一种智能双翼明轮式漂浮垃圾打捞船及其控制方法

1.本发明涉及漂浮垃圾打捞技术，特别是涉及一种智能双翼明轮式漂浮垃圾打捞船及其控制方法。


背景技术：

2.随着人类社会的快速发展，在日常生活中，人们生产的垃圾越来越多，其中有不少随着水流汇集到大大小的江河湖泊中。再者随着人们生活水平的提高，还有人类大量使用农药或者将工厂未经处理的污水直接排放到水里，江河湖泊里长满了各种各样的水草。如果这些垃圾不打捞，会导致水质进一步恶化，生态环境破坏等各种问题。为此每年人们需要花费大量的人力物力来打捞漂浮垃圾，但人工打捞存在效率低且危险系数大的缺陷。
3.如中国专利cn202010749390.8所公开的“一种污水处理用漂浮垃圾打捞装置”，其中涉及污水处理技术领域，具体包括两个安装架，两个所述安装架之间固定安装有输送壳体，且输送壳体的端部固定安装有排料管，所述输送壳体的另一端固定安装有主驱动电机。其通过打捞斗机构将废水中的漂浮物兜起，在旋转时上方时通过重力作用漂浮物落入到进料孔槽的内部，即可通过旋转的推送桨叶向排料管方向推送，达到对污水中漂浮物的打捞净化作用，但是其旋转方向不会给船提供动力反而会有一个向后的作用力因此需要使用螺旋桨等为其提供动力，同时其无法根据水面的高度自由调整打捞斗机构的距离水面的高度，适用性差。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的一个目的是提供一种智能双翼明轮式漂浮垃圾打捞船，可以通过自身的打捞系统为整个船体提供前进的动力，并能自动控制打捞系统的升降。
5.本发明的另一个目的是提供一种智能双翼明轮式漂浮垃圾打捞船的控制方法。
6.技术方案：本发明的一种智能双翼明轮式漂浮垃圾打捞船，包括双翼式船体、垃圾智能识别系统和明轮式垃圾打捞系统，双翼式船体包括两侧的双翼以及中部的船身，垃圾智能识别系统安装在双翼式船体上，用于识别垃圾位置信息并进行分析处理后制定航行路线，然后将航行路线传递给明轮式垃圾打捞系统；明轮式垃圾打捞系统有两组，分别安装在双翼式船体的左右两翼的下面，根据航行路线控制船体的航行方向，进行打捞识别的垃圾，明轮式垃圾打捞系统为整个船体提供前进的动力，并通过左右两翼的明轮叶扇差速实现船体的转向。
7.优选的，双翼式船体中部的船身为中空结构，船身的中后部安装有可更换式垃圾仓，用于存储明轮式垃圾打捞系统打捞的垃圾。
8.优选的，垃圾智能识别系统包括摄像头和控制器，摄像头安装在船身的首端，控制器安装在船身内部，摄像头用于实时采集水面的垃圾位置信息，并传递给控制器，控制器对垃圾位置信息进行分析处理后制定航行路线。
9.优选的，明轮式垃圾打捞系统包括动力机构、垃圾输送机构、空心主轴和垃圾打捞
机构，其中：
10.空心主轴为侧壁设有槽口的圆筒，其一端侧壁设有法兰盘，法兰盘内侧固定安装有凸轮，带法兰盘的一端通过液压推杆吊装在双翼式船体的双翼下面；空心主轴带有法兰盘的一端口与双翼式船体的垃圾仓连通；
11.垃圾打捞机构包括明轮叶扇、滑盖和滑轮，明轮叶扇包括圆盘和多个带有舱室的叶扇，多个叶扇圆形阵列排布，且同一端均固定在圆盘上，叶扇舱室靠近空心主轴的一侧开有垃圾输出口，顶部设有垃圾打捞口，叶扇舱室顶部两侧设有滑轨，滑盖设置在滑轨内，明轮叶扇套设在空心主轴上，其中，带圆盘的一端远离空心主轴带法兰盘的一端，滑盖靠近凸轮的一侧设有滑轮，并通过滑轮在滑轨内滑动，同时，滑轮与凸轮滚动连接，在滑盖安装滑轮的同一侧安装有弹簧，弹簧的另一端固定在明轮叶扇舱室的根部；
