CN109533211B - 泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人及控制方法，包含外壳组件、动力组件、垃圾收集组件、抽水排水组件、浮力调节组件及所需的电子元件。本发明摒弃了传统垃圾清扫机器人毛刷、吸口等结构或水体垃圾清扫船采用的履带结构，采用泵吸过滤的方法，更加适应水体垃圾清扫与油污处理的要求，解决了部分垃圾、油污无法被吸取、处理和垃圾缠绕在履带上的问题；并增加了动力组件，开发了手动遥控操控和自动巡航两种模式。既可以可通过遥控器操纵在水体自由移动，也可以类似陆地扫地机器人实现水面自主巡航收集垃圾，解决了传统清扫机器人工作区域小、效率低、对水域环境要求高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及水下机器人领域，具体地，涉及泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人。尤其涉及一种可自主循迹的泵吸过滤式水体垃圾清理机器人与其操作方法。
背景技术
水污染问题日益严重，对人类社会可持续发展造成重要影响。国内水体垃圾清理的方式主要有两种，第一，依靠人工清理的方式，但这种方式需要大量人力，效率低且有一定危险性，因此并不是合适的选择；第二，使用燃油驱动和人工驾驶的机械装置，例如，上海市废弃物处置公司研制的水体漂浮物打捞船，采用双船体设计，打捞装置采用传送带形式，克服了以往人工打捞及抓斗间隙打捞的缺点，打捞速度快，劳动强度低。但由于打捞船体积较大，不适合狭窄水域工作，对工作环境要求较为苛刻，且打捞船燃烧汽油本身也会造成环境污染，因此也不是最优选择。
目前国内外已经开发出一些比较先进的水体垃圾清理装置，但清理装置不能移动，只能定点工作，若需改变位置则需人为地移动，需耗费人力，较为麻烦，因此只能在范围较小，水域地形较为简单的条件下工作；有些装置可以通过导航组件设计路线自主巡航，但采用滚动毛刷等机构收集垃圾，效率低且维护成本高。
鉴于此，需要设计一种在保持高效率的基础上既可以自主巡航，也可以通过遥控精细操控的工作范围广、水域环境适配性高的水体垃圾清扫机器人。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人及控制方法。
根据本发明提供的一种泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人，包括：外壳组件、动力组件、垃圾收集组件、抽水排水组件、浮力调节组件；
外壳组件外部设置有动力组件、垃圾收集组件、浮力调节组件、动力组件；
外壳组件底部设置有抽水排水组件；
所述外壳组件包括桶体、桶盖；当桶盖打开时，外壳组件外部的水体能够通过桶体顶部开口进入桶体，经垃圾收集组件后，在抽水排水组件的驱动下排出桶体；
动力组件提供移动能力；
浮力调节组件调节桶体在水体中的深度，使得外部的水体能够通过桶体顶部开口进入桶体。
优选地，所述动力组件包括螺旋桨组件、舵组件；
舵组件包括舵组件连接杆、L型亚克力板、舵机、铝板、梯形舵片；其中所述舵组件连接杆位于所述铝板上，控制所述梯形舵片的转动，以调节移动方向；所述L型亚克力板通过螺丝钉固定在桶体上，并为所述铝板提供支撑；
桨组件包括螺旋桨和电调；螺旋桨安装在桶体的外部。
优选地，所述垃圾收集组件包括夹子和收集袋；
所述收集袋上为网袋，将垃圾留在袋内而将水滤出；
所述收集袋通过夹子安装在通体的桶口处。
优选地，所述抽水排水组件包括分水器、直角出水弯头、橡胶软管、水泵；
水泵固定在桶底，水泵的出水口连接所述分水器，所述分水器通过所述橡胶软管将水导至多个所述直角出水弯头，通过直角出水弯头将水排出。
优选地，所述浮力调节组件包括浮力材料体和软绳；
浮力材料体通过软绳固定在桶体外，用于调节桶体受到的浮力以保持平衡并使进垃圾通道下沿略低于或平齐水体，从而使垃圾能够进入桶体内。
优选地，还包括环形防波板，其中，环形防波板通过阻拦抽水排水组件的直角出水弯头排出的水。
优选地，桶盖上安装有电子元件盒；在电子元件盒内设置有GPS模块、数传模块、接收器、电池、解码器、控制器、继电器、控制板；
在遥控器操控模式下，所述接收机将来自遥控器的信号送至所述解码器解码后，传输到所述控制器；所述控制器通过运动控制模块控制所述动力组件的螺旋桨和梯形舵片的工作状态；
