CN114455013B - 一种水面垃圾清理设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水面垃圾清理设备及方法，该设备包括垃圾揽收装置和垃圾分类装置；所述垃圾揽收装置包括收揽机构和传送机构；所述收揽机构包括收揽滚筒和收揽驱动机构；所述传送机构包括传送带和传送驱动机构；所述垃圾分类装置包括转运盘、转存机构、垃圾存放箱和重力分拣机构；所述重力分拣机构包括重力分拣转轴和重力分拣驱动机构，所述重力分拣转轴上设有重力分拣组件；所述重力分拣组件包括重力分拣爪和重力分拣弹簧，所述重力分拣爪的一端铰接在重力分拣转轴上，所述重力分拣弹簧固定连接在重力分拣转轴上，另一端与重力分拣爪的另一端固定连接。本发明能够全自动完成水面垃圾的打捞、分类工作，具有较高的工作效率和较低的垃圾处理成本。

Description

一种水面垃圾清理设备及方法
技术领域
本发明涉及水面垃圾处理装置及方法，具体涉及一种水面垃圾清理设备及方法。
背景技术
随着国民经济迅速发展和城镇化进程的加快，水面垃圾污染问题日益加剧，已经严重威胁到水体环境，水产养殖以及城乡景观，造成了经济社会上的巨大损失，因此水面垃圾污染环境问题亟需解决。
现有技术中，对水面垃圾处理通常先采用人工的方式打捞或打捞船的方式进行打捞，再通过人工对打捞上岸的垃圾进行分类。虽然能够一定程度上解决了水面垃圾处理的问题，但是仍存在以下的问题：
1、通过人工对水面的垃圾进行打捞，人力成本较高，而且人工打捞效率较低，难以大范围地对水面进行清理。
2、通过需要人工进行分类，例如将回收价值较高的塑料制品等水面垃圾与价值较低的重量较大的垃圾分离，人力成本较高，工作环境较差，分拣效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种水面垃圾清理设备，该水面垃圾清理设备能够全自动完成水面垃圾的打捞、分类工作，无需人工参与，具有较高的工作效率和较低的垃圾处理成本。
本发明的另一个目的在于提供一种水面垃圾清理方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种水面垃圾清理设备，包括船体以及设置在船体上的垃圾揽收装置、垃圾分类装置；
所述垃圾揽收装置包括用于将水面上的垃圾收起的收揽机构以及用于将收起的垃圾往垃圾存放箱的方向传送的传送机构；所述收揽机构包括收揽滚筒和用于驱动收揽滚筒进行转动的收揽驱动机构，所述收揽滚筒的侧面设有多个沿着圆周的方向排列的收揽杆，该收揽杆的一端固定在收揽滚筒上，另一端沿着远离收揽滚筒的中心的方向延伸；所述传送机构包括传送带和用于驱动传送带进行传送的传送驱动机构，在工作状态下，所述传送带倾斜地设置在收揽滚筒和转运盘之间；
所述垃圾分类装置包括转运盘、转存机构、垃圾存放箱和用于根据重力对垃圾进行分拣的重力分拣机构；所述转运盘设置在传送带和垃圾存放箱之间，该转运盘与传送带之间设有初筛口；所述转存机构包括暂存斗以及用于将暂存斗中的垃圾转移至垃圾存放箱中的螺旋送料机构；所述暂存斗设置在初筛口的下方；所述垃圾存放箱设有用于存放体积较大质量较小的垃圾的第一存放区、用于存放体积较大质量较大的垃圾的第二存放区以及用于存放体积较小的垃圾的第三存放区；所述第一存放区位于第二存放区的上方；
所述重力分拣机构包括重力分拣转轴和用于驱动重力分拣转轴进行转动的重力分拣驱动机构，所述重力分拣转轴转动连接在垃圾存放箱内，该重力分拣转轴上设有多组分别沿着圆周方向和轴线方向均匀排列的重力分拣组件；所述重力分拣组件包括重力分拣爪和重力分拣弹簧，所述重力分拣爪的一端通过铰接结构连接在重力分拣转轴上，所述重力分拣弹簧通过固定结构连接在重力分拣转轴上，另一端与重力分拣爪的另一端固定连接；在非外力作用的状态下，所述重力分拣弹簧促使重力分拣爪沿着径向往外延伸；所述重力分拣转轴位于垃圾投放口与第一存放区的进入口和第二存放区的进入口之间，该重力分拣转轴位于第二存放区的上方，该重力分拣转轴的轴线高于第一存放区的进入口所处的位置；当质量较大的垃圾投放在重力分拣爪上时，重力分拣爪沿着与重力分拣转轴转动相反的方向摆动，质量较大的垃圾从重力分拣爪上滑落至下方的第二存放区中。
