CN112937811A - 一种履带式清扫水下废弃物的智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种履带式清扫水下废弃物的智能机器人，包括：机架；一对履带组件，分别设置在机架的两侧且位于机架的底部；料仓，设置在机架上，位于一对履带组件之间；料仓吸入口，设置在料仓的端部，与料仓连接；多个推进器，设置在机架上；控制仓，设置在机架上；其中，料仓吸入口呈喇叭型，其与所述料仓连接的一端小于远离料仓的一端；料仓包括海水泵，开启后能够通过料仓吸入口将水下废弃物吸入料仓。本发明改进了废弃物收集方式，提高了清扫效率；改进了机器人的行进方式，扩大了清扫范围；改善了吸入装置，增加了对大型废弃物的清理能力。

Description

一种履带式清扫水下废弃物的智能机器人

技术领域

本发明涉及海洋开发技术领域，尤其涉及一种履带式清扫水下废弃物的智能机器人。

背景技术

海岸带内长期存在不可降解、危害生态安全的塑料垃圾。现有技术和设备主要用于清除海面垃圾，而对于水中、海底的垃圾尚无有效对策。目前清除水中、海底的垃圾主要依靠人工下潜捡拾垃圾，该方式效率低下且存在危险。针对海底垃圾的清扫装置仍有待进一步开发。

在申请号为201910713798.7的中国专利申请中，其公开了一种海底垃圾清理机器人，但是其使用机械臂拾取垃圾，效率低，难以进行大量海底垃圾的清理；而且机械传动复杂，控制难度较大。

在申请号为201810631568.1的中国专利申请中，其公开了一种海底环境养护清理装备，利用负压吸取垃圾，然后通过气流输送至海面上的船体。这种方法吸取的垃圾尺寸受到通气管的限制，想要清扫稍大尺寸的垃圾需要很大的通气管，将给水面船体的移动带来很大的限制，无法应用于清扫海底大量塑料瓶等垃圾的场景。

在申请号为201821858100.8的中国专利申请中，其公开了一种多用途水下机器人，一方面其主要创新点在于多用途集成，清扫功能有待细化；另一方面，其使用机械臂拾取垃圾，效率低，难以进行大量海底垃圾的清理。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种履带式清扫水下废弃物的智能机器人，改进了废弃物收集方式，提高了清扫效率；改进了机器人的行进方式，扩大了清扫范围；改善了吸入装置，增加了对大型废弃物的清理能力。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种履带式清扫水下废弃物的智能机器人，包括：

机架；

一对履带组件，分别设置在所述机架的两侧且位于所述机架的底部；

料仓，设置在所述机架上，位于所述一对履带组件之间，用于存储所述水下废弃物；

料仓吸入口，设置在所述料仓的端部，与所述料仓连接，用于吸入所述水下废弃物；

多个推进器，设置在所述机架上，用于将所述智能机器人浮动在水中；

控制仓，设置在所述机架上，用于控制所述智能机器人；

其中，所述料仓吸入口呈喇叭型，所述料仓吸入口上与所述料仓连接的一端小于所述料仓吸入口上远离所述料仓的一端；

所述料仓包括海水泵，所述海水泵被配置为在开启后能够通过所述料仓吸入口将所述水下废弃物吸入所述料仓。

进一步地，所述机架为桁架结构。

进一步地，所述推进器包括多个水平推进器和多个垂直推进器，其中所述多个水平推进器均匀分布在所述机架上，所述多个垂直推进器分布在所述智能机器人的顶部。

进一步地，所述料仓吸入口包括与所述料仓连接的吸入管以及与所述吸入管连接的吸入仓，所述吸入仓具有第一面、第二面、第三面和第四面，所述第一面的中部开口且所述开口连接至所述吸入管，所述第二面、所述第三面和所述第四面均与所述第一面相交，且所述第二面、所述第三面和所述第四面围合形成两面敞开的空间。

进一步地，所述第二面、所述第三面和所述第四面的底部边缘设置有锯齿部。

进一步地，所述料仓包括主排水口、除污口和至少一个回收排水口，其中，所述主排水口设置在所述料仓的端部且靠近所述料仓的顶部，所述除污口设置在所述料仓的底部，所述回收排水口设置在所述料仓的底部。

