理装置包括垃圾收集桶、浮动平台、排水动力机构、推进机构和供电机构，垃圾收集桶活动设置在浮动平台上，且垃圾收集桶的顶部具有入水口，排水动力机构设置在浮动平台上并与垃圾收集桶排水腔的底部连接，推进机构设置在垃圾收集桶的底部并与浮动平台连接；供电机构设置在浮动平台上并分别与排水动力机构和推进机构电连接。相较于现有技术，本实用新型提供的一种水面垃圾清理装置，能够保证入水流量处于最佳水平，提高垃圾收集效果。但这一系统还是有一些较为明显的缺点的，此垃圾清理装置清理河面垃圾速度较慢，而且清理垃圾的方式较为单一性，从而大大降低了清理垃圾的效率。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置，其特征在于：包括无人船、无人机、供电装置以及垃圾收集装置，其中：

所述无人船船舱内部设置有用于给所述无人机充电的所述供电装置，所述无人机与所述无人船船舱接触并与所述供电装置连接；

所述垃圾收集装置包括箱体、过滤铁网、平动装置、驱动机构以及若干通孔，所述箱体一个侧面为开口，所述开口朝向所述无人船船头方向，所述箱体顶面与所述无人船船底连接，所述箱体除顶面外的其他面均开设有若干所述通孔；所述过滤铁网设置于所述箱体内部将所述箱体内部空间分为上下两层，所述箱体上下两层空间内均沿所述过滤铁网宽度方向设置有所述平动装置，所述平动装置一端设置有连接轴与所述箱体连接，另一端为自由端；所述驱动机构输出端与所述连接轴连接，其用于驱动所述平动装置以所述连接轴为旋转轴进行旋转。

作为本实用新型的进一步优选，还包括抬放隔板，所述抬放隔板一端与所述开口顶部连接，且其与所述开口所在面呈一定角度。

作为本实用新型的进一步优选，所述供电装置包括电池充电装置、传送带和电池输送板，所述电池充电装置和所述传送带设置于所述无人船船舱内，所述电池充电装置输出端处设置有所述传送带，所述传送带远离所述电池充电装置的一端上方设置有所述电池输送板，所述电池输送板固定于所述无人船船体上并从船舱内部延伸至船舱外部。

作为本实用新型的进一步优选，还包括太阳能电池板，所述无人船船体上设置有用于给所述无人船储蓄能量的所述太阳能电池板。

作为本实用新型的进一步优选，还包括无人船控制器，所述无人船控制器设置于所述无人船船舱内，所述无人船控制器与所述供电装置和所述驱动机构连接。

作为本实用新型的进一步优选，还包括双体带齿滚轮，所述双体带齿滚轮设置于所述无人船底部并位于所述箱体前进方向的一侧。

作为本实用新型的进一步优选，所述无人机包括高清摄像机、电池吊舱、GPS定位器、开发板以及无人机控制器，所述无人机底部设置有与所述电池输送板连接的所述电池吊舱，所述无人机底部靠近前进方向处设置有所述高清摄像机，所述无人机顶部设置有所述开发板和所述无人机控制器以及所述GPS定位器。

作为本实用新型的进一步优选，所述开发板采用FPGA XILINX ZYNQ 7010 开发板。

作为本实用新型的进一步优选，还包括云台转动装置，所述云台转动装置与所述高清摄像机连接。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型采用无人船、无人机协同工作，使用无人机定期间断性地在河流湖泊上空进行搜寻，如果发现河流湖泊的某个区域存在垃圾，将得到的数据位置实时发送给无人船，无人船在接收信息之后，到达指定位置并进行一系列的垃圾清理作业；

2.本实用新型解决了无人船、无人机在航行过程中，续航能力差的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的正视图；

图2是本实用新型的无人船船底结构示意图；

图3是本实用新型的整体结构立体图；

图4是本实用新型的垃圾收集装置截面图a；

图5是本实用新型的垃圾收集装置截面图b；

图6是本实用新型的无人机底部结构示意图；

图7是本实用新型的无人机顶部结构示意图；

图8是本实用新型的未与无人机衔接时结构示意图。

图中：1、无人船；2、无人机；3、垃圾收集装置；4、箱体；5、过滤铁网；6、平动装置；7、通孔；8、抬放隔板；9、电池输送板；10、太阳能电池板；11、双体带齿滚轮；12、高清摄像机；13、电池吊舱；14、GPS定位器；15、开发板；16、无人机控制器；17、云台转动装置。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例1

