一种水面漂浮垃圾智能清理系统

1.本实用新型涉及水上垃圾打捞领域，尤其涉及一种水面漂浮垃圾智能清理系统。


背景技术：

2.当今社会，人们生产在不断发展，生活也不断进步。而人类社会的发展与进步离不开对大自然的依赖。人与自然的和谐共存是人类生活的永远主题。由于人们对环境的保护意识差，治理力度不够，以及大范围的使用塑料袋，产生了许多环境污染问题，特别是水污染问题。不论是海洋还是淡水湖泊，以及河道，常常在水面上漂浮着各种垃圾。严重影响水质量以及生态环境。因此，对水污染的治理与防护就尤其重要。
3.目前，对水面漂浮垃圾的处理一般是透过人工打捞和机械打捞。人工打捞费时费力，效率低，并且对人员安全也有很大影响。机械打捞包括人工操控打捞和全自动打捞。人工操控打捞受天气和外界环境影响较大，需要人为控制打捞装置，而且受人员限制，使用范围小。而全自动打捞的装置相当复杂，对水面漂浮垃圾的识别仍有欠缺，无法精确识别水面垃圾，进行精确打捞，从而降低打捞效率，增大打捞成本。
4.故，本实用新型旨在提供一种能精确识别水面漂浮垃圾、使用便捷、打捞效率高的垃圾打捞船。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种水面漂浮垃圾智能清理系统，可以有效解决上述问题。
6.本实用新型是这样实现的：一种水面漂浮垃圾智能清理系统，包括：
7.船体，其内放置有垃圾收集箱；
8.垃圾识别组件，由立杆固定在所述收集箱后端，所述立杆上端依次设有立杆转盘、检测模组以及探照灯；其中，所述检测模组包括双目相机、面阵激光雷达以及图像处理单元，所述双目相机用于获取水面的彩色图像和深度图像，所述面阵激光雷达用于获取水面的雷达图像，所述图像处理单元用于根据所述彩色图像、所述深度图像以及所述雷达图像获取水面物体的位置，以及判断水面物体是垃圾还是障碍物；
9.打捞组件，用于根据垃圾的位置打捞垃圾并将垃圾放置于所述垃圾收集箱。
10.作为进一步改进的，所述船体的尾部两侧设有螺旋桨。
11.作为进一步改进的，所述收集箱上方设置有向后端开启的盖子，所述盖子后端一侧设有盖子驱动机；所述收集箱顶端两侧边和后边分别设有吊钩孔。
12.作为进一步改进的，所述打捞组件设置在所述收集箱的前端，包含打捞转盘、支撑臂、打捞臂、打捞滤网、打捞臂驱动器以及打捞转盘驱动器；所述打捞转盘通过支撑臂连接有打捞臂，所述打捞臂前端连接有打捞滤网，后端连接有打捞臂驱动器；所述打捞转盘上设有打捞转盘驱动器；所述打捞臂依次分为支撑段、旋转段以及伸缩段；所述旋转段可在所述支撑段旋转，所述伸缩段可在所述旋转段内伸缩。
13.作为进一步改进的，进一步包含固定于所述船体后端一侧的信息组件，所述信息
组件包含气象模块、通讯模块以及定位模块。
14.作为进一步改进的，所述立杆分为上杆和下杆，所述上杆可在下端内伸缩，所述下杆上设有转动铰。
15.作为进一步改进的，所述船体的后端一侧设有缆绳桩。
16.作为进一步改进的，所述船体的外侧面设有距离传感器。
17.作为进一步改进的，进一步包括船体控制系统，用于控制船体运动，并进一步用于控制所述垃圾识别组件和所述打捞组件协作，从而实现水面垃圾打捞；以及包括用于控制所述水面漂浮垃圾智能清理系统的陆上远程控制系统。
18.本实用新型的有益效果是：
19.其一：本实用新型中的水面漂浮垃圾智能清理系统包含船体、垃圾识别组件、打捞组件以及船体控制系统，船体内设有可拆卸的收集箱，垃圾识别组件中的立杆、立杆转盘可实现水平面360
°