12.动力机构带动垃圾输送机构转动，垃圾输送机构带动明轮叶扇绕空心主轴旋转，明轮叶扇打捞的垃圾传输至空心主轴内，然后随着垃圾输送机构传送到双翼式船体的垃圾仓内。
13.优选的，垃圾输送机构包括螺旋传动轴和链轮，螺旋传动轴安装在空心主轴的内部，其远离空心主轴法兰盘的一端与空心主轴通过轴承连接，同一端与明轮叶扇的圆盘转动连接，并通过液压推杆与双翼式船体的双翼连接；螺旋传动轴的另一端与链轮连接，链轮与动力机构连接。
14.优选的，螺旋传动轴通过其一端的花键与明轮叶扇圆盘上的花键孔配合连接。
15.优选的，螺旋传动轴通过键与链轮连接。
16.优选的，动力机构包括电机、电机输出端链轮和链条，电机安装在双翼式船体上，依次通过电机输出端链轮和链条与螺旋传动轴连接。
17.优选的，该垃圾打捞船还包括太阳能光伏发电板，其安装在双翼式船体的顶部，用于太阳能发电为船体提供清洁能源。
18.本发明的一种智能双翼明轮式漂浮垃圾打捞船的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
19.s1、智能垃圾识别系统将检测识别的垃圾位置信息进行分析处理，并自动规划打捞船航行路线，然后发送控制信号给明轮式垃圾打捞系统；
20.s2、明轮式垃圾打捞系统带动打捞船按照航行路线航行，并最终驶向需要打捞的垃圾；
21.s3：当垃圾到达双翼式船体的左右两侧时，开始打捞垃圾，并循环以下步骤：
22.(1)当明轮叶扇的其中一叶扇转动到凸轮凹陷处时，该叶扇的滑盖在滑轮和弹簧作用下随着明轮叶扇的转动打开；
23.(2)当该叶扇处的凸轮开始向外凸时，其滑盖会在凸轮和弹簧的共同作用下渐渐关闭，在此过程中，明轮叶扇逐渐没入水中，在内外压差的作用下，水和垃圾一起进入明轮叶扇的舱室内；
24.(3)该叶扇进一步转动，此时其滑盖会在凸轮的作用下完全闭合，防止吸入的垃圾随水流出去；该叶扇转过180度后水就会从布满网洞的滑盖中流出来；
25.(4)当该叶扇再转过90度时，此时叶扇舱室内的垃圾会因重力的作用从一侧的垃圾输出口掉落到空心主轴的槽口中，随着叶扇的转动又会开始下一个循环；
26.(5)空心主轴内的垃圾会跟随空心主轴内的螺旋传动轴传送到双翼式船体的垃圾仓内；
27.s4：当垃圾仓内的垃圾收集满时垃圾打捞船就会自动靠岸将垃圾仓进行更换；
28.如此重复以上步骤。
29.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点有：(1)利用分布在双翼式船体两侧的明轮式垃圾打捞系统实现垃圾的打捞工作，明轮叶扇利用一个空腔淹入水中时的内外压力差将垃圾吸入到明轮的垃圾存放空间内，明轮叶扇在转动过程中也为垃圾打捞船提供了前进的动力，进一步节约了能源；(2)智能双翼明轮式漂浮垃圾打捞船设置有垃圾智能识别系统，其安装在双翼式船体的头部，可以通过视觉识别系统自动识别垃圾从而进一步规划漂浮垃圾打捞船的航行路线，进而实现打捞水面任意位置的垃圾；(3)整套明轮式垃圾打捞系统依靠一套液压系统悬挂在双翼式船体上，随着垃圾仓内的垃圾变多船体的重量就会增加水位上升，为了使明轮式打捞系统正常工作，液压系统就会使明轮式垃圾打捞系统上移；同理当水位线下降时液压系统也会将明轮式垃圾打捞系统下降到相应的位置，提高了打捞船的适用性与实用性；(4)为了更好的利用能源将双翼式船体的顶部设计成了一块较大的平面并在上面安装了太阳能光伏板利用太阳能为其提供动力。为了使垃圾船能够不间断的工作，本发明设计了一款可以更换的垃圾仓，当垃圾装满时只能垃圾船就会自动靠岸将垃圾仓更换，从而提高了垃圾打捞船的工作效率。