本发明的一个优选方案，其中，所述收揽驱动机构包括收揽驱动电机和收揽传动组件，所述收揽驱动电机固定设置在安装机架上；
所述收揽传动组件包括传动齿轮，该传动齿轮包括主动直齿轮和从动直齿轮，所述主动直齿轮与收揽驱动电机的输出轴连接，所述从动直齿轮与收揽滚筒同轴固定连接；所述收揽滚筒转动连接在安装机架上。通过上述结构，在收揽驱动电机的驱动下，收揽滚筒可以进行旋转，从而完成收揽垃圾的工作。
进一步，所述收揽传动组件还包括传动轴，该传动轴的两端转动连接在安装机架上；
所述传动齿轮还包括锥形齿轮组，该锥形齿轮组包括主动锥形齿轮和从动锥形齿轮；所述主动锥形齿轮同轴固定连接在收揽驱动电机的输出轴上；所述主动直齿轮和从动锥形齿轮均与传动轴同轴固定连接。
进一步，所述传送驱动机构包括传送驱动电机和传送传动组件，所述传送驱动电机由收揽驱动电机构成；
所述传送传动组件包括两个复合齿轮，其中一个复合齿轮与传动轴同轴固定连接，另一个复合齿轮与传送带的转轴同轴固定连接。通过上述结构，可以共用一个驱动电机，同时完成两组转动的驱动，有利于简化结构和降低生产成本。
进一步，所述复合齿轮包括局部主齿部和异形副齿部，所述局部主齿部和异形副齿部同轴固定连接，所述局部主齿部上设有局部设置的主轮齿结构；所述异形副齿部设有两组局部设置的副轮齿结构，其中一组副轮齿结构的分度圆大于局部主齿部的主轮齿结构的分度圆，另一组副轮齿结构的分度圆小于局部主齿部的主轮齿结构的分度圆；
在工作状态下，两个局部主齿部的主轮齿结构、其中一个异形副齿部的较大分度圆的副轮齿结构与另一个异形副齿部的较小分度圆的副轮齿结构、另一个异形副齿部的较大分度圆的副轮齿结构与其中一个异形副齿部的较小分度圆的副轮齿结构依次相互啮合；其中，当上一个啮合行程走完后，与传送带的转轴同轴连接的复合齿轮的下一组待啮合的轮齿结构转动至对应的啮合位置。
通过上述结构，当传送驱动电机进行驱动时，通过传动轴和锥形齿轮组将动力传递至两个复合齿轮上，由复合齿轮间歇地将动力传递至传送带上。具体操作为：在转动过程中，两个局部主齿部的主轮齿结构、其中一个异形副齿部的较大分度圆的副轮齿结构与另一个异形副齿部的较小分度圆的副轮齿结构、另一个异形副齿部的较大分度圆的副轮齿结构与其中一个异形副齿部的较小分度圆的副轮齿结构依次相互啮合；其中，当上一个啮合行程走完后，与传送带的转轴同轴连接的复合齿轮的下一组待啮合的轮齿结构转动至对应的啮合位置；这样不仅可以在转动过程中留下间隙，实现间歇驱动，有利于传送带的垃圾利用惯性的作用而与传送带分离，掉落至转运盘中。
本发明的一个优选方案，其中，所述传送带的外表面上设有多个传送推板，所述传送推板沿着传送方向均匀分布。
本发明的一个优选方案，其中，所述收揽滚筒的两侧均设有导料侧板，两个导料侧板在收揽滚筒的前方构成喇叭口结构。这样，可以更大范围地将水面上的垃圾汇聚到收揽滚筒上，有利于提高收集效率。
本发明的一个优选方案，其中，所述垃圾揽收装置还包括用于将传送机构和收揽机构进行抬升的抬升机构，该抬升机构包括抬升驱动机构；在传送带的非工作状态下，通过抬升驱动机构将传送机构和收揽机构抬升起来，远离水面，这样可以减小船体行进时的水阻，以节约能源。
进一步，所述抬升驱动机构包括抬升液压缸，该抬升液压缸的缸体和伸缩杆分别铰接在安装机架和船体上。
本发明的一个优选方案，其中，所述第一存放区和第二存放区均设有倾斜设置的底面，这样有利于垃圾往固定的方向有序存放。
本发明的一个优选方案，其中，所述第二存放区的底面设有多个沥水孔，方便在存储垃圾的同时将水沥出。