的转动，从而带动检测模组和探照灯转动，通过立杆可调节检测模组和探照灯竖直方向的转动；从而全方位的识别检测水面漂浮垃圾；打捞组件中打捞转盘可实现水平面360
°
的转动，打捞转盘驱动器驱动支撑臂，从而传动打捞臂在竖直方向内转动；在打捞臂驱动器的驱动下，打捞臂实现自动转动和纵向伸缩；打捞组件可以实现三个转动自由度和一个伸缩自由度，极为灵巧的多维度进行垃圾打捞操作。通过垃圾识别组件中检测模组，可获取水面的彩色图像和深度图像以及雷达图像，精确判断垃圾所在位置，同时能够精确判断水面物体是垃圾还是障碍物，通过打捞组件精确进行水上漂浮垃圾的打捞，提升垃圾打捞的准确度和打捞效率。
20.其二：本实用新型中的收集箱设有盖子，通过控制盖子驱动机去控制盖子的开合，从而控制在垃圾满载时，或者不打捞垃圾时可以及时盖合盖子；并且本实用新型中的收集箱可以从船体内吊出，收集箱的上端侧边设置有三个吊钩孔，便于吊起收集箱，进行倾倒垃圾。
21.其三：本实用新型中的船体的四围侧壁上分别设置有距离传感器，用于检测船体与周围障碍物的距离，以及便于船体自主靠岸停泊；避免了船体系统在打捞垃圾或者行进过程中触碰障碍物，造成船体系统的损坏，提升船体系统的安全性。
22.其四：本实用新型设置有信息组件，其包含气象模块、通讯模块以及定位模块，气象模块用于检测气象条件，通过气相模块可以实时获取外界环境气相条件，从而判断是否继续适合水面打捞作业；通讯模块用于船体控制系统与陆上远程控制系统的远程通讯、传输数据、控制指令；定位模块用于对船体控制系统进行实时的定位，使操控平台可以精确确定系统的坐标方位；通过设置信息组件，可以有效保证智能清理系统的不同垃圾打捞模式，增大船体系统的打捞环境适用性，提高使用范围。
23.其五：本实用新型的水面垃圾的智能清理系统包含自主运行模式、定点清理模式以及人工遥控模式，通过设置多种清理垃圾的模式，便于适应不同作业环境的打捞需要，有效提升打捞作业的适用性，不受作业人员限制，适用性广，使用范围广；配合垃圾识别组件和打捞组件的共同作用，双目相机、激光雷达以及陀螺仪获取水面彩色图像、深度图像以及雷达图像，进而得到水面漂浮垃圾的具体分布方位，精确判断漂浮物体的是垃圾还是障碍物；通过对水面垃圾的精确识别，提高垃圾识别度，有效直接的进行垃圾打捞，提高打捞效率高，节约时间。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1是本实用新型实施例提供的一种水面漂浮垃圾智能清理系统的结构示意图。
26.图2是本实用新型实施例提供的一种水面漂浮垃圾智能清理系统的主视示意图。
27.图3是根据图2的左视示意图。
28.图4是根据图2的后视示意图。
29.图5是根据图2的右视示意图。
30.图6是本实用新型实施例提供的一种水面漂浮垃圾智能清理系统的垃圾识别组件结构示意图。
31.图7是本实用新型实施例提供的一种水面漂浮垃圾智能清理系统的打捞组件结构示意图。
32.图8是本实用新型实施例提供的一种水面漂浮垃圾智能清理系统的收集箱拆分示意图。
33.图9是本实用新型实施例提供的一种水面漂浮垃圾智能清理系统垃圾识别流程图。
34.图中附图标识为：
35.1.船体；11.收集箱；12.盖子；13.盖子驱动机；
36.14.缆绳桩；15.距离传感器；16.吊钩孔；
37.2.垃圾识别组件；21.立杆；211.上杆；212.下杆；213.转动铰；
38.22.拉杆转盘；23.检测模组；24.探照灯；
39.3.打捞组件；31.打捞转盘；32.支撑臂；
