一种智能巡航式水面垃圾收集装置的制作方法

本发明涉及一种智能巡航式水面垃圾收集装置，属于巡航式的水面垃圾处理仪器领域。

背景技术：

在我国经济飞速发展的过程中,水资源的保护也逐渐成为当下研究热点。尤其是近年来旅游行业飞速发展，在许多的港口、河流、湖泊等水域，普遍存在着景区垃圾难以处理的问题。如何有效地解决水面垃圾污染问题，是人类的生存环境的可持续开发利用中的重要环节。因此，研发高效的清理水面垃圾技术是当下水环境保护中不可或缺的一个环节。

对于现有的水面垃圾的清理技术，目前基本采用的是人工驾驶机械船只、人工遥控垃圾收集装置这两大类方法进行打捞。现今也有用一些智能水上航行机器进行打捞的尝试，例如专利号201810606733.8的一种水面漂浮垃圾收集机器人，该专利技术可以实现对水面死角垃圾的处理，但由于打捞原理过于复杂、制作成本过于高昂而难以得到推广和长期运用。而人工驾驶机械船只进行打捞的方法虽然操作设备简单易得，但该方法有不少限制，在小型的河流、港口的死角处，经常会存在水面较窄或水深较浅的区域，搭载打捞人员的船只难以通过，导致打捞困难；同时，在一些污染十分严重的水域，工作环境过于恶劣，并不适合由人前往打捞；同时，一般来讲，对于需要及时打捞垃圾以维持美观的景观湖和河流，人工打捞大大地影响了景区环境的美观程度，不利于旅游行业的发展。而人工遥控式的垃圾收集装置，如专利号为201721542792.0一种水面漂浮垃圾收集装置的，虽然这类装置与搭载打捞人员的船只相比体积较小，可以处理垃圾存在的死角区，但在水面这样复杂多变的环境中进行的定点打捞工作，人工遥控的效率过低。综上，对水面垃圾的清理，不论是人工直接打捞，还是遥控打捞这两种现存的普遍使用的方式。不仅有清理难度较大、综合成本较高的问题,而且通常来讲无法高效地帮助解决在台风大雨季节频发的水葫芦等日益严重的地域性大型水域污染问题。

针对以上情况，对景区河流等场所的水面垃圾清理、日益频发的水域富营养化导致的水草泛滥问题，亟需提出一种清理效率高、灵活机动的巡航式智能水面垃圾收集装置。

技术实现要素：

本发明提供一种智能巡航式水面垃圾收集装置，清理效率高且灵活机动，其在具体使用过程中操作方便，可以实现全自动化的水上航行路线选择、无死角式的水面垃圾收集。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种智能巡航式水面垃圾收集装置，包括垃圾收集装置本体，其顶部开设进水口，垃圾收集器布设在垃圾收集装置本体内，用于收集由进水口处进入垃圾收集装置本体内部的垃圾；

沉降装置用于实现垃圾收集装置本体位于水下高度的调整；

动力推进装置用于实现在巡航路线制定后推进垃圾收集装置本体在水中的前行；

感应装置，其用于探测垃圾收集装置本体内垃圾的收集程度以及巡航路线的选择；

还包括控制装置，其通过控制处理器与沉降装置、动力推进装置和感应装置相连通，实现对三者的信号接收与指令发送；

作为本发明的进一步优选，前述的垃圾收集器包括垃圾滤网，其开口处与进水口连通，

垃圾滤网底部通过进水管道与油污分离器相连通，油污分离器同时与水泵相连通，排水管道与水泵相连通，且排水管道伸出垃圾收集装置本体形成排水口；

前述的沉降装置包括安装在垃圾收集装置本体底部的树脂气囊，其与布设在垃圾收集装置本体内部的气泵相连通，排气管道与气泵相连通，且排气管道伸出垃圾收集装置本体接入空气；

前述的动力推进装置包括至少一个安装在垃圾收集装置本体侧壁上的螺旋桨，其通过电机直驱实现垃圾收集装置本体的前行；

前述的感应装置包括在垃圾收集装置本体内部靠近底部的位置安装的投入式液位传感器、对称安装在进水口处的两个第一超声波传感器以及安装在垃圾滤网开口处的第二超声波传感器；

前述的控制装置包括安装在垃圾收集装置本体内部的控制板，其上设有微控制器，分别与投入式液位传感器、第一超声波传感器以及第二超声波传感器相连通，微控制器同时与水泵、气泵相连通，

还包括电池，其分别与控制板、电机相连通；

作为本发明的进一步优选，前述的垃圾收集装置本体的装置外壳呈圆柱状结构，其内部通过装置分隔板将内腔分成两部分，与进水口相邻的内腔部分布设垃圾收集器，另一个内腔部分内布设水泵、气泵、油污分离器、控制板以及电池，