进一步地，还包括浮力部，所述浮力部设置在所述料仓的上面，所述浮力部采用浮力材料制成。

进一步地，还包括防撞条，所述防撞条围绕所述浮力部的周长而设置。

进一步地，还包括摄像装置，所述摄像装置设置所述智能机器人的顶部边缘处，所述摄像装置被配置为能够获取所述水下废弃物的图像。

进一步地，还包括承重头，所述承重头设置在所述智能机器人的顶部中央，用于与脐带缆连接。

本发明提供的履带式清扫水下废弃物的智能机器人具有以下技术效果：

1、采用喇叭型泵吸口，为废弃物收集提质增效。使用带锯齿部的喇叭型泵吸口进行废弃物翻找、聚拢、收集，大大提高了废弃物收集效率。由于该装置集翻找、聚拢、收集为一体，且机械结构简单，可操控性好，避免了使用机械臂的复杂结构。既能提升效率，又能降低成本。

2、定位快速高效，清扫范围广。通过推进器可以带动机器人在海中快速行进，在布放机器人后快速到达任务区域，并且在遇到复杂地形或较大障碍物时可以利用推进器通过；在海底作业时采用履带缓慢行进的方式，保证清扫效率的同时，具有翻越复杂地形的能力。二者配合提高了机器人的定位效率，扩大了清扫范围。同时提高了布放、回收机器人时的效率，提高了机器人对于不同环境的适应能力，同时并不会影响机器人的清理性能。这种推进式的额外结构也并未增加太多成本。

3、清理能力强，承载容量大。通过大口径泵吸的方式，做到了对大型废弃物的清理。在存储废弃物的料仓中加入了对称排水口与底面除污口的设计，有效减少了排水对机器人本体的影响以及泥沙堆积的影响。吸入口与料仓的配合在保证清理能力的同时还保证了有效储存容量。对于较大型的废弃物有一定的收集能力，同时排水口、除污口的设计降低了在吸入废弃物时所携带的海水、泥沙等因素的影响，保证了机器人的平衡性和有效储存容量。提高了每一次布放的清理效果，在一定程度上减少了机器人布放回收次数，大大提高了使用效率，降低了经济成本。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是图1的侧视图；

图4是图1的仰视图；

图5是图1的俯视图。

其中，100-智能机器人，10-机架，20-履带组件，21-履带底盘，22-履带，23-履带电机，30-料仓，31-主排水口，32-除污口，33-回收排水口，40-料仓吸入口，41-吸入管，42-吸入仓，43-锯齿部，44-第一面，45-第二面，46-第三面，47-第四面，50-水平推进器，60-垂直推进器，70-控制仓，80-浮力部，81-防撞条，82-承重头，90-摄像装置。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1和图4所示，本发明公开的一种履带式清扫水下废弃物的智能机器人100，包括：

机架10，用于承载智能机器人100的其他部件，起到支撑作用；机架10可以为桁架结构，由多根桁架组合而成的支架；

一对履带组件20，分别设置在机架10的两侧且位于机架10的底部，用于在水底行走；

料仓30，设置在机架10上，位于两个履带组件20之间，用于存储吸取的垃圾；

料仓吸入口40，设置在料仓30的端部，用于将垃圾吸入进料仓30；

多个水平推进器50，均匀分布在机架10的边缘，用于推进智能机器人100移动；在一些实施方式中，水平推进器50能够相对于机架10旋转，从而使得水平推进器50在水平面上与机架10呈不同的夹角，通过调整水平推进器50与机架10之间的角度，以控制智能机器人100的移动方向；在一些实施方式中，水平推进器50的数量为4个，分别位于机架10的四个角；

多个垂直推进器60，分布智能机器人100的顶部，可以转动，用于推进智能机器人100移动。在一些实施方式中，垂直推进器60的数量设置为2个，分别设置在智能机器人100顶部的相对的两个边缘处的中部。通过设置水平推进器50和垂直推进器60，可以使得智能机器人100悬浮在水中作业，用于观察地形、寻找作业区域、跨过大型障碍；

控制仓70，设置在机架10上，用于控制智能机器人100，和/或与地面控制中心通讯，接受控制指令。控制仓70还包括配电仓，用于给其供电。

在一些实施方式中，如图1和图3所示，履带组件20包括履带底盘21、履带22和履带电机23。履带底盘21可移动地并列在机架10上，履带22包裹在履带底盘21的外侧，履带电机23通过传动机构带动履带22转动，以驱动智能机器人100在水底移动；履带底盘21相对于机架10移动，使得智能机器人100可以通过不同的地形。通过设置履带组件20，可以使得智能机器人100在水底行走时不受地形影响，扩大了智能机器人100的工作清扫范围。