本实施例提供一种优选实施方案，如图1至图7所示，一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置，包括无人船1、无人机2、供电装置以及垃圾收集装置3，其中：

所述无人船1船舱内部设置有用于给所述无人机2充电的所述供电装置，（如图3所示）所述无人机2与所述无人船1船舱接触并与船舱内的所述供电装置连接。所述供电装置包括电池充电装置（图中未示出）、传送带（图中未示出）和电池输送板9，所述电池充电装置为充电器用于给所述无人机2的电池充电，所述电池充电装置和所述传送带设置于所述无人船1船舱内，所述传送带设置于所述电池充电装置输出端，所述传送带远离所述电池充电装置的一端上方设置有所述电池输送板9，所述电池输送板9固定于所述无人船1船体上并从船舱内部延伸至船舱外部。当所述无人机2需进行充电时，所述无人机2降落至所述无人船1上，所述无人机2底部的电池通过所述电池输送板9输送至船舱内的所述传送带再运输至所述电池充电装置进行充电；充电完毕后再反向运行，所述电池通过所述传送带传递给所述电池输送板9然后将所述电池输送至所述无人机2内。

如图1、图4、图5所示，所述垃圾收集装置3包括箱体4、过滤铁网5、平动装置6、驱动机构以及若干通孔7，所述箱体4一个侧面为开口，所述开口朝向所述无人船1船头方向，所述箱体4顶面与所述无人船1船底可拆卸式连接（可拆式连接方式不限，满足所述垃圾收集装置3顶面与所述无人船底部连接即可），所述箱体4除顶面外的其他面均开设有若干所述通孔7。开设有若干所述通孔的所述过滤铁网5设置于所述箱体4内部将所述箱体4内部空间分为上下两层，所述过滤铁网5分离浮萍杂物和水体固体垃圾，浮萍杂物处于所述箱体4上层空间，水体固体垃圾处于所述箱体4下层空间。所述箱体4上下两层空间内均沿所述过滤铁网5宽度方向设置有呈板状的所述平动装置6，所述平动装置6一端设置有连接轴（图中未示出）与所述箱体4连接，另一端为自由端；所述驱动机构输出端与所述连接轴连接，所述驱动机构用于驱动所述平动装置6以所述连接轴为旋转轴进行旋转，所述驱动机构由电机和舵机构成，电机控制舵机转动，舵机的转动带动所述连接轴转动，从而使得所述平动装置6在所述箱体4上下两层空间内进行摆动，从而带动所述箱体4内部水体流动更大带动所述开口处的垃圾流动至所述箱体内部，因此所述平动装置6有效的防止了所述开口处垃圾的堆积，能压缩收集的垃圾，极大提高所述垃圾收集装置3的空间利用率。还包括抬放隔板8，所述抬放隔板8一端与所述开口顶部连接，且其与所述开口所在面呈一定角度，所述抬放隔板8不会遮挡住所述箱体4的开口，同时防止垃圾的溢出。

本实施方案还包括太阳能电池板10，所述无人船1船体上设置有用于给所述无人船1储蓄能量的所述太阳能电池板10，所述无人船1朝向天空的船体均可设置所述太阳能电池板10，所述太阳能电池板10的设置能够达到所述无人船1的多次高续航使用；本实施方案还包括双体带齿滚轮11，所述双体带齿滚轮11设置于所述无人船1底部并位于所述箱体4前进方向的一侧，且所述双体带齿滚轮11位于所述开口前，所述双体带齿滚轮11通过不断挤压的方式，将水体污染物压缩到所述垃圾收集装置3。

本实施方案还包括无人船控制器（图中未示出），所述无人船控制器是所述无人船1上主要的控制装置，所述无人船控制器设置于所述无人船1船舱内，所述无人船控制器与所述供电装置和所述驱动机构连接，所述无人船控制器控制着所述无人船1的姿态、所述供电装置的开启与关闭以及所述驱动机构的运行。