至少一个螺旋桨沿着垃圾收集装置本体的圆周外表面均匀布设，且每个螺旋桨均通过电机直驱连通；

作为本发明的进一步优选，前述的垃圾收集装置本体还包括布设在其内底部的配重块，电池外部套设电池防水外壳；

作为本发明的进一步优选，前述的微控制器为stm32f103微控制器。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本垃圾收集装置本体为机器处理，可替代现今垃圾处理行业普遍存在的人工处理垃圾模式，根据所使用的液位传感器，本装置在垃圾收集满时可以自动返航，仅需要人工清洁滤网。此小型的智能处理装置与传统的人工处理模式相比，既节省了大量的人力资源，而且使用的综合成本较低；

本垃圾收集装置本体结构简单，基本组成仅由小型变频水泵、液位传感器、超声波传感器、滤网等构成，组成简单，制作简便，成本较低；

本垃圾收集装置本体体积较小，能够完成水面死角的处理，有利于水面垃圾的彻底清理；

本垃圾收集装置本体在收集过程中无需人工控制，在水面污染爆发时，可以用于清理水面藻类等污染源而不需要担心打捞人员的健康状况，有利于水环境污染的治理。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的整体结构剖视图；

图2是本发明的优选实施例的整体结构正视图；

图3是本发明的优选实施例的以水泵为动力的垃圾收集装置本体结构示图；

图4是本发明的优选实施例的沉降装置进行沉降控制时的系统运行图；

图5是本发明的优选实施例的沉降装置进行沉降控制时装置运行进水口截面细节图；

图6是本发明的优选实施例的主体结构原理示意图。

图中：1为进水口，2为垃圾滤网，3为排水口，4为水泵，5为装置外壳，6为装置分隔板，7为电池，8为油污分离器，9为气泵，10为树脂气囊，11为螺旋桨，12为控制板，13为投入式液位传感器，14为第一超声波传感器，15为配重块，16为电池防水外壳，17为第二超声波传感器。

具体实施方式

现在结合附图对本发明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发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-图5所示，本发明包括以下特征部件：1为进水口，2为垃圾滤网，3为排水口，4为水泵，5为装置外壳，6为装置分隔板，7为电池，8为油污分离器，9为气泵，10为树脂气囊，11为螺旋桨，12为控制板，13为投入式液位传感器，14为第一超声波传感器，15为配重块，16为电池防水外壳，17为第二超声波传感器。

本发明的一种智能巡航式水面垃圾收集装置，包括垃圾收集装置本体，其顶部开设进水口，垃圾收集器布设在垃圾收集装置本体内，用于收集由进水口处进入垃圾收集装置本体内部的垃圾；

沉降装置用于实现垃圾收集装置本体位于水下高度的调整；

动力推进装置用于实现在巡航路线制定后推进垃圾收集装置本体在水中的前行；

感应装置，其用于探测垃圾收集装置本体内垃圾的收集程度以及巡航路线的选择；

还包括控制装置，其通过控制处理器与沉降装置、动力推进装置和感应装置相连通，实现对三者的信号接收与指令发送；

作为本发明的进一步优选，前述的垃圾收集器包括垃圾滤网，其开口处与进水口连通，

垃圾滤网底部通过进水管道与油污分离器相连通，油污分离器同时与水泵相连通，排水管道与水泵相连通，且排水管道伸出垃圾收集装置本体形成排水口；

前述的沉降装置包括安装在垃圾收集装置本体底部的树脂气囊，其与布设在垃圾收集装置本体内部的气泵相连通，排气管道与气泵相连通，且排气管道伸出垃圾收集装置本体接入空气；

前述的动力推进装置包括至少一个安装在垃圾收集装置本体侧壁上的螺旋桨，其通过电机直驱实现垃圾收集装置本体的前行；

前述的感应装置包括在垃圾收集装置本体内部靠近底部的位置安装的投入式液位传感器、对称安装在进水口处的两个第一超声波传感器以及安装在垃圾滤网开口处的第二超声波传感器；

前述的控制装置包括安装在垃圾收集装置本体内部的控制板，其上设有微控制器，分别与投入式液位传感器、第一超声波传感器以及第二超声波传感器相连通，微控制器同时与水泵、气泵相连通，

还包括电池，其分别与控制板、电机相连通；

作为本发明的进一步优选，前述的垃圾收集装置本体的装置外壳呈圆柱状结构，其内部通过装置分隔板将内腔分成两部分，与进水口相邻的内腔部分布设垃圾收集器，另一个内腔部分内布设水泵、气泵、油污分离器、控制板以及电池，

至少一个螺旋桨沿着垃圾收集装置本体的圆周外表面均匀布设，且每个螺旋桨均通过电机直驱连通；

作为本发明的进一步优选，前述的垃圾收集装置本体还包括布设在其内底部的配重块，电池外部套设电池防水外壳；

作为本发明的进一步优选，前述的微控制器为stm32f103微控制器。

图1所示，作为本发明的优选实施例，由垃圾收集器、沉降装置、动力推进装置、感应装置以及控制装置组成，图6所示，为本发明的优选实施例的主体结构原理示意图；

垃圾收集器包括垃圾滤网，其开口处与进水口连通，垃圾滤网底部通过进水管道与油污分离器相连通，油污分离器同时与水泵相连通，排水管道与水泵相连通，且排水管道伸出垃圾收集装置本体形成排水口；