本发明的一个优选方案，其中，所述重力分拣驱动机构包括重力分拣驱动电机和重力分拣传动组件，所述重力分拣传动组件包括两个分拣传动齿轮，其中一个分拣传动齿轮固定设置在重力分拣驱动电机的输出轴上，另一个分拣传动齿轮与重力分拣转轴同轴固定连接。
本发明的一个优选方案，其中，所述垃圾分类装置还包括转存机构，该转存机构包括暂存斗；
所述转运盘与传送带之间设有初筛口；所述暂存斗设置在初筛口的下方。通过上述结构，由传送带将垃圾输送过来，首先传送至转运盘，再通过转运盘的所述垃圾投放口投放至垃圾存放箱中；其中，当垃圾从传送带转移至转运盘的过程中，体积较小的垃圾通过初筛口落入下方的暂存斗中，体积较大的垃圾则继续往前输送，从而实现初步分拣。
进一步，所述转存机构还包括用于将暂存斗中的垃圾转移至垃圾存放箱中的螺旋送料机构；
所述垃圾存放箱还设有用于存放体积较小的垃圾的第三存放区。上述结构，通过螺旋送料机构可将暂存斗中的垃圾转运至垃圾存放箱的第三存放区进行分类统一存放。
进一步，所述第三存放区中设有用于对垃圾进行压缩的压缩机构，该压缩机构包括压缩板和压缩液压缸，所述压缩板与压缩液压缸的伸缩杆固定连接。通过上述结构，在垃圾达到一定量时将垃圾压缩进而继续收集。
本发明的一个优选方案，其中，所述船体包括基体和外壳，所述外壳的上表面设有太阳能发电模块，该太阳能发电模块与蓄电池连接。这样可以在垃圾清理时进行发电，为垃圾清理工作提供一定电能，有利于节能环保。
本发明的一个优选方案，其中，还包括水力发电装置，该水力发电装置包括阿基米德螺旋泵。当下雨天或遇到水面落差较大时，可使用阿基米德螺旋泵反向旋转实现自发电，为蓄电池充电，其原理类似于水电站。
本发明的一个优选方案，其中，还包括图传及定位装置，该图传及定位装置包括图像获取模块、数据传输模块、定位模块以及超声模块。这样，利用4G网络与地面控制站实时通讯，传回图像和定位信息，同时接收来自控制站的控制命令，同时加装超声模块，用于感知周围水域及确定装置所在的位置，并具有自主避障功能。进一步，图传模块使用4G进行图像传输，操作人员可以直接通过摄像头观察装置周围情况。通过单片机控制超声模块，打开定时器，且每1ms进入一次中断。在测量时首先让Trig发送一个大于10us的高电平，然后拉高HC_SR04_Trig，当Echo为0时打开定时器计时，当Echo为1时关闭定时器，通过公式计算距离；当接近障碍时发送指令让螺旋桨停机并反向旋转。
一种水面垃圾清理方法，包括以下步骤：
将船体开到待清理的水面上，使收揽滚筒靠近水面；
通过收揽驱动机构驱动收揽滚筒进行转动，带动收揽杆进行圆周移动，将水面上的垃圾带到传送带上；
通过传送驱动机构驱动传送带进行移动，将收揽到的垃圾往下输送至垃圾分类装置中；
垃圾从转运盘上投放至重力分拣转轴的重力分拣爪上，同时通过重力分拣驱动机构间歇地驱动重力分拣转轴转动；
当质量较小的垃圾投放到重力分拣爪时，在重力分拣弹簧的作用下，重力分拣爪保持正常范围的姿态对垃圾进行承托，并随着重力分拣转轴的转动将垃圾转移至垃圾存放箱的第一存放区中；
当质量较大的垃圾投放在重力分拣爪上时，重力分拣爪沿着与重力分拣转轴转动相反的方向摆动，同时拉动重力分拣弹簧发生弹性变形，该质量较大的垃圾从重力分拣爪上滑落至下方的第二存放区中；
最后重力分拣弹簧释放势能恢复形变，驱动重力分拣爪复位，准备转接下一轮垃圾。
本发明的一个优选方案，其中，所述传送驱动机构的传送操作为：
当传送驱动电机进行驱动时，通过传动轴和锥形齿轮组将动力传递至两个复合齿轮上，由复合齿轮间歇地将动力传递至传送带上；在转动过程中，当上一个啮合行程走完后，与传送带的转轴同轴连接的复合齿轮的下一组待啮合的轮齿结构转动至对应的啮合位置。
本发明的一个优选方案，其中，在垃圾从传送带转移至转运盘的过程中，体积较小的垃圾通过初筛口落入下方的暂存斗中，体积较大的垃圾则继续往前输送，实现初步分拣。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明能够全自动完成水面垃圾的打捞、分类工作，无需人工参与，具有较高的工作效率和较低的垃圾处理成本。