在自主巡航模式下，所述控制器通过所述数传模块与计算机相连，借助所述GPS模块的定位，接收计算机发送的指令，从而控制所述动力组件的螺旋桨和梯形舵片的工作状态。
优选地，所述控制板预先写入了控制所述抽水排水组件的水泵开关的指令代码，并与控制器连接；
在遥控模式下，所述接收机接收到的来自遥控器发出的指令通过解码器解码，发送给所述控制板，随后所述控制板根据写入的代码判断所述解码器发送的信号并向所述继电器发送相应的信号，控制所述水泵开关；
自主巡航模式下，所述控制器替代了遥控器，所述控制器借助所述GPS模块定位，在到达指定地点后，对所述控制板发出指令，完成开关水泵的操作。
根据本发明提供的一种上述的泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人的控制方法，包含以下步骤：
准备工作步骤：将外壳组件主体部分置于水下，使进入垃圾通道的下沿稍低于或平齐于水体；
开始工作步骤：采用遥控模式或者自主巡航模式；在所述遥控模式中，通过遥控器，控制运动组件和水泵打开，开始运动并收集垃圾；在所述自主巡航模式中，通过计算机提前规划路线，完成后将泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人放入预定水域中；
收集垃圾步骤：将泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人停靠至岸边，关闭水泵和运动组件，打开桶盖，取出桶体内收容袋，把收容袋的袋内垃圾处理后，清洗和修理收容袋，再装回到桶体内；其中，在自主巡航模式下计算机将自动停靠并关闭。
优选地，在所述遥控模式中，还包括：用遥控器控制动力组件的螺旋浆和梯形舵片，使泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人移动至工作水域，关闭动力组件，打开遥控器上控制水泵的旋钮开始抽水，并收集垃圾，至清理完毕后重新启动动力组件，移动至下一工作水域；
在所述自主巡航模式中，还包括：设置起始的位置，即泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人返回点的位置；输入航路点及等待时间，等待时间即为在航路点停留并工作的时间。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、水体垃圾收集装置采用泵抽过滤的方式收集垃圾。一方面这种方式对于体积较小的垃圾收集效果更好，另一方面避免了履带缠绕的问题，收集效率更高。
2、本发明开设了手动遥控操控和自动巡航两种模式。动力组件是手动遥控操控的核心，而导航组件的设计，使机器人也可以在无人操控的条件下按照预先规划的路线自动巡航。因此，机器人既可以通过遥控器在狭窄水域手动操控移动工作，也可以在广阔水域提前规划路径，自动地按照路线移动工作。通过这两种方式，本水体垃圾清理机器人实现了在多种水域环境下无死角清扫，既解决了人工清理船无法到达狭窄水域清扫的问题，也解决了普通垃圾清理机器人只能定点工作，无法大范围清扫的问题。
3、本发明可应用于水体清洁设备领域。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明的左右二等角轴侧示意图；
图2是本发明的电子元件盒内电子元件的示意图；
图3是本发明的侧视示意图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
为了解决传统水体垃圾清理机器工作区域过小，需要固定位置的问题，本发明提出了一种基于泵吸过滤设计的可自主航行的水体垃圾清理机器人，它是一种利用泵抽将垃圾吸进桶内进而收集的装置。具有灵活性强，清扫效果好等优点，不仅可在近海及港口等宽阔水域工作，也可在城市景观河湖等狭窄水域完成清扫任务，从而提高城市卫生状况，提升城市形象。
如图1至图3所示，本发明提供的一种泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人，包括外壳组件、动力组件、垃圾收集组件、抽水排水组件、浮力调节组件。
所述外壳组件包括桶体10、桶把手2、桶盖20。所述桶体10外固定有动力组件，所述桶体10底部固定有抽水排水组件，在所述桶体10内外还装有垃圾收集组件、浮力调节组件。桶顶固定有电子元件盒1、GPS模块21、数传模块22、接收器23、电池24、解码器25、控制器26、继电器27、控制板28固定在所述电子元件盒1内。
