CN109795633A - 一种水面垃圾清理无人艇及其进行垃圾清理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人艇技术领域，具体公开了一种水面垃圾清理无人艇及其垃圾清理方法，所述无人艇包括艇体，艇体上设有控制箱和第一视觉传感器，艇体前端转动连接有前铲装置，前铲装置后方的艇体上设有垃圾处理装置；前铲装置包括与艇体转动连接的前铲支架和驱动前铲支架转动的前铲电机，前铲支架的前端转动连接有铲斗；垃圾处理装置包括顶部为开口结构的垃圾处理槽，垃圾处理槽的左右两侧壁上均设有导槽柱，两个导槽柱之间滑动设有冲压机构。该无人艇垃圾清理的过程无人工干预，完全自主，而且垃圾清理效率高，节省了人力、物力，满足了水面垃圾清理无人化的需求，提高了水面垃圾清理的安全性。

Description

一种水面垃圾清理无人艇及其进行垃圾清理的方法

技术领域

本发明涉及无人艇技术领域，具体涉及一种水面垃圾清理无人艇及利用该水面垃圾清理无人艇进行垃圾清理的方法。

背景技术

随着人们生活水平的逐渐提高，旅游业在各大行业中占有愈来愈重要的地位。然而由于环保意识的薄弱，随手向水中扔垃圾的现象较为普遍，致使湖泊、河流的垃圾成灾，甚至海上垃圾也越来越多，直接导致了水体的污染日趋严重和环境污染的加剧。目前的水面垃圾清理多数靠人工驾驶船只进行打捞，费时费力并且效率低下，不适合全天候作业，甚至在不安全水域执行任务时存在垃圾清理人员落水伤亡事故的风险。因此，避免水面垃圾清理人员落水伤亡事故的发生，同时适应于全天候作业，提高水面垃圾清理的效率，需要一套装置替代人工清理水面垃圾。

发明内容

针对现有技术存在的问题和不足，本发明的目的旨在提供一种水面垃圾清理无人艇及利用该水面垃圾清理无人艇进行垃圾清理的方法。

为实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水面垃圾清理无人艇，包括艇体，所述艇体上设有控制箱，控制箱用于发送控制命令至艇上所有设备；所述艇体上设有第一视觉传感器，第一视觉传感器用于识别艇体船首前方水面上的垃圾，艇体前端转动连接有前铲装置，前铲装置后方的艇体上设有垃圾处理装置；所述前铲装置包括与艇体转动连接的前铲支架和驱动前铲支架转动的前铲电机，所述前铲支架的前端转动连接有铲斗；所述垃圾处理装置包括顶部为开口结构的垃圾处理槽，垃圾处理槽底壁为倾斜斜面，倾斜斜面末端设有导流管；所述垃圾处理槽的左右两侧壁上均设有导槽柱，两个导槽柱之间滑动设有冲压机构，所述冲压机构包括与导槽柱滑动配合的压块，所述压块可沿导槽柱上下滑动，所述压块的底面为与垃圾处理槽底壁相适配的倾斜斜面。

根据上述的水面垃圾清理无人艇，优选地，所述艇体甲板的中部设有垃圾夹取装置，所述垃圾夹取装置包括与艇体甲板转动连接的转盘和驱动转盘转动的转盘电机，转盘的上方固定连接有立柱，立柱顶端固定有直角架，直角架两端底部固定连接有伸缩杆，伸缩杆的末端设有机械手，通过伸缩杆的伸缩实现机械手的上下运动，所述机械手上设有第二视觉传感器，第二视觉传感器用于识别艇体两侧水面上的垃圾。

根据上述的水面垃圾清理无人艇，优选地，所述垃圾处理装置还包括设于垃圾处理槽前侧的前端凸台，所述前端凸台的后侧面为倾斜向下的斜面，所述前端凸台后侧面的末端与垃圾处理槽的顶部平齐；所述第一视觉传感器固定在前端凸台的前端。