在一些实施方式中，如图1和图2所示，料仓吸入口40设置为喇叭型，即从料仓吸入口40靠近料仓30的一端往远离料仓30的一端，料仓吸入口40的尺寸变大，可以是逐渐变大，也可以跳跃式的变大，即连接料仓的一端小于远离料仓的一端。在一些实施方式中，料仓吸入口40包括吸入管41以及吸入仓42，吸入管41的一端连接至料仓30，另一端连接至吸入仓42，吸入管41的尺寸从靠近料仓30的一端往远离料仓30的一端逐渐变大，或者吸入管41的尺寸恒定不变；吸入仓42可以包括第一面44、第二面45、第三面46和第四面47，其中，第一面44的中部开口且该开口连接至吸入管41，第二面45、第三面46和第四面47均与第一面44相交，从而围合形成一两面敞开的空间；在第二面45、第三面46、第四面47的底部边缘还可以设置锯齿部43，有利于将吸入仓42***水底的淤泥中，便于吸取垃圾。智能机器人100采用泵吸的方式将垃圾通过料仓吸入口40吸进料仓30内，采用喇叭型的料仓吸入口40，例如吸入管41的管径可以为260mm，其大口径有利于对大型废弃物的清理；且有利于进行废弃物的翻找、聚拢、收集，大大提高了废弃物收集效率。吸入管41可以通过法兰面与料仓30连接。在料仓30内设置有海水泵，通过开启海水泵，实现废弃物的吸取。

在一些实施方式中，如图3和图4所示，料仓30还包括主排水口31、除污口32和回收排水口33。主排水口31设置在料仓30的端部，且靠近料仓30的顶部。除污口32和回收排水口33设置在料仓30的底部。回收排水口33可以设置为多个，较佳地，设置为两个，呈对称布置。由于采用大口径泵吸方式，做到了对大型废弃物的清理，但是同时，口径大也会带来海水压力大、泥沙吸入量多等问题。因此，设计了主排水口31、回收排水口33和除污口32，有效减少了排水对智能机器人100本体的影响以及泥沙堆积的影响，在保证清理能力的同时还保证了有效储存容量。除污口32处设置由封盖，可以由操作人员通过旋转手轮，将封盖打开，便于清理料仓30内的泥沙、废弃物等。同时，操作人员也可以通过除污口32清理料仓30内的泥沙或废弃物。

在一些实施方式中，如图1所示，在料仓30的顶部设置有浮力部80，浮力部80可以用浮力材料制成，以减少将智能机器人100从水底拉出来时的拉力。在浮力部80的周边可以设置防撞条81，减少智能机器人100受到撞击时所遭受的损害，防撞条81可以围绕整个浮力部80的周长。垂直推进器60可以设置在浮力部80的顶部。

在一些实施方式中，如图1所示，在智能机器人100上还设置有摄像装置90，包括云台、第一摄像头和灯。摄像装置90可以位于智能机器人100的顶部的边缘处。通过摄像装置90，水面操作人员可以发现目标物，从而控制海水泵，执行抽吸清扫动作。

在一些实施方式中，在料仓30内也可以设置第二摄像头(图中未示出)，用于观察料仓30内垃圾的存储状态。当水面操作人员发现料仓30已满时，可以控制停止泵吸清扫作业，将智能机器人100返回水面。也可以通过算法，自动识别第二摄像头获取的图像，以判断料仓30内的垃圾存储状态，并根据判断结果控制智能机器人100的泵吸清扫作业以及返回水面。

在一些实施方式中，如图1和5所示，在智能机器人100的顶部中间位置设置有承重头82，承重头82可以与脐带缆连接，从而可以通过水面母船将智能机器人100从水中拉出来。

本发明提供的智能机器人100，可执行岸基作业和船基作业，这两种作业方式除了入水方式有所区别外，其他流程大致相同。此处以船基作业为例进行描述。船基作业是指利用水面母船和布放回收单元(即绞车)，进行智能机器人100的吊放回收，执行大范围的水下观察、海底行走和清扫作业。水面母船应具备A架或类似设备。

整个作业流程如下：

潜前检查：将水面控制单元、布放回收单元等与智能机器人100进行可靠的机械连接和电气连接。水面控制单元应能顺利地接收来自智能机器人100的各类传感器数据，并可以控制智能机器人100完成行走、水平推进器50旋转、垂直推进器60旋转、灯光启闭、摄像头启闭、云台转动等动作。