所述动力组件包括螺旋桨组件、舵组件。舵组件包括舵组件连接杆5、L型亚克力板6、舵机7、铝板8、梯形舵片9。其中所述舵组件连接杆5位于所述铝板8上，控制所述梯形舵片9的转动，以调节机器人的移动方向。所述L型亚克力板6通过螺丝钉固定在桶体10，并为所述铝板8提供支撑。所述梯形舵片9材料为亚克力板。桨组件包括螺旋桨17和电调。在遥控器操控模式下，所述接收机23将来自遥控器的信号送至所述解码器25解码后，传输到所述控制器26。所述控制器26通过运动控制模块控制所述螺旋桨17和梯形舵片9的工作状态。在自主巡航模式下，所述控制器26通过所述数传模块22与计算机相连，借助所述GPS模块21的定位，接收计算机发送的指令，从而控制螺旋桨17和梯形舵片9的工作状态。
所述垃圾收集组件包括夹子18和收集袋16。所述收集袋16上为网袋，可将垃圾留在袋内而将水滤出。
所述抽水排水组件包括分水器12、直角出水弯头13、橡胶软管14、水泵15。水泵15固定在桶底，出水口连接所述分水器12，所述分水器12通过所述橡胶软管14将水导至四个所述直角出水弯头13，通过弯头将水排出。所述控制板28预先写入了控制所述水泵15开关的指令代码，并与控制器连接，在遥控模式下，所述接收机23接收到的来自遥控器发出的指令通过解码器25解码，发送给所述控制板28，随后所述控制板28根据写入的代码判断所述解码器25发送的信号并向所述继电器27发送相应的信号，控制所述水泵15开关。自主巡航模式下，所述控制器26替代了遥控器，所述控制器26借助所述GPS模块21定位，在到达指定地点后，对所述控制板28发出指令，完成开关水泵的操作。
所述浮力调节组件包括浮力材料体4和软绳。浮力材料体4通过软绳固定在桶体10外，用于调节桶体10受到的浮力以保持机器人平衡并使进垃圾通道下沿略低于水体，从而使垃圾可以顺利进入桶内。
另外为了防止直角出水弯头13排出的水对水体的垃圾冲散而影响垃圾进入桶内，本发明增设了防波装置，即环形防波板11，通过阻拦直角出水弯头13排出的水，避免了水的冲力对水体垃圾的影响。
下面通过优选例，对本发明进行更为具体的说明。
所述外壳组件内部形成容物空间，所述排水结构部分或整体位于所述容物空间内；所述防波结构位于所述外壳组件中部。所述浮力材料体4固定于所述外壳组件上沿，所述浮力材料体4分布根据机器人不同侧实际重量决定。所述桶体10主体的上端侧壁留有进水口和垃圾通道3，两侧设置把手2，，所述把手2用于支撑外壳组件顶部的桶盖20。所述螺旋桨17对称分布于所述外壳组件两侧，通过信号线与控制器26相连。电调与螺旋桨17通过螺丝钉固定在所述塑料桶体10的侧壁；所述铝板8挖有槽并通过螺丝钉和螺母固定舵机固定所述舵机7；所述L型亚克力板6共两块，固定于所述外壳组件上，中间留有空隙，用于固定所述铝板8；所述舵机7、所述连接杆及连接装置5、所述梯形舵片9依次连接；所述舵机7通过信号线与所述控制器26相连。所述带网眼的袋子16在工作时通过所述夹子18固定，承接住吸到桶内的垃圾，在工作后可拆卸下来，把所述袋子16取出倒掉垃圾。所述分水器12与所述水泵15的出水口相连，将所述水泵15抽出的水分成多股水流；多段所述橡胶软管14一端与对应的所述分水器12的出口分别相连，另一端与所述直角弯头13相连；所述直角弯头13周状均匀分布于所述外壳组件侧端底部，一部分位于所述外壳组件内部空间，与所述桶体10底部平行，连接所述软管14，另一部分位于所述桶体10外，将水流竖直向上导出，所述直角弯头13通过胶与所述桶体10固定；所述水泵15通过信号线与所述控制器26相连。所述防波结构为圆环状塑料板或铁板11，固定于所述外壳组件中部。
所述电子元件按照其功能可分为以下组件：
电池组件：包含锂电池24，可以进一步采用太阳能、风能或混合能源供电；
导航组件：由GPS模块21和控制器26组成。GPS卫星定位传感器、电子罗盘和惯性测量模块均集成在所述控制器26上，所述控制器26上的GPS端口与所述GPS模块21连接；
水泵控制组件：主要由接收机23、解码器25、数传模块22、控制器26、继电器27、板28组成；
移动控制组件：主要由接收机23、解码器25、数传模块22与控制器26组成；
所述控制器包含以下模块：