根据上述的水面垃圾清理无人艇，优选地，所述前端凸台后侧面的左右两侧设有固定挡板。

根据上述的水面垃圾清理无人艇，优选地，所述前端凸台为水平设置的三棱柱结构，三棱柱的侧棱与艇体的中轴线垂直。

根据上述的水面垃圾清理无人艇，优选地，所述垃圾处理装置还包括设于艇体内部的垃圾收集箱，垃圾收集箱入口与垃圾处理槽后侧壁连通，所述垃圾收集箱入口设有活动挡板，活动挡板可前后摆动；所述垃圾处理槽的前侧壁上设有推动器，所述推动器上设有朝向垃圾处理槽后侧壁的推板。更加优选地，所述推动器为电力液压推动器或电动液压推杆，所述推板固定在电力液压推动器或电动液压推杆的活塞杆顶端。

根据上述的水面垃圾清理无人艇，优选地，所述铲斗的壁面为格栅网结构。

根据上述的水面垃圾清理无人艇，优选地，所述前铲支架包括与艇体前端转动连接的转轴，转轴两端固定连接有支撑杆，支撑杆的另一端与铲斗转动连接，所述转轴上设有与前铲电机相连接的传动机构。

根据上述的水面垃圾清理无人艇，优选地，所述压块的左右两侧面上设有滑轨，所述导槽柱上设有与所述滑轨相适配的滑槽，所述压块可沿导槽柱上下滑动。

根据上述的水面垃圾清理无人艇，优选地，所述艇体上设有定位装置、通讯设备和光伏板；更加优选地，所述艇体内部设有惯性导航***。所述定位装置为GPS装置，所述GPS装置安装在艇体尾部甲板上，所述GPS装置与惯性导航***相结合用于水面垃圾清理无人艇位置和位姿信息的判定；所述通讯设备为通讯天线，通讯天线安装在艇体甲板上，用于水面垃圾清理无人艇与岸基工作站的通讯，便于岸基工作人员全面掌握水面垃圾清理无人艇的动态信息以及发号施令；所述光伏板安装在艇体尾部甲板上，通过收集太阳能并转化为电能为艇体上的设备供电。

根据上述的水面垃圾清理无人艇，优选地，所述艇体的尾部设有喷水推进器和驱动电机，所述喷水推进器由驱动电机驱动；通过改变喷水推进器的喷水方向可实现水面垃圾清理无人艇的前进、后退和转向。

一种利用上述水面垃圾清理无人艇进行垃圾清理的方法，包括以下步骤：

（1）水面垃圾清理无人艇航行抵达指定的垃圾清理水域，开启第一视觉传感器，检测水面垃圾的位置；

（2）当视觉传感器检测到垃圾位置时，将垃圾位置信号发送给控制箱，控制箱控制水面垃圾清理无人艇行驶至垃圾位置附近；

（3）驱动前铲装置转动将位于艇体船首前方的水面垃圾收入铲斗中，然后驱动前铲装置向上转动，将铲斗中的垃圾倾倒至垃圾处理槽中；

（4）启动冲压机构，使压块沿导槽柱向下滑动，将垃圾处理槽中的垃圾压缩，然后驱动压块沿导槽柱向上滑动至初始位置；

（5）重复上述步骤（2）-（4），直至完成指定水域的垃圾清理，水面垃圾清理无人艇返航。

与现有技术相比，本发明取得的积极有益效果为：

（1）本发明水面垃圾清理无人艇设计合理，操作稳定，垃圾清理的过程无人工干预，完全自主，而且能够完成指定水域的垃圾清理工作，垃圾清理效率高，提高了水上垃圾清理的作业效率，节省了人力、物力，满足了水面垃圾清理无人化的需求，避免了人工水面垃圾清理过程中工作人员落水伤亡事故的发生，提高了水面垃圾清理的安全性；解决了人工清理水面垃圾效率低下且危险性高的问题。

（2）本发明利用艇体前端的前铲装置对水面的垃圾进行收集，然后将收集后的垃圾倒入垃圾处理装置中，采用冲压机构对垃圾进行压缩处理，能够减小垃圾的体积和占用空间，提高艇体承载垃圾的能力，同时，冲压机构对垃圾压缩时能将垃圾中携带的水挤出，通过导流管排出艇体，减轻了垃圾的重量，减小了艇体的载重负荷。

（3）本发明中垃圾处理槽底壁为倾斜斜面，倾斜斜面末端设有导流管，该设置便于压缩过程垃圾中携带的水及时沿导流管排出艇体，减轻垃圾的重量和艇体的负荷；压块的底面为与垃圾处理槽底壁相适配的倾斜斜面，该设有利于压块与垃圾处理槽的无间隙配合，实现垃圾的压缩。