40.33.打捞臂；331.支撑段；332旋转段；333.伸缩段；34.打捞滤网；
41.35.打捞臂驱动器；36.打捞转盘驱动器；
42.4.信息组件；
43.5.螺旋桨。
具体实施方式
44.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。
45.在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的
特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
46.实施例1
47.参照图1～5所示，本实用新型实施例提供了一种水面漂浮垃圾智能清理系统，包括：
48.船体1，其内放置有垃圾收集箱11；所述收集箱11上方设置有向后端开启的盖子12，所述盖子12后端一侧设有盖子驱动机13；所述收集箱11顶端两侧边和后边分别设有吊钩孔16。
49.具体的，本实施例中船体1的中间开设有空腔，用于放置收集垃圾的收集箱11。收集箱11的上方设有用于盖合收集箱11的盖子12，盖子12的末端铰接于船体1，并从船体1的前端向后端开启，便于前端的打捞组件3将垃圾打捞进入收集箱11。收集箱11的后端一侧设有盖子驱动机13，盖子驱动机13用于开合盖子12，同时可以检测并控制盖子12的开合角度，便于调节盖子12。收集箱11的后侧壁和左右侧壁垂直设置，前侧壁倾斜设置，便于垃圾从前侧壁倾倒出来。如图8所示，在收集箱11的顶端两侧边和后边分别设置了吊钩孔16，当船体1行进至岸边时，可使用吊机挂住吊钩孔16，将收集箱11整体吊起，从而将其中的垃圾倒入收集站。
50.垃圾识别组件2，由立杆21固定在所述收集箱11后端，所述立杆21上端依次设有立杆转盘22、检测模组23以及探照灯24；其中，所述检测模组23包括双目相机、面阵激光雷达以及图像处理单元，所述双目相机用于获取水面的彩色图像和深度图像，所述面阵激光雷达用于获取水面的雷达图像，所述图像处理单元用于根据所述彩色图像、所述深度图像以及所述雷达图像获取水面物体的位置，以及判断水面物体是垃圾还是障碍物。
51.所述立杆21分为上杆211和下杆212，所述上杆211可在下端212内伸缩，所述下杆212上设有转动铰213。
52.具体的，如图6所示，垃圾识别组件2用于采集水面的影像信息，检测水面上垃圾的位置，以及判断是障碍物还是需要打捞的垃圾。垃圾识别组件2由下部的立杆21固定在收集箱11的后端。立杆分为上杆211和下杆212。上杆211可以在下杆212内上下伸缩，以便调整垃圾识别组件2的高度；同时，下杆212上设置有转动铰213，如图6所示，通过转动铰213可以调节立杆21在垂直范围内转动，从而调节垃圾识别组件2在垂直范围内的角度，为垃圾识别组件2提供更大范围的识别角度。在拉杆21的顶端从下往上依次设置有拉杆转盘22、检测模组23以及探照灯24。拉杆转盘22可带动上方检测模组23和探照灯24实现水平范围内360
°
的转动，为检测模组23和探照灯24提供360
°
的水平可视角度。通过设置转动铰213和拉杆转盘22，使垃圾识别组件2能提供最大限度的进行水面垃圾搜寻。
53.探照灯24用于照明，便于为检测模组提供充足的光线，使得在阴天或夜间作业不受光线影响。检测模组23用于采集水面影像信息，检测垃圾。检测模组23包含双目相机、激光雷达、陀螺仪。双目相机可以得到彩色图像、深度图像信息。相比于单目相机，双目相机可以有效识别垃圾的距离。激光雷达可以获得水面雷达图像，陀螺仪可以在图形采集时维持图像的稳定，防止由于船体1的晃动而影响获得的图像质量，以便得到更稳定清晰的图像画面。