如图6和图7所示，本实施方案所述无人机2包括高清摄像机12、电池吊舱13、GPS定位器14、开发板15、无人机控制器16以及云台转动装置17，所述无人机2底部设置有与所述电池输送板9连接的所述电池吊舱13；当所述无人机2需要进行充电是，所述电池吊舱13自由缩放，衔接所述电池输送板9，并将所述电池吊舱13内的电视输送至所述电池输送板9。所述无人机2底部靠近前进方向处设置有所述高清摄像机12，所述无人机2顶部设置有所述开发板15和所述无人机控制器16以及所述GPS定位器14，所述开发板15采用FPGA XILINXZYNQ 7010 开发板用于处理高清视频流数据，所述无人机控制器16处理所述无人机2的姿态信息，所述GPS定位器14采用双目GPS，提高定位精度。所述云台转动装置17与所述高清摄像机12连接，所述云台转动装置17实现所述高清摄像机12的自由旋转。

所述无人机2包括无人机模块，所述无人机模块包括无人机控制器16、驱动模块、GPS定位模块、无线通信模块、视觉模块。所述无人机控制器16选用Pixhawk4作为所述无人机2的控制单元，内置惯性测量单元（IMU）、气压计、磁罗盘等元器件，并通过扩展卡尔曼(EKF)来进行数据融合，再进行解算数据，通过MAVLINK协议订阅发布数据，向所述无人机2发送控制指令从而调节控制无人机姿态；所述驱动模块采用六组电机，六组电机与所述无人机控制器16的PWM波输出口相连，所述无人机控制器16通过控制输出PWM波的范围来控制电机的不同转速，从而实现对所述无人机2转速的控制来调整所述无人机2的姿态；GPS定位模块采用的是GPS M8N，GPS M8N模块支持GPS+北斗+SBAS或者GPS+GLONASS+SBAS，而且功耗更小，精度更高，定位极限精度0.5米左右，极限返航精度可达40CM；无线通信模块选用P900数传模块与Pixhawk4上TELEM1口连接，采用分布式通信方式，可以实现广播室多点通信数据传输，即任意节点发送数据其他节点都可接收到数据，以此来实现所述无人机2与所述无人船1之间的数据收发处理；所述高清摄像机12上电后，可以将拍摄的信息发送到FPGAXILINX ZYNQ 7010开发板，FPGA XILINX ZYNQ 7010开发板将视频流转换为图像流进行图像识别处理。当识别到指定目标后，FPGA XILINX ZYNQ 7010开发板将指令发送至所述无人机控制器16，所述无人机控制器16则会进行一系列的数据解算，将解算出的目标物位置坐标，通过无线通信模块P900传输给所述无人船1。

所述无人船1包括无人船模块，所述无人船模块包括无人船控制器、驱动装置、双体带齿滚轮11、垃圾收集装置3以及供电装置。所述无人船控制器选用Pixhawk4作为所述无人船1的控制单元，内置惯性测量单元（IMU）、气压计、磁罗盘等元器件，并通过扩展卡尔曼(EKF)来进行数据融合，再进行解算数据，通过MAVLINK协议订阅发布数据，向所述无人船1发送控制指令从而调节控制所述无人船1运动；驱动模块与Pixhawk4上的I/O PWM OUT口连接，通过所述无人船控制器传输的pwm波来调节转速；所述双体带齿滚轮11由所述无人船控制器传输的固定pwm波带动齿轮旋转；所述垃圾收集装置3中的所述平动装置6采用间歇工作的模式运动，所述平动装置6以连接轴为旋转轴并由电机控制舵机转动，舵机的转动带动所述连接轴转动进行旋转，舵机与TELEM1口相连，由Pixhawk4板控制舵机的工作时序。

本实用新型的工作原理是基于无人船和无人机协同工作来实现对水体垃圾清洁处理。本实施方案中所述过滤铁网5主要负责对水体垃圾进行二次处理，对固体垃圾和绿萍污染物进行分开处理。为了极大的使用对所述垃圾收集装置3空间的使用效率，通过可以摆动的所述平动装置6对污染物进行压缩处理，大大提高了船体的可使用空间；所述供电装置主要为无人机的续航提供二次充电的机会。