2、在垃圾分类装置中，通过设置重力分拣机构，根据垃圾的实际质量进行分拣，当质量较小的垃圾投放到重力分拣爪时，重力分拣爪仍保持正常的姿态对垃圾进行承托，垃圾转移至垃圾存放箱的第一存放区中；当质量较大的垃圾投放在重力分拣爪上时，较大的重力致使重力分拣爪沿着与重力分拣转轴转动相反的方向摆动，得质量较大的垃圾从重力分拣爪上滑落至下方的第二存放区中，从而实现垃圾分拣。
附图说明
图1为本发明的水面垃圾清理设备的立体结构示意图。
图2为本发明的水面垃圾清理设备隐藏了外壳的立体结构示意图。
图3为本发明的水面垃圾清理设备隐藏了外壳的侧视图。
图4-5为本发明的垃圾揽收装置的收揽机构和传送机构的两个不同视角的立体结构示意图。
图6为本发明的垃圾揽收装置的收揽机构和传送机构的侧视图。
图7-9为本发明的两个复合齿轮的多个工作状态图。
图10为本发明的垃圾分类装置的垃圾存放箱和重力分拣机构的立体结构示意图。
图11为本发明的垃圾分类装置的重力分拣机构的侧视图。
图12-13为本发明的垃圾分类装置的重力分拣机构的两个不同工作状态的立体结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1-3，本实施例的水面垃圾清理设备，包括船体A以及设置在船体A上的垃圾揽收装置B、垃圾分类装置C、水力发电装置D、图传及定位装置。
所述船体A包括基体1a和外壳2a，所述外壳2a的上表面设有太阳能发电模块，该太阳能发电模块与蓄电池连接。当太阳光照较强时，太阳能光伏组件产生的电流汇聚到控制器，控制器进行供电监控。太阳能光伏组件通过控制器进行供电，同时将多于的能量储存在蓄电池中，连接方式如下：太阳能电池板----光伏充电控制器---蓄电池---直流负载。在太阳能给蓄电池充电的同时，蓄电池向外供电完全可行，在这样的情况下，负载使用的电力会优先直接使用太阳能电池的电，剩余的充到电池里；相反，若此太阳能电池的电量不够，会同时从蓄电池内取电。
参见图2-6，所述垃圾揽收装置B包括用于将水面上的垃圾收起的收揽机构、用于将收起的垃圾传送至转运盘1c中的传送机构以及用于将传送机构和收揽机构进行抬升的抬升机构。
所述收揽机构包括收揽滚筒2b和用于驱动收揽滚筒2b进行转动的收揽驱动机构，所述收揽滚筒2b的侧面设有多个沿着圆周的方向排列的收揽杆3b，该收揽杆3b的一端固定在收揽滚筒2b上，另一端沿着远离收揽滚筒2b的中心的方向延伸；所述传送机构包括传送带4b和用于驱动传送带4b进行传送的传送驱动机构，所述传送带4b的外表面上设有多个传送推板5b，所述传送推板5b沿着传送方向均匀分布；在工作状态下，所述传送带4b倾斜地设置在收揽滚筒2b和转运盘1c之间。
参见图2-6，所述收揽驱动机构包括收揽驱动电机6b和收揽传动组件，所述收揽驱动电机6b固定设置在安装机架7b上；所述收揽传动组件包括传动齿轮，该传动齿轮包括主动直齿轮8b和从动直齿轮9b，所述主动直齿轮8b与收揽驱动电机6b的输出轴连接，所述从动直齿轮9b与收揽滚筒2b同轴固定连接；所述收揽滚筒2b转动连接在安装机架7b上。
所述收揽传动组件还包括传动轴10b，该传动轴10b的两端转动连接在安装机架7b上；所述传动齿轮还包括锥形齿轮组，该锥形齿轮组包括主动锥形齿轮11b和从动锥形齿轮12b；所述主动锥形齿轮11b同轴固定连接在收揽驱动电机6b的输出轴上；所述主动直齿轮8b和从动锥形齿轮12b均与传动轴10b同轴固定连接。
通过上述结构，在收揽驱动电机6b的驱动下，收揽滚筒2b可以进行旋转，从而完成收揽垃圾的工作。