54.打捞组件3，用于根据垃圾的位置打捞垃圾并将垃圾放置于所述垃圾收集箱11；所
述打捞组件3设置在所述收集箱11的前端，包含打捞转盘31、支撑臂32、打捞臂33、打捞滤网34、打捞臂驱动器35以及打捞转盘驱动器36；所述打捞转盘31通过支撑臂32连接有打捞臂33，所述打捞臂33前端连接有打捞滤网34，后端连接有打捞臂驱动器35；所述打捞转盘31上设有打捞转盘驱动器36；所述打捞臂33依次分为支撑段331、旋转段332以及伸缩段333；所述旋转段332可在所述支撑段331旋转，所述伸缩段333可在所述旋转段332内伸缩。
55.具体的，如图7所示，对于打捞组件3，打捞组件3可以有效便捷精准地进行垃圾的打捞。打捞组件3包含打捞转盘31、支撑臂32、打捞臂33、打捞滤网34、打捞臂驱动器35以及打捞转盘驱动器36。打捞转盘31上设置有打捞转盘驱动器36，可以实现打捞转盘31在水平面内360
°
的转动。本实施例中分为左右两侧支撑臂32，支撑臂32的底部均固定在打捞转盘31上，支撑臂32的上部均转动连接有打捞臂33的末端。支撑臂32内设置有传动机构，在打捞转盘驱动器36的传动作用下，使打捞臂33可以在支撑臂32内转动，并带动打捞臂33前端的打捞滤网34转动，从而实现打捞臂33在垂直方向转动。
56.打捞臂33依次分为支撑段331、旋转段332、伸缩段333。打捞臂33的末端通过支撑段331连接有打捞臂驱动器35,前端通过伸缩段333连接有打捞滤网34。打捞臂驱动器35里面封装有驱动电机和传动机构，从而实现旋转段332在支撑段331内转动，调整打捞滤网34的打捞角度；伸缩段333在旋转段332内伸缩，调整打捞滤网34的打捞范围。本实施例中的打捞组件可以实现三个转动自由度和一个伸缩自由度。
57.进一步的，所述船体1的尾部两侧设有螺旋桨5。本实施例中设置两个螺旋桨5，螺旋桨5设置在船体1的尾部两侧，螺旋桨5用于推进船体1的行进。可通过调整左右两侧螺旋桨5的转速，使两侧螺旋桨5具有不同的转动速度，从而调整船体1的转动方向。
58.进一步的，还包含固定于所述船体1后端一侧的信息组件4，所述信息组件4包含气象模块、通讯模块以及定位模块。
59.具体的，气象模块用于检测气象条件，比如风向、风速、气压、湿度、温度、光照强度以及紫外线强度等。通过气相模块可以实时获取外界环境气相条件，从而判断是否继续适合水面打捞作业，以及调整船体1的行进速度；并且识别光线条件，判断是否需要调用探照灯24等。
60.通讯模块用于船体控制系统与陆上远程控制系统的远程通讯、传输数据、控制指令。通讯模块可向陆上发送打捞信号，实现陆上远程控制系统与船体控制系统的实时联系。
61.定位模块用于对船体控制系统进行实时的定位，使操控平台可以精确确定系统的坐标方位。通过地位模块获取系统的具体地理方位，得到系统与陆上的行进距离，从而判断系统电池组的电量是否能够返航。得知系统的具体方位，便于调整系统的打捞作业位置。
62.进一步的，所述船体1的后端一侧设有缆绳桩14。设置缆绳桩14便于在不使用系统打捞垃圾时，可用缆绳将其固定在岸边。缆绳桩14的顶端设有外凸的卡帽，用于卡住缆绳，防止缆绳脱落。
63.进一步的，所述船体1的外侧面设有距离传感器15。具体的，距离传感器15用于检测与周围障碍物的距离，从而避免船体1与水面上的障碍物发生碰撞，损坏船体系统。同时，在船体1靠岸时，也可以用于调整船体1距离，便于自主靠岸。本实施例中的距离传感器15可以为光学距离传感器、红外距离传感器以及超声波距离传感器中的任意一种。本实施例中，在船体1的左右侧面各设置3个距离传感器15，前侧面设置1个距离传感器15，后侧面设置2