所述无人机2通过自主在可执行水域上空进行搜索，所述高清摄像机12对可执行水域进行视频拍摄并将拍摄的视频流传送给搭载在所述无人机2上面的FPGA XILINX ZYNQ7010 开发板，FPGA XILINX ZYNQ 7010 开发板对于视频流进行图像剪切和图像处理工作，如果发现目标区域存在水体污染物，并对其进行圈住锁定。所述无人机2上的控制系统通过位置坐标转换的方式，将目标水域的位置坐标实时地发送给所述无人船1，所述无人船1在接收到位置信息后到达指定目标水域，进行一系列的污染物清理作业。本实施方案极大地解决了单凭无人船的低效率搜寻模式。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置，其特征在于：包括无人船（1）、无人机（2）、供电装置以及垃圾收集装置（3），其中：

所述无人船（1）船舱内部设置有用于给所述无人机（2）充电的所述供电装置，所述无人机（2）与所述无人船（1）船舱接触并与所述供电装置连接；

所述垃圾收集装置（3）包括箱体（4）、过滤铁网（5）、平动装置（6）、驱动机构以及若干通孔（7），所述箱体（4）一个侧面为开口，所述开口朝向所述无人船（1）船头方向，所述箱体（4）顶面与所述无人船（1）船底连接，所述箱体（4）除顶面外的其他面均开设有若干所述通孔（7）；所述过滤铁网（5）设置于所述箱体（4）内部将所述箱体（4）内部空间分为上下两层，所述箱体（4）上下两层空间内均沿所述过滤铁网（5）宽度方向设置有呈板状的所述平动装置（6），所述平动装置（6）一端设置有连接轴与所述箱体（4）连接，另一端为自由端；所述驱动机构输出端与所述连接轴连接，其用于驱动所述平动装置（6）以所述连接轴为旋转轴进行旋转。

2.根据权利要求1所述的一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置，其特征在于：还包括抬放隔板（8），所述抬放隔板（8）一端与所述开口顶部连接，且其与所述开口所在面呈一定角度。

3.根据权利要求1或2所述的一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置，其特征在于：所述供电装置包括电池充电装置、传送带和电池输送板（9），所述电池充电装置和所述传送带设置于所述无人船（1）船舱内，所述电池充电装置输出端处设置有所述传送带，所述传送带远离所述电池充电装置的一端上方设置有所述电池输送板（9），所述电池输送板（9）固定于所述无人船（1）船体上并从船舱内部延伸至船舱外部。

4.根据权利要求3所述的一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置，其特征在于：还包括太阳能电池板（10），所述无人船（1）船体上设置有用于给所述无人船（1）储蓄能量的所述太阳能电池板（10）。

5.根据权利要求4所述的一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置，其特征在于：还包括无人船控制器，所述无人船控制器设置于所述无人船（1）船舱内，所述无人船控制器与所述供电装置和所述驱动机构连接。

6.根据权利要求5所述的一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置，其特征在于：还包括双体带齿滚轮（11），所述双体带齿滚轮（11）设置于所述无人船（1）底部并位于所述箱体（4）前进方向的一侧。

7.根据权利要求6所述的一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置，其特征在于：所述无人机（2）包括高清摄像机（12）、电池吊舱（13）、GPS定位器（14）、开发板（15）以及无人机控制器（16），所述无人机（2）底部设置有与所述电池输送板（9）连接的所述电池吊舱（13），所述无人机（2）底部靠近前进方向处设置有所述高清摄像机（12），所述无人机（2）顶部设置有所述开发板（15）和所述无人机控制器（16）以及所述GPS定位器（14）。

8.根据权利要求7所述的一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置，其特征在于：所述开发板（15）采用FPGA XILINX ZYNQ 7010 开发板。

9.根据权利要求7所述的一种无人船和无人机协同水体垃圾清洁装置，其特征在于：还包括云台转动装置（17），所述云台转动装置（17）与所述高清摄像机（12）连接。

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