（4）本发明中垃圾处理槽前侧设有前端凸台，前端凸台的后侧面为倾斜向下的斜面，所述前端凸台后侧面的末端与垃圾处理槽的顶部平齐，该设置便于倾倒在前端凸台上的垃圾沿前端凸台的后侧面滑入垃圾处理槽中，而且前端凸台后侧面的左右两侧设有固定挡板，能够防止垃圾滑出艇体，确保拾取的垃圾全部进入垃圾处理箱中进行处理。

（5）本发明无人艇艇体上还设有两个用于夹取艇体两侧水面垃圾的机械手，两个机械手分别通过伸缩杆固定在直角架两端的底部，一个机械手用于拾取水面上的垃圾时，另一个机械手刚好位于前端凸台的后侧面上方用于倾倒夹取的垃圾，因此，直角架的设置能够实现两个机械手的交替工作，提高机械手垃圾拾取的工作效率；而且，通过两个机械手和前铲装置的配合，能够实现三重作用拾取水面垃圾，极大地提高了水面垃圾的清理效率。

（6）本发明中垃圾处理槽的前侧壁上设有推板，通过推板能将垃圾处理槽中的压缩垃圾推入垃圾收集箱，防止压缩后的垃圾堆积在垃圾处理槽中，避免占用垃圾处理槽的空间；此外，垃圾收集箱入口上设有活动挡板，活动挡板可前后摆动，能够阻挡从前端凸台后侧面滑入垃圾处理槽中的垃圾直接进入垃圾收集箱，同时又便于推板将压缩垃圾推入垃圾收集箱中。

（7）本发明中铲斗的壁面为格栅网结构，铲斗将水面垃圾捞出后，可以将水滤出，防止铲斗将水送入垃圾处理槽中。

（8）本发明中艇体甲板上设有光伏板，利用光伏板收集太阳能为艇体上的设备供电，绿色环保，节约资源。

（9）本发明的垃圾清理方法能够满足了水面垃圾清理无人化的需求，而且垃圾清理效率高，提高了水上垃圾清理的作业效率，节省了人力、物力，避免了人工水面垃圾清理过程中工作人员落水伤亡事故的发生，提高了水面垃圾清理的安全性；解决了人工清理水面垃圾效率低下且危险性高的问题。

附图说明

图1为本发明水面垃圾清理无人艇的结构示意图；

图2为本发明中艇体的剖视图；

图3为本发明中前铲装置的结构示意图；

图4为本发明中压块的结构示意图；

图中：1为艇体，2为喷水推进器，3为GPS装置，4为通讯天线，5为光伏板，6为铲斗，7为前端凸台，8为第一视觉传感器，9为固定挡板，10为垃圾处理槽，11为导槽柱，12为压块，13为转盘，14为立柱，15为直角架，16为伸缩杆，17为机械手，18为夹取电机，19为支撑杆，20为控制箱，21为驱动电机，22为旋转孔，23为前铲电机，24为导流管，25为电力液压推动器，26为推板，27为活动挡板，28为垃圾收集箱，29为转盘电机，30为转轴，31为传动机构，32为滑轨。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明做进一步详细说明，但并不限制本发明的范围。

实施例1：

参见图1-图4，一种水面垃圾清理无人艇，包括艇体1，所述艇体1上设有控制箱20，控制箱20用于发送控制命令至无人艇上所有设备；艇体1的尾部设有喷水推进器2和驱动电机21，所述驱动电机21与喷水推进器2连接并为其提供驱动力；艇体1前端设有旋转孔22，旋转孔22上转动连接有前铲装置，前铲装置后方的艇体1上设有垃圾处理装置，艇体1甲板的中部设有垃圾夹取装置；艇体1尾部甲板上设有GPS装置3、通讯天线4和光伏板5，艇体1内部设有惯性导航***，所述GPS装置3与惯性导航***相结合用于水面垃圾清理无人艇位置和位姿信息的判定，所述通讯天线4用于水面垃圾清理无人艇与岸基工作站的通讯，便于岸基工作人员全面掌握水面垃圾清理无人艇的动态信息以及发号施令，所述光伏板5通过收集太阳能并转化为电能为艇体1上的设备供电。