进一步，所述传送驱动机构包括传送驱动电机和传送传动组件，所述传送驱动电机由收揽驱动电机6b构成；所述传送传动组件包括两个复合齿轮13b，其中一个复合齿轮13b与传动轴10b同轴固定连接，另一个复合齿轮13b与传送带4b的转轴同轴固定连接。通过上述结构，可以共用一个驱动电机，同时完成两组转动的驱动，有利于简化结构和降低生产成本。
参见图7-9，所述复合齿轮13b包括局部主齿部13-1b和异形副齿部13-2b，所述局部主齿部13-1b和异形副齿部13-2b同轴固定连接，所述局部主齿部13-1b上设有局部设置的主轮齿结构；所述异形副齿部13-2b设有两组局部设置的副轮齿结构，其中一组副轮齿结构的分度圆大于局部主齿部13-1b的主轮齿结构的分度圆，另一组副轮齿结构的分度圆小于局部主齿部13-1b的主轮齿结构的分度圆。在工作状态下，两个局部主齿部13-1b的主轮齿结构、其中一个异形副齿部13-2b的较大分度圆的副轮齿结构与另一个异形副齿部13-2b的较小分度圆的副轮齿结构、另一个异形副齿部13-2b的较大分度圆的副轮齿结构与其中一个异形副齿部13-2b的较小分度圆的副轮齿结构依次相互啮合；其中，当上一个啮合行程走完后，与传送带4b的转轴同轴连接的复合齿轮13b的下一组待啮合的轮齿结构转动至对应的啮合位置。
通过上述结构，当传送驱动电机进行驱动时，通过传动轴10b和锥形齿轮组将动力传递至两个复合齿轮13b上，由复合齿轮13b间歇地将动力传递至传送带4b上。具体操作为：在转动过程中，两个局部主齿部13-1b的主轮齿结构、其中一个异形副齿部13-2b的较大分度圆的副轮齿结构与另一个异形副齿部13-2b的较小分度圆的副轮齿结构、另一个异形副齿部13-2b的较大分度圆的副轮齿结构与其中一个异形副齿部13-2b的较小分度圆的副轮齿结构依次相互啮合；其中，当上一个啮合行程走完后，与传送带4b的转轴同轴连接的复合齿轮13b的下一组待啮合的轮齿结构转动至对应的啮合位置；这样不仅可以在转动过程中留下间隙，实现间歇驱动，有利于传送带4b的垃圾利用惯性的作用而与传送带4b分离，掉落至转运盘1c中。
参见图2-6，所述收揽滚筒2b的两侧均设有导料侧板14b，两个导料侧板14b在收揽滚筒2b的前方构成喇叭口结构。这样，可以更大范围地将水面上的垃圾汇聚到收揽滚筒2b上，有利于提高收集效率。
参见图2-6，所述抬升机构包括抬升驱动机构；在传送带4b的非工作状态下，通过抬升驱动机构将传送机构和收揽机构抬升起来，远离水面，这样可以减小船体A行进时的水阻，以节约能源。
进一步，所述抬升驱动机构包括抬升液压缸15b，该抬升液压缸15b的缸体和伸缩杆分别铰接在安装机架7b和船体A上。
参见图2-3和图10，所述垃圾分类装置C包括转运盘1c、转存机构、垃圾存放箱2c和用于根据重力对垃圾进行分拣的重力分拣机构。
所述转运盘1c设置在传送带4b与垃圾存放箱2c之间，该转运盘1c与传送带4b之间设有初筛口4c；所述转存机构包括暂存斗5c，所述暂存斗5c设置在初筛口4c的下方。通过上述结构，由传送带4b将垃圾输送过来，首先传送至转运盘1c，再通过转运盘1c的垃圾投放口投放至垃圾存放箱2c中；其中，当垃圾从传送带4b转移至转运盘1c的过程中，体积较小的垃圾通过初筛口4c落入下方的暂存斗5c中，体积较大的垃圾则继续往前输送，从而实现初步分拣。
参见图2-3和图10，所述垃圾存放箱2c设有用于存放质量较小的垃圾的第一存放区2-1c和用于存放质量较大的垃圾的第二存放区2-2c，所述第一存放区2-1c位于第二存放区2-2c的上方。
其中，所述第一存放区2-1c和第二存放区2-2c均设有倾斜设置的底面，这样有利于垃圾往固定的方向有序存放。
进一步，所述第二存放区2-2c的底面设有多个沥水孔，方便在存储垃圾的同时将水沥出。