吊放入水：启动绞车，将智能机器人100吊起，摆动A架，使得智能机器人100离开船舷，保持一定的安全距离；继续释放脐带缆，使智能机器人100逐渐没入水中；入水过程中，开启料仓30内的海水泵，将料仓30内的空气，随着海水的排出而排出。

下潜：利用智能机器人100的重力，缓慢下潜。下潜过程中，绞车继续放缆，视实际情况决定是否启动推进器，进行浮游动作。

海底作业：智能机器人100位于海底后，利用履带组件20行走，搜寻沉于海底的废弃物；当水面操作人员利用摄像装置90传回的图像发现目标物后，启动海水泵，执行抽吸清扫动作。利用料仓30内的第二摄像头，观察料仓30内垃圾的存储状态，料仓30已满时，则停止泵吸清扫作业，准备返回水面。

回收：如有条件，应将水面母船行驶到智能机器人100所在的正上方水面，以减少收揽过程中智能机器人100在海底的拖动。随着操作经验的积累，也可控制智能机器人100行走至原始坐底位置，效果类似；绞车收揽，智能机器人100逐渐返回水面；智能机器人100出水过程中，料仓30底部的回收排水口33自动开启，排出多余的海水，降低脐带缆所受的拉力，提高***安全性；将智能机器人100回收至水面母船的甲板支架上，使其腾空架高。

空仓：操作人员旋转手轮，将智能机器人100的料仓30底部的封盖打开；料仓30内的泥沙、塑料瓶等通过除污口32排出，倾倒在甲板上，通过料仓30底部除污口32，向料仓30内冲水，清除其内部剩余的泥沙或垃圾，以及手动将塑料瓶等挑拣出去。

潜后检查：完成一次作业后，应及时利用淡水冲洗智能机器人100本体各部位，特别是间隙处，防止盐分堆积，对设备和机械结构造成损害；检查***状态，及时调整和维护，准备下一次作业。

本发明的智能机器人100，采用喇叭型泵吸口，提高了清扫效率；使用履带与推进器相结合的方式，扩大了清扫范围；使用大孔径吸入口和多功能料仓30的结合，提高了清理能力。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种履带式清扫水下废弃物的智能机器人，其特征在于，包括：

机架；

一对履带组件，分别设置在所述机架的两侧且位于所述机架的底部；

料仓，设置在所述机架上，位于所述一对履带组件之间，用于存储所述水下废弃物；

料仓吸入口，设置在所述料仓的端部，与所述料仓连接，用于吸入所述水下废弃物；

多个推进器，设置在所述机架上，用于将所述智能机器人浮动在水中；

控制仓，设置在所述机架上，用于控制所述智能机器人；

其中，所述料仓吸入口呈喇叭型，所述料仓吸入口上与所述料仓连接的一端小于所述料仓吸入口上远离所述料仓的一端；

所述料仓包括海水泵，所述海水泵被配置为在开启后能够通过所述料仓吸入口将所述水下废弃物吸入所述料仓。

2.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，所述机架为桁架结构。

3.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，所述推进器包括多个水平推进器和多个垂直推进器，其中所述多个水平推进器均匀分布在所述机架上，所述多个垂直推进器分布在所述智能机器人的顶部。

4.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，所述料仓吸入口包括与所述料仓连接的吸入管以及与所述吸入管连接的吸入仓，所述吸入仓具有第一面、第二面、第三面和第四面，所述第一面的中部开口且所述开口连接至所述吸入管，所述第二面、所述第三面和所述第四面均与所述第一面相交，且所述第二面、所述第三面和所述第四面围合形成两面敞开的空间。

5.如权利要求4所述的智能机器人，其特征在于，所述第二面、所述第三面和所述第四面的底部边缘设置有锯齿部。

6.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，所述料仓包括主排水口、除污口和至少一个回收排水口，其中，所述主排水口设置在所述料仓的端部且靠近所述料仓的顶部，所述除污口设置在所述料仓的底部，所述回收排水口设置在所述料仓的底部。

7.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，还包括浮力部，所述浮力部设置在所述料仓的上面，所述浮力部采用浮力材料制成。

8.如权利要求7所述的智能机器人，其特征在于，还包括防撞条，所述防撞条围绕所述浮力部的周长而设置。

9.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，还包括摄像装置，所述摄像装置设置所述智能机器人的顶部边缘处，所述摄像装置被配置为能够获取所述水下废弃物的图像。

10.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于，还包括承重头，所述承重头设置在所述智能机器人的顶部中央，用于与脐带缆连接。

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