信号获取模块：获取路径行进信号、位置信号以及远程控制信号；
运动控制模块：控制动力组件的运行；
水泵控制模块：控制水泵的运行。
各部分及组件的信号线、电线一端连接各部分及组件，另一端在外壳组件上部通过束线管19汇集、固定，最终进入外壳组件顶端所述电子元件盒1，与所述控制器26相连。
本发明提供了操作本水体垃圾清理机器人的具体控制方法，包含以下步骤：
一、手动遥控模式：
步骤1：将泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人缓缓放入水中，保持泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人整体稳定；
步骤2：用遥控器控制动力组件的螺旋浆和梯形舵片，使泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人移动至工作水域，关闭动力组件，打开遥控器上控制水泵的旋钮开始抽水，并收集垃圾，至清理完毕后重新启动动力组件，移动至下一工作水域；
步骤3：控制泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人停靠至岸边，关闭水泵和动力组件，打开桶盖，将夹子取下，取出桶内收容袋，倒出垃圾，清洗收集袋，重新放入桶内。
二、自主巡航模式
步骤1：设置起始的位置，即泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人返回点的位置；
步骤2：输入航路点及等待时间，等待时间即为在航路点停留并工作的时间；
步骤3：将泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人缓缓放入水中，保持机器人整体稳定；
步骤4：待泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人停靠至返回点，打开桶盖，将钩子取下，取出桶内收容袋，倒出垃圾，清洗收集袋，重新放入桶内。
本发明摒弃了传统垃圾清扫机器人毛刷、吸口等结构或水体垃圾清扫船采用的履带结构，采用泵吸过滤的方法，更加适应水体垃圾清扫与油污处理的要求，解决了部分垃圾、油污无法被吸取、处理和垃圾缠绕在履带上的问题；并增加了动力组件，开发了手动遥控操控和自动巡航两种模式。既可以可通过遥控器操纵在水体自由移动，也可以类似陆地扫地机器人实现水面自主巡航收集垃圾，解决了传统清扫机器人工作区域小、效率低、对水域环境要求高的问题。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (7)
1.一种泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人，其特征在于，包括：外壳组件、动力组件、垃圾收集组件、抽水排水组件、浮力调节组件；
外壳组件外部设置有动力组件、垃圾收集组件、浮力调节组件、动力组件；
外壳组件底部设置有抽水排水组件；
所述外壳组件包括桶体(10)、桶盖(20)；当桶盖(20)打开时，外壳组件外部的水体能够通过桶体(10)顶部开口进入桶体(10)，经垃圾收集组件后，在抽水排水组件的驱动下排出桶体(10)；
动力组件提供移动能力；
浮力调节组件调节桶体(10)在水体中的深度，使得外部的水体能够通过桶体(10)顶部开口进入桶体(10)；
所述桶体(10)主体的上端侧壁留有进水口和垃圾通道(3)，两侧设置把手(2)，所述把手(2)用于支撑外壳组件顶部的桶盖(20)；
所述抽水排水组件包括分水器(12)、直角出水弯头(13)、橡胶软管(14)、水泵(15)；
水泵(15)固定在桶底，水泵(15)的出水口连接所述分水器(12)，所述分水器(12)通过所述橡胶软管(14)将水导至多个所述直角出水弯头(13)，通过直角出水弯头(13)将水排出；
所述浮力调节组件包括浮力材料体(4)和软绳；
浮力材料体(4)通过软绳固定在桶体(10)外，用于调节桶体(10)受到的浮力以保持平衡并使进垃圾通道下沿略低于或平齐水体，从而使垃圾能够进入桶体(10)内；
桶盖(20)上安装有电子元件盒(1)；在电子元件盒(1)内设置有GPS模块(21)、数传模块(22)、接收器(23)、电池(24)、解码器(25)、控制器(26)、继电器(27)、控制板(28)；