参见图11-13，所述重力分拣机构包括重力分拣转轴6c和用于驱动重力分拣转轴6c进行转动的重力分拣驱动机构，所述重力分拣转轴6c转动连接在垃圾存放箱2c内，该重力分拣转轴6c上设有多组分别沿着圆周方向和轴线方向均匀排列的重力分拣组件；所述重力分拣组件包括重力分拣爪7c和重力分拣弹簧8c，所述重力分拣爪7c的一端通过铰接结构连接在重力分拣转轴6c上，所述重力分拣弹簧8c通过固定结构连接在重力分拣转轴6c上，另一端与重力分拣爪7c的另一端固定连接；在非外力作用的状态下，所述重力分拣弹簧8c促使重力分拣爪7c沿着径向往外延伸；所述重力分拣转轴6c位于垃圾投放口与第一存放区2-1c的进入口和第二存放区2-2c的进入口之间，该重力分拣转轴6c位于第二存放区2-2c的上方，该重力分拣转轴6c的轴线高于第一存放区2-1c的进入口所处的位置；当质量较大的垃圾投放在重力分拣爪7c上时，重力分拣爪7c沿着与重力分拣转轴6c转动相反的方向摆动，质量较大的垃圾从重力分拣爪7c上滑落至下方的第二存放区2-2c中。
进一步，所述重力分拣驱动机构(图中未显示)包括重力分拣驱动电机和重力分拣传动组件，所述重力分拣传动组件包括两个分拣传动齿轮，其中一个分拣传动齿轮固定设置在重力分拣驱动电机的输出轴上，另一个分拣传动齿轮与重力分拣转轴6c同轴固定连接。
参见图2-3和图10，所述转存机构还包括用于将暂存斗5c中的垃圾转移至垃圾存放箱2c中的螺旋送料机9c；所述垃圾存放箱2c还设有用于存放体积较小的垃圾的第三存放区2-3c。上述结构，通过螺旋送料机9c可将暂存斗5c中的垃圾转运至垃圾存放箱2c的第三存放区2-3c进行分类统一存放。
进一步，所述第三存放区2-3c中设有用于对垃圾进行压缩的压缩机构，该压缩机构包括压缩板10c和压缩液压缸11c，所述压缩板10c与压缩液压缸11c的伸缩杆固定连接。通过上述结构，在垃圾达到一定量时将垃圾压缩进而继续收集。
参见图1-3，所述水力发电装置D包括阿基米德螺旋泵，当下雨天或遇到水面落差较大时，可使用阿基米德螺旋泵反向旋转实现自发电，为蓄电池充电，其原理类似于水电站。
具体地，所述图传及定位装置包括图像获取模块、数据传输模块、定位模块以及超声模块。这样，利用4G网络与地面控制站实时通讯，传回图像和定位信息，同时接收来自控制站的控制命令，同时加装超声模块，用于感知周围水域及确定装置所在的位置，并具有自主避障功能。进一步，图传模块使用4G进行图像传输，操作人员可以直接通过摄像头观察装置周围情况。通过单片机控制超声模块，打开定时器，且每1ms进入一次中断。在测量时首先让Trig发送一个大于10us的高电平，然后拉高HC_SR04_Trig，当Echo为0时打开定时器计时，当Echo为1时关闭定时器，通过公式计算距离；当接近障碍时发送指令让螺旋桨停机并反向旋转。
参见图1-13，本实施例的水面垃圾清理方法，包括以下步骤：
将船体A开到待清理的水面上，使收揽滚筒2b靠近水面。
通过收揽驱动机构驱动收揽滚筒2b进行转动，带动收揽杆3b进行圆周移动，将水面上的垃圾带到传送带4b上。
通过传送驱动机构驱动传送带4b进行移动，当传送驱动电机进行驱动时，通过传动轴10b和锥形齿轮组将动力传递至两个复合齿轮13b上，由复合齿轮13b间歇地将动力传递至传送带4b上；在转动过程中，当上一个啮合行程走完后，与传送带4b的转轴同轴连接的复合齿轮13b的下一组待啮合的轮齿结构转动至对应的啮合位置。
将收揽到的垃圾往下输送至垃圾分类装置C中；当垃圾从传送带4b转移至转运盘1c的过程中，体积较小的垃圾通过初筛口4c落入下方的暂存斗5c中，体积较大的垃圾则继续往前输送，从而实现初步分拣。
垃圾从转运盘1c上投放至重力分拣转轴6c的重力分拣爪7c上，同时通过重力分拣驱动机构间歇地驱动重力分拣转轴6c转动。
当质量较小的垃圾投放到重力分拣爪7c时，在重力分拣弹簧8c的作用下，重力分拣爪7c保持正常范围的姿态对垃圾进行承托，并随着重力分拣转轴6c的转动将垃圾转移至垃圾存放箱2c的第一存放区2-1c中。
当质量较大的垃圾投放在重力分拣爪7c上时，重力分拣爪7c沿着与重力分拣转轴6c转动相反的方向摆动，同时拉动重力分拣弹簧8c发生弹性变形，该质量较大的垃圾从重力分拣爪7c上滑落至下方的第二存放区2-2c中；