个距离传感器15，总共设置9个距离传感器15，以便在船体1的四围都可以检测障碍物。
64.进一步的，还包括船体控制系统，用于控制船体1运动，并进一步用于控制所述垃圾识别组件2和所述打捞组件3协作，从而实现水面垃圾打捞；以及包括用于控制所述水面漂浮垃圾智能清理系统的陆上远程控制系统。
65.陆上远程控制系统包含了信号接收模块、指令控制器以及信号发送模块。信号接收模块用于接收船体控制系统发送的船体1位置信息、水面情况、收集箱垃圾装载情况、船体1内电池组的电量情况等。指令控制器用于接收陆上操作人员输入的指令。信号发送模块将指令控制器的控制指令发送到船体控制系统中，从而驱动垃圾识别组件2进行垃圾识别，驱动打捞组件3进行垃圾打捞。
66.实施例2
67.本实施例提供一种水面漂浮垃圾智能清理系统的控制方法，所述控制方法中的垃圾识别打捞包含如下步骤：
68.s1，通过双目相机获取水面彩色图像，使用图像处理单元分析所述彩色图像，得到水面波纹图，进而判断水面物体处的异常波纹，通过所述异常波纹位置得到所述水面物体的分布位置；
69.s2，通过双目相机和面阵激光雷达分别获取水面深度图像和雷达图像，使用所述图像处理单元分析所述深度图像和所述雷达图像，判断所述水面物体浮于水面高度大于第一高度时为障碍物，否则为垃圾；
70.s3，如是垃圾则由船体控制系统驱动打捞组件进行垃圾打捞，如是障碍物则避开，继续行进。
71.具体的，本实施例中，双目相机可以获得水面彩色图像和深度图像，激光雷达可以获得水面雷达图像。当图像处理单元进行图像处理时，先将双目相机获取的彩色图像灰度化处理，得到清晰的水面波纹图。当有水面漂浮物体时，水面的波纹则会出现异样，通过判断水面物体处的异常波纹所在位置，从而判断水面物体的位置。水面物体的位置指水上物体的所在方位，从而得到水面物体与打捞组件3的距离。紧接着，图像处理单元会进行深度图像和雷达图像的处理。通过双目相机和激光雷达获取的深度图像以及雷达图像，判断水面物体浮于水面高度是否大于第一高度，如果大于第一高度则判断为障碍物，例如船舶、码头岸边、海洋浮标等。定义所述第一高度为5cm，则当水面物体浮出水面高度大于5cm时为障碍物，否则为垃圾。如是垃圾，则船体控制系统会驱动打捞组件3，完成水面漂浮垃圾的打捞。通过检测模组23中双目相机、激光雷达以及陀螺仪的搭配使用，可以精确获取水面物体的具体方位，并精确获得水面物体是垃圾还是障碍物。双目相机和激光雷达的搭配使用可明显提高检测模组23的识别精度，陀螺仪的使用可以提高双目相机和激光雷达的获取图像时的稳定性。
72.基于上述控制方法，本实施例提供了如下垃圾打捞模式：
73.自主运行模式：水面漂浮垃圾智能清理系统自主巡游、自主识别检测并打捞垃圾；
74.定点清理模式：由操作人员通过陆上远程控制系统发送位置信息至水面漂浮垃圾智能清理系统，水面漂浮垃圾智能清理系统自主巡游至目标位置，并自主识别检测和打捞垃圾；
75.人工遥控模式：由操作人员通过陆上远程控制系统实时操控水面漂浮垃圾智能清
理系统，识别并完成垃圾打捞。
76.本实施例提供多种垃圾打捞模式，适合不同打捞条件，提高智能打捞系统的适用性，适于推广使用。
77.以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。