附图说明
30.图1是本发明的轴侧图；
31.图2是本发明的垃圾仓侧轴侧图；
32.图3是本发明仰视半剖图；
33.图4是本发明明轮式垃圾打捞系统的轴侧图；
34.图5是本发明空心主轴及其内部螺旋传动轴的轴侧图；
35.图6是本发明螺旋传动轴的轴侧图；
36.图7是本发明明轮扇叶的轴侧图；
37.图8是本发明滑盖和滑轮配合的轴侧图；
38.图9是本发明明轮式垃圾打捞系统的正视剖视图；
39.图10是本发明螺旋传动轴与空心主轴装配的剖视图；
40.图11是本发明明轮式垃圾打捞系统的剖视图；
41.图12是本发明滑盖打开的运动轨迹图；
42.图13是本发明滑盖关闭的运动轨迹图；
43.图14是本发明滑盖关闭状态的轴侧图；
44.图15是本发明将凹槽内的垃圾倒入空心主轴内的轴侧图；
45.图中：双翼式船体-1，垃圾智能识别系统-2，摄像头-21，明轮式垃圾打捞系统-3，太阳能光伏发电板-4，垃圾仓-5，液压推杆-6，空心主轴-31，法兰盘-311，凸轮-312，电机-32，电机输出端链轮-33，链条-34，螺旋传动轴-35，花键-351，链轮-36，明轮叶扇-37，圆盘-371，花键孔-3711，叶扇-372，固定盖板-3722，滑轨-3723，滑盖-38，滑轮-381，弹簧-382，轴承-39。
具体实施方式
46.下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
49.如图1、图2所示，本发明的一种智能双翼明轮式漂浮垃圾打捞船，包含双翼式船体1、垃圾智能识别系统2、明轮式垃圾打捞系统3以及太阳能光伏发电板4。双翼式船体1为本发明的主体部分，双翼式结构可以将前方的垃圾尽可能多的收集并集中在两翼，整体结构采用流线型可以减小水的阻力，双翼式船体包括两侧的双翼以及中部的船身，船身为中空结构可以提供浮力并为收集垃圾提供空间。垃圾智能识别系统2包括摄像头21和控制器，摄像头21安装在船身的首端以便拥有宽广的视野，用于实时采集水面的垃圾位置信息，控制器安装在船身内部用作接收摄像头采集的垃圾位置信息，并作处理分析后制定航行路线，然后将指令发送给明轮式垃圾打捞系统3。明轮式垃圾打捞系统3有两组，分别安装在双翼式船体1的左右两翼下面，以便收集经过船体两翼的垃圾，在收集垃圾的同时明轮式垃圾打捞系统3也为整个船体提供了前进的动力，通过左右两翼的明轮叶扇差速亦可实现船体的转向，根据航行路线控制船体的航行方向，进行打捞识别的垃圾。太阳能光伏发电板4安装在双翼式船体1的顶部，可以利用船体顶部的广大区域进行太阳能发电为船体提供清洁能源。垃圾仓5安装在双翼式船体船身的中后部，用于存储明轮式垃圾打捞系统打捞的垃圾；本发明的垃圾仓5采用可更换式的设计，当垃圾仓5内的垃圾收集满时垃圾打捞船就会自动靠岸，岸边的基站有配套的设施可以将垃圾仓5进行更换。