前铲装置包括与艇体1转动连接的前铲支架和驱动前铲支架转动的前铲电机23，所述前铲支架包括安装在旋转孔22中的转轴30，旋转孔22中设有与转轴30相配合的轴承，转轴30上设有与前铲电机23相连接的传动机构31，转轴30两端固定连接有支撑杆19，支撑杆19的另一端转动连接有铲斗6，铲斗6的壁面为格栅网结构。

垃圾处理装置包括垃圾处理槽10、垃圾收集箱28和设于垃圾处理槽10前侧的前端凸台7。所述垃圾处理槽10顶部为开口结构，垃圾处理槽10的底壁为倾斜斜面，倾斜斜面末端设有导流管24，垃圾处理槽10前侧壁上设有电力液压推动器25，电力液压推动器25的活塞杆顶端固定有朝向垃圾处理槽后侧壁的推板26，垃圾处理槽10的左右两侧壁上均设有导槽柱11，两个导槽柱11之间滑动设有冲压机构；所述冲压机构包括与导槽柱滑动配合的压块12，压块12的左右两侧面上设有滑轨32，所述导槽柱11上设有与所述滑轨32相适配的滑槽，压块12可沿导槽柱11上下滑动，压块12的底面为与垃圾处理槽10底壁相适配的倾斜斜面。所述前端凸台7为水平设置的三棱柱结构，三棱柱的侧棱与艇体1的中轴线垂直，前端凸台7的前侧面上设有第一视觉传感器8，第一视觉传感器8用于识别艇体1船首前方水面上的垃圾，前端凸台7后侧面的末端与垃圾处理槽10顶部平齐，前端凸台7后侧面的左右两侧设有固定挡板9。所述垃圾收集箱28设于艇体1内部，垃圾收集箱28的入口与垃圾处理槽10后侧壁连通，所述垃圾收集箱28入口设有活动挡板27，活动挡板27可前后摆动。

垃圾夹取装置包括与艇体1甲板转动连接的转盘13和驱动转盘13转动的转盘电机29，通过转盘13的转动实现垃圾夹取装置的平面转动，转盘13的上方固定连接有立柱14，立柱14顶端固定有直角架15，直角架15两端底部固定连接有伸缩杆16，伸缩杆16的末端设有机械手17，通过伸缩杆16的伸缩实现机械手17的上下运动，通过机械手17的开闭实现对垃圾的抓取和下放，所述机械手17上设有第二视觉传感器，第二视觉传感器用于识别艇体两侧水面上的垃圾，所述直角架15两端顶部设有夹取电机18，夹取电机18用于提供伸缩杆16和机械手17所需的驱动力。

实施例2：

一种利用实施例1所述水面垃圾清理无人艇进行垃圾清理的方法，包括以下步骤：

（1）当接到垃圾清理任务时，水面垃圾清理无人艇按照GPS装置3的定位信息抵达指定的垃圾清理水域，开启第一视觉传感器8和第二视觉传感器，检测水面垃圾的位置；

（2）当第一视觉传感器8和第二视觉传感器检测到垃圾位置时，将垃圾位置信号发送给控制箱20，控制箱20控制驱动电机21驱动喷水推进器2至水面垃圾清理无人艇行驶至垃圾位置附近；

（3）控制前铲电机23驱动前铲装置转动将位于艇体船首前方的水面垃圾收入铲斗6中，然后驱动前铲装置向上转动至前端凸台7后侧面的上方，将铲斗6中的垃圾倾倒至前端凸台7的后侧面上，垃圾沿前端凸台7后侧面滑入垃圾处理槽10中；

（4）控制转盘电机29驱动转盘13转动，使机械手17旋转至艇体1侧面水面垃圾的上方，控制伸缩杆16伸长，启动机械手17夹取垃圾；然后再次驱动转盘13转动，使夹取有垃圾的机械手17旋转至前端凸台7后侧面的上方，松开机械手17，将垃圾下放至前凸台的后侧面上，垃圾沿前端凸台7后侧面滑入垃圾处理槽10中，同时另一个机械手17被旋转至水面，重复垃圾夹取动作；

（5）启动冲压机构，冲压机构的动力装置驱动压块12沿导槽柱11向下滑动，将垃圾处理槽10中的垃圾压缩，压缩过程排出的水经导流管24排出艇体1，然后冲压机构的动力装置驱动压块12沿导槽柱11向上滑动至初始位置；