最后重力分拣弹簧8c释放势能恢复形变，驱动重力分拣爪7c复位，准备转接下一轮垃圾。
参见图1-13，上述水面垃圾清理设备的工作原理为：
工作时，将船体A开到待清理的水面上，使收揽滚筒2b靠近水面，通过收揽驱动机构驱动收揽滚筒2b进行转动，带动收揽杆3b进行圆周移动，从而将水面上的垃圾带到传送带4b上；与此同时，通过传送驱动机构驱动传送带4b进行移动，继而不断地将收揽到的垃圾往下输送至垃圾分类装置C中。
在垃圾分类装置C中，垃圾从转运盘1c上投放至重力分拣转轴6c的重力分拣爪7c上，同时通过重力分拣驱动机构间歇地驱动重力分拣转轴6c转动，从而将从垃圾投放口投放进来的垃圾分类到垃圾存放箱2c的第一存放区2-1c和第二存放区2-2c中。其中，由于重力分拣转轴6c位于垃圾投放口与第一存放区2-1c的进入口和第二存放区2-2c的进入口之间，且在非外力作用的状态下，重力分拣弹簧8c促使重力分拣爪7c沿着径向往外延伸，那么当质量较小的垃圾投放到重力分拣爪7c时，在重力分拣弹簧8c的作用下，重力分拣爪7c仍保持正常范围的姿态对垃圾进行承托，继而随着重力分拣转轴6c的转动将垃圾转移至垃圾存放箱2c的第一存放区2-1c中；当质量较大的垃圾投放在重力分拣爪7c上时，较大的重力致使重力分拣爪7c沿着与重力分拣转轴6c转动相反的方向摆动，同时拉动重力分拣弹簧8c发生弹性变形，使得质量较大的垃圾从重力分拣爪7c上滑落至下方的第二存放区2-2c中，最后重力分拣弹簧8c释放势能恢复形变，驱动重力分拣爪7c复位，准备转接下一轮垃圾。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水面垃圾清理设备，其特征在于，包括船体以及设置在船体上的垃圾揽收装置、垃圾分类装置；
所述垃圾揽收装置包括用于将水面上的垃圾收起的收揽机构以及用于将收起的垃圾往垃圾存放箱的方向传送的传送机构；所述收揽机构包括收揽滚筒和用于驱动收揽滚筒进行转动的收揽驱动机构，所述收揽滚筒的侧面设有多个沿着圆周的方向排列的收揽杆，该收揽杆的一端固定在收揽滚筒上，另一端沿着远离收揽滚筒的中心的方向延伸；所述传送机构包括传送带和用于驱动传送带进行传送的传送驱动机构，在工作状态下，所述传送带倾斜地设置在收揽滚筒和转运盘之间；
所述传送驱动机构包括传送驱动电机和传送传动组件，所述传送驱动电机由收揽驱动电机构成；所述传送传动组件包括两个复合齿轮，其中一个复合齿轮与传动轴同轴固定连接，另一个复合齿轮与传送带的转轴同轴固定连接；所述复合齿轮包括局部主齿部和异形副齿部，所述局部主齿部和异形副齿部同轴固定连接，所述局部主齿部上设有局部设置的主轮齿结构；所述异形副齿部设有两组局部设置的副轮齿结构，其中一组副轮齿结构的分度圆大于局部主齿部的主轮齿结构的分度圆，另一组副轮齿结构的分度圆小于局部主齿部的主轮齿结构的分度圆；
在工作状态下，两个局部主齿部的主轮齿结构、其中一个异形副齿部的较大分度圆的副轮齿结构与另一个异形副齿部的较小分度圆的副轮齿结构、另一个异形副齿部的较大分度圆的副轮齿结构与其中一个异形副齿部的较小分度圆的副轮齿结构依次相互啮合；其中，当上一个啮合行程走完后，与传送带的转轴同轴连接的复合齿轮的下一组待啮合的轮齿结构转动至对应的啮合位置；
所述垃圾分类装置包括转运盘、转存机构、垃圾存放箱和用于根据重力对垃圾进行分拣的重力分拣机构；所述转运盘设置在传送带和垃圾存放箱之间，该转运盘与传送带之间设有初筛口；所述转存机构包括暂存斗以及用于将暂存斗中的垃圾转移至垃圾存放箱中的螺旋送料机构；所述暂存斗设置在初筛口的下方；所述垃圾存放箱设有用于存放体积较大质量较小的垃圾的第一存放区、用于存放体积较大质量较大的垃圾的第二存放区以及用于存放体积较小的垃圾的第三存放区；所述第一存放区位于第二存放区的上方；