在遥控器操控模式下，所述接收器(23)将来自遥控器的信号送至所述解码器(25)解码后，传输到所述控制器(26)；所述控制器(26)通过运动控制模块控制所述动力组件的螺旋桨(17)和梯形舵片(9)的工作状态；
在自主巡航模式下，所述控制器(26)通过所述数传模块(22)与计算机相连，借助所述GPS模块(21)的定位，接收计算机发送的指令，从而控制所述动力组件的螺旋桨(17)和梯形舵片(9)的工作状态。
2.根据权利要求1所述的泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人，其特征在于，所述动力组件包括螺旋桨组件、舵组件；
舵组件包括舵组件连接杆(5)、L型亚克力板(6)、舵机(7)、铝板(8)、梯形舵片(9)；其中所述舵组件连接杆(5)位于所述铝板(8)上，控制所述梯形舵片(9)的转动，以调节移动方向；所述L型亚克力板(6)通过螺丝钉固定在桶体(10)上，并为所述铝板(8)提供支撑；
桨组件包括螺旋桨(17)和电调；螺旋桨(17)安装在桶体(10)的外部。
3.根据权利要求1所述的泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人，其特征在于，所述垃圾收集组件包括夹子(18)和收集袋(16)；
所述收集袋(16)上为网袋，将垃圾留在袋内而将水滤出；
所述收集袋(16)通过夹子(18)安装在桶体(10)的桶口处。
4.根据权利要求1所述的泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人，其特征在于，还包括环形防波板(11)，其中，环形防波板(11)通过阻拦抽水排水组件的直角出水弯头(13)排出的水。
5.根据权利要求1所述的泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人，其特征在于，所述控制板(28)预先写入了控制所述抽水排水组件的水泵(15)开关的指令代码，并与控制器连接；
在遥控模式下，所述接收器(23)接收到的来自遥控器发出的指令通过解码器(25)解码，发送给所述控制板(28)，随后所述控制板(28)根据写入的代码判断所述解码器(25)发送的信号并向所述继电器(27)发送相应的信号，控制所述水泵(15)开关；
自主巡航模式下，所述控制器(26)替代了遥控器，所述控制器(26)借助所述GPS模块(21)定位，在到达指定地点后，对所述控制板(28)发出指令，完成开关水泵(15)的操作。
6.一种权利要求1至5中任一项所述的泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
准备工作步骤：将外壳组件主体部分置于水下，使进入垃圾通道的下沿稍低于或平齐于水体；
开始工作步骤：采用遥控模式或者自主巡航模式；在所述遥控模式中，通过遥控器，控制运动组件和水泵打开，开始运动并收集垃圾；在所述自主巡航模式中，通过计算机提前规划路线，完成后将泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人放入预定水域中；
收集垃圾步骤：将泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人停靠至岸边，关闭水泵和运动组件，打开桶盖，取出桶体内收容袋，把收容袋的袋内垃圾处理后，清洗和修理收容袋，再装回到桶体内；其中，在自主巡航模式下计算机将自动停靠并关闭。
7.根据权利要求6所述的泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人的控制方法，其特征在于，在所述遥控模式中，还包括：用遥控器控制动力组件的螺旋浆和梯形舵片，使泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人移动至工作水域，关闭动力组件，打开遥控器上控制水泵的旋钮开始抽水，并收集垃圾，至清理完毕后重新启动动力组件，移动至下一工作水域；
在所述自主巡航模式中，还包括：设置起始的位置，即泵吸过滤式水体垃圾清理智能机器人返回点的位置；输入航路点及等待时间，等待时间即为在航路点停留并工作的时间。
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