以水泵为动力，在水泵工作的推动下，垃圾收集装置本体周围漂浮有垃圾的水流会以恒定的流速进入垃圾收集器，流经滤网时，完成垃圾的拦截，剩余的水经过油污分离装置到达水泵，最终，经过垃圾过滤的水会流经水泵，通过排水口再次排入周围的水体中。

沉降装置包括安装在垃圾收集装置本体底部的树脂气囊，其与布设在垃圾收集装置本体内部的气泵相连通，排气管道与气泵相连通，且排气管道伸出垃圾收集装置本体接入空气；也就是说，沉降装置以投入式液位传感器为基础，通过气泵调节来实现。

动力推进装置包括至少一个安装在垃圾收集装置本体侧壁上的螺旋桨，以螺旋桨为动力装置，通过对水下动力的分布的详细计算和试验，合理优化布局来确定螺旋桨的最佳分布位置；螺旋桨采用电机直驱并减少了变速机构，降低推进系统所占空间。

控制装置以微控制器、投入式液位传感器、第一超声波传感器以及第二超声波传感器为基本框架，由stm32f103微控制器将接收到的第一超声波传感器、第二超声波传感器和投入式液位变送器传回的数据进行处理，根据事先编写好的程序进行判断，向推进系统、水泵驱动器、气囊驱动器等发出指令，实现相关功能。

投入式液位传感器、气泵和水泵同时还作为紧急情况防止沉降系统，在垃圾收集装置本体内部靠近底部的位置安装的投入式液位传感器，实时测量垃圾收集装置内的水位，将测量数据传回微控制器处理。

感应装置包括在垃圾收集装置本体内部靠近底部的位置安装的投入式液位传感器、对称安装在进水口处的两个第一超声波传感器以及安装在垃圾滤网开口处的第二超声波传感器；第一超声波传感器和第二超声波传感器时时监测垃圾堆积的位置，将数据传回微控制器处理；当两组超声波传感器感受到垃圾已经堆积满时，接受到信号的处理系统会控制装置返航接受滤网的清理以便投入下一次工作；

同时航行路线选择系统也是以第一超声波传感器及第二超声波传感器控制。

电池为多组锂电池构成，采用串联方式为水泵、气泵、以及螺旋桨供电。

如图3所示，该垃圾收集装置本体刚入水时，尚未被启动进入工作阶段时，整个装置的水平最高点远远高于水面；当触发启动后，安装在垃圾收集装置本体底部的树脂气囊，气泵通过与外界空气相连的排气管道排出空气，使得树脂气囊自身体积减小，图4所示，原本浮于水面的本装置所受浮力减小从而装置下沉至水面之下，同时，安装在垃圾收集装置本体底部的投入式液位传感器实时收集水面与垃圾收集装置本体边缘形成的水位差高度，通过将所得数据传回微控制器处理，根据事先设置的阈值，配合气泵的收缩调节使得水面与装置边缘的水面差固定，从而装置整体获得一稳定的进流流量。

在正常工作时如图2所示，水面垃圾随着水流流入装置通过进水口而进入垃圾收集器，此时工作的水泵将水从垃圾收集装置中吸走，水经过油污分离装置到达水泵，最后通过与外界水体相连的排水管道排出，而垃圾则被截留在收集器表面的垃圾滤网上；当装在垃圾收集器边缘的第二超声波探测器感应到垃圾已经将满，则将此信号传回控制器，从而整个垃圾收集装置本体自动返航等待清理垃圾滤网进行下一轮工作。

正常工作时，通过航行路线选择系统选择清理路线。采取从整个水域逐片扫描的方式，从出发位置直线运动，清扫水面垃圾，遇到障碍或者检测到岸边时，向侧方移动，继续沿直线清扫邻近区域垃圾，通过螺旋桨来实现整个装置的航行。

在紧急情况下，由投入式液位传感器、气泵、水泵组成的紧急情况防止沉降系统将发挥作用。将投入式液位传感器放置在垃圾收集装置本体底部实时测量垃圾收集装置内的水位，将测量数据传回控制装置的微控制器处理；将实验确定的不同的水位和流量作为程序内水位控制的阈值；传感器传回的数据与阈值比较后确定排水泵和气泵的不同工作模式，通过微控制器输出不同信号驱动水泵驱动器输出不同功率，来实现流水与进水的动平衡。紧急情况下，水泵和气泵功率均开到最大确保装置不会沉没。

本申请对垃圾收集装置、巡航动力装置、控制装置等机械结构进行设计，能在狭小或较浅且有水草分布的水域自行搜寻垃圾所在处以进行高效的垃圾定点收集，并能自动感知垃圾已收集满从而自行返回指定地点倾倒垃圾并再次投入定点垃圾清理工作，实现水上航行、垃圾收集的全智能化；同时该装置合理选择设计了感应和控制系统，具有成本低廉、便于推广的特点。

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。

以上述依据本发明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发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明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。