所述重力分拣机构包括重力分拣转轴和用于驱动重力分拣转轴进行转动的重力分拣驱动机构，所述重力分拣转轴转动连接在垃圾存放箱内，该重力分拣转轴上设有多组分别沿着圆周方向和轴线方向均匀排列的重力分拣组件；所述重力分拣组件包括重力分拣爪和重力分拣弹簧，所述重力分拣爪的一端通过铰接结构连接在重力分拣转轴上，所述重力分拣弹簧通过固定结构连接在重力分拣转轴上，另一端与重力分拣爪的另一端固定连接；在非外力作用的状态下，所述重力分拣弹簧促使重力分拣爪沿着径向往外延伸；所述重力分拣转轴位于垃圾投放口与第一存放区的进入口和第二存放区的进入口之间，该重力分拣转轴位于第二存放区的上方，该重力分拣转轴的轴线高于第一存放区的进入口所处的位置；当质量较大的垃圾投放在重力分拣爪上时，重力分拣爪沿着与重力分拣转轴转动相反的方向摆动，质量较大的垃圾从重力分拣爪上滑落至下方的第二存放区中。
2.根据权利要求1所述的水面垃圾清理设备，其特征在于，所述收揽驱动机构包括收揽驱动电机和收揽传动组件，所述收揽驱动电机固定设置在安装机架上；
所述收揽传动组件包括传动齿轮，该传动齿轮包括主动直齿轮和从动直齿轮，所述主动直齿轮与收揽驱动电机的输出轴连接，所述从动直齿轮与收揽滚筒同轴固定连接；所述收揽滚筒转动连接在安装机架上。
3.根据权利要求2所述的水面垃圾清理设备，其特征在于，所述收揽传动组件还包括传动轴，该传动轴的两端转动连接在安装机架上；
所述传动齿轮还包括锥形齿轮组，该锥形齿轮组包括主动锥形齿轮和从动锥形齿轮；所述主动锥形齿轮同轴固定连接在收揽驱动电机的输出轴上；所述主动直齿轮和从动锥形齿轮均与传动轴同轴固定连接。
4.根据权利要求1所述的水面垃圾清理设备，其特征在于，所述垃圾揽收装置还包括用于将传送机构和收揽机构进行抬升的抬升机构，该抬升机构包括抬升驱动机构；在传送带的非工作状态下，通过抬升驱动机构将传送机构和收揽机构抬升起来，远离水面。
5.根据权利要求1所述的水面垃圾清理设备，其特征在于，所述第一存放区和第二存放区均设有倾斜设置的底面；所述第二存放区的底面设有多个沥水孔。
6.根据权利要求1所述的水面垃圾清理设备，其特征在于，所述第三存放区中设有用于对垃圾进行压缩的压缩机构，该压缩机构包括压缩板和压缩液压缸，所述压缩板与压缩液压缸的伸缩杆固定连接。
7.一种应用于权利要求1所述的水面垃圾清理设备的水面垃圾清理方法，其特征在于，包括以下步骤：
将船体开到待清理的水面上，使收揽滚筒靠近水面；
通过收揽驱动机构驱动收揽滚筒进行转动，带动收揽杆进行圆周移动，将水面上的垃圾带到传送带上；
通过传送驱动机构驱动传送带进行移动，将收揽到的垃圾往下输送至垃圾分类装置中；所述传送驱动机构的传送操作为：当传送驱动电机进行驱动时，通过传动轴和锥形齿轮组将动力传递至两个复合齿轮上，由复合齿轮间歇地将动力传递至传送带上；在转动过程中，当上一个啮合行程走完后，与传送带的转轴同轴连接的复合齿轮的下一组待啮合的轮齿结构转动至对应的啮合位置；
垃圾从转运盘上投放至重力分拣转轴的重力分拣爪上，同时通过重力分拣驱动机构间歇地驱动重力分拣转轴转动；
当质量较小的垃圾投放到重力分拣爪时，在重力分拣弹簧的作用下，重力分拣爪保持正常范围的姿态对垃圾进行承托，并随着重力分拣转轴的转动将垃圾转移至垃圾存放箱的第一存放区中；
当质量较大的垃圾投放在重力分拣爪上时，重力分拣爪沿着与重力分拣转轴转动相反的方向摆动，同时拉动重力分拣弹簧发生弹性变形，该质量较大的垃圾从重力分拣爪上滑落至下方的第二存放区中；
最后重力分拣弹簧释放势能恢复形变，驱动重力分拣爪复位，准备转接下一轮垃圾。
8.根据权利要求7所述的水面垃圾清理方法，其特征在于，在垃圾从传送带转移至转运盘的过程中，体积较小的垃圾通过初筛口落入下方的暂存斗中，体积较大的垃圾则继续往前输送，实现初步分拣。
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