（6）启动电力液压推动器25，电力液压推动器25带动推板26将垃圾处理槽10底部的压缩垃圾推入垃圾收集箱28中；

（7）重复上述步骤（2）-（6），直至完成指定水域的垃圾清理，水面垃圾清理无人艇返航。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，但不仅限于上述实例，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水面垃圾清理无人艇，包括艇体，所述艇体上设有控制箱，其特征在于，所述艇体上设有第一视觉传感器，艇体前端转动连接有前铲装置，前铲装置后方的艇体上设有垃圾处理装置；所述前铲装置包括与艇体转动连接的前铲支架和驱动前铲支架转动的前铲电机，所述前铲支架前端转动连接有铲斗；所述垃圾处理装置包括顶部为开口结构的垃圾处理槽，垃圾处理槽底壁为倾斜斜面，倾斜斜面末端设有导流管；所述垃圾处理槽的左右两侧壁上均设有导槽柱，两个导槽柱之间滑动设有冲压机构，所述冲压机构包括与导槽柱滑动配合的压块，所述压块的底面为与垃圾处理槽底壁相适配的倾斜斜面。

2.根据权利要求1所述的水面垃圾清理无人艇，其特征在于，所述艇体甲板的中部设有垃圾夹取装置，所述垃圾夹取装置包括与艇体甲板转动连接的转盘和驱动转盘转动的转盘电机，转盘的上方固定连接有立柱，立柱顶端固定有直角架，直角架两端底部固定连接有伸缩杆，伸缩杆的末端设有机械手，所述机械手上设有第二视觉传感器。

3.根据权利要求1所述的水面垃圾清理无人艇，其特征在于，所述垃圾处理装置还包括设于垃圾处理槽前侧的前端凸台，所述前端凸台的后侧面为倾斜向下的斜面，所述前端凸台后侧面的末端与垃圾处理槽的顶部平齐；所述第一视觉传感器固定在前端凸台的前端。

4.根据权利要求3所述的水面垃圾清理无人艇，其特征在于，所述前端凸台后侧面的左右两侧设有固定挡板。

5.根据权利要求1-4任一所述的水面垃圾清理无人艇，其特征在于，所述垃圾处理装置还包括设于艇体内部的垃圾收集箱，垃圾收集箱入口与垃圾处理槽后侧壁连通，所述垃圾收集箱入口设有活动挡板；所述垃圾处理槽的前侧壁上设有推动器，所述推动器上设有朝向垃圾处理槽后侧壁的推板。

6.根据权利要求5所述的水面垃圾清理无人艇，其特征在于，所述铲斗的壁面为格栅网结构。

7.根据权利要求6所述的水面垃圾清理无人艇，其特征在于，所述前铲支架包括与艇体前端转动连接的转轴，转轴两端固定连接有支撑杆，支撑杆的另一端与铲斗转动连接，所述转轴上设有与前铲电机相连接的传动机构。

8.根据权利要求7所述的水面垃圾清理无人艇，其特征在于，所述压块的左侧面和右侧面上均设有滑轨，所述导槽柱上设有与所述滑轨相适配的滑槽。

9.根据权利要求8所述的水面垃圾清理无人艇，其特征在于，所述艇体上设有定位装置、通讯设备和光伏板。

10.一种利用权利要求1或2或3或4或6或7或8或9所述水面垃圾清理无人艇进行垃圾清理的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）水面垃圾清理无人艇航行抵达指定的垃圾清理水域，开启第一视觉传感器，检测水面垃圾的位置；

（2）当视觉传感器检测到垃圾位置时，将垃圾位置信号发送给控制箱，控制箱控制水面垃圾清理无人艇行驶至垃圾位置附近；

（3）驱动前铲装置转动将位于艇体船首前方的水面垃圾收入铲斗中，然后驱动前铲装置向上转动，将铲斗中的垃圾倾倒至垃圾处理槽中；

（4）启动冲压机构，使压块沿导槽柱向下滑动，将垃圾处理槽中的垃圾压缩，然后驱动压块沿导槽柱向上滑动至初始位置；

（5）重复上述步骤（2）-（4），直至完成指定水域的垃圾清理，水面垃圾清理无人艇返航。