50.如图3至图11所示，明轮式垃圾打捞系统3通过液压推杆6吊装在装在双翼式船体1的双翼下面，靠近船身的一端设有两根液压推杆6，另一端设有一根液压推杆6；明轮式垃圾打捞系统3正常工作时，明轮式垃圾打捞系统3的中心与水面齐平，在收集垃圾的过程中，双翼式船体的重量会不断增加，这时船体就会向下沉，明轮式垃圾打捞系统3也会随之向下沉，为了使明轮式垃圾打捞系统3能够正常工作，液压推杆6会缩回将明轮式垃圾打捞系统3提升从而使其达到正常工作高度。明轮式垃圾打捞系统3包括动力机构、垃圾输送机构、空心主轴31和垃圾打捞机构；动力机构包括电机32、电机输出端链轮33和链条34，电机32安装在双翼式船体1上，依次通过电机输出端链轮33和链条34与垃圾输送机构连接；垃圾输送机构包括螺旋传动轴35和链轮36，垃圾打捞机构包括明轮叶扇37、滑盖38和滑轮381；空心主轴31为侧壁设有槽口的空心圆筒，其一端侧壁设有法兰盘311，法兰盘内侧固定安装有凸轮312，凸轮上有一凹陷处，用于控制滑盖的开合，安装凸轮时，需要根据滑盖的打开和关闭位置来确定凸轮凹陷处所在位置；空心主轴31带法兰盘的一端通过两根液压推杆6吊装在双翼式船体1的双翼下面，且空心主轴31带有法兰盘311的一端口与双翼式船体1的垃圾仓5连通；明轮叶扇37包括圆盘371和多个带有舱室的叶扇372，多个叶扇圆形阵列排布，且同一端均固定在圆盘上，明轮叶扇37套设在空心主轴31上，其中，带圆盘371的一端远离空心主轴31带法兰盘的一端；本实施例中叶扇由六个，圆盘中心设有一个花键孔3711，叶扇舱室用于
打捞垃圾，暂时存放水和垃圾，其上有布满网洞的固定盖板3722，舱室靠近空心主轴的一侧开有垃圾输出口，顶部设有垃圾打捞口，凹槽顶部两侧设有滑轨3723，滑盖38设置在滑轨3723内，滑盖38靠近凸轮312的一侧设有滑轮381，并通过滑轮381在滑轨3723内滑动，同时，滑轮381与凸轮312滚动连接，安装滑轮381的目的是让滑盖38成为滑动从动件与凸轮312配合，在滑盖38安装滑轮的同一侧安装有弹簧382，弹簧382的另一端安装在明轮叶扇舱室的根部如图9所示，可以给滑盖提供一个预紧力，使滑轮381始终紧贴着凸轮312，从而在明轮叶扇转动过程中滑盖可以随着凸轮的凹凸打开或闭合垃圾打捞口，用于打捞并暂时存放垃圾。螺旋传动轴35安装在空心主轴31的内部，如图7所示，其远离空心主轴法兰盘的一端与空心主轴通过轴承39连接，故螺旋传动轴可在空心主轴中转动，同一端设有与明轮叶扇圆盘上的花键孔3711配合的花键351，并通过液压推杆6与双翼式船体1的双翼连接；螺旋传动轴35的另一端通过键352与链轮36连接，链轮36再通过链条34与电机输出端链轮连接，将电机的动力传递到螺旋传动轴上，螺旋传动轴35通过花键351安装在明轮叶扇圆盘上的花键孔3711内，并带动明轮叶扇37一起绕空心主轴31转动，如图8所示，同时，螺旋传动轴35在转动的过程中将明轮叶扇37倒入空心主轴31内的垃圾传送到双翼式船体的垃圾仓5内。
51.打捞垃圾时，处于凸轮最凹陷处的叶扇，该叶扇的滑盖上的滑轮随着明轮叶扇的转动逐渐滚向凸轮的凸出处，故叶扇由打开到渐渐关闭；在此过程中，叶扇逐渐没入水中，并在内外压差的作用下，水和垃圾一起进入叶扇的舱室内；随着明轮叶扇的进一步转动，该叶扇到达凸轮的最凸处，其滑盖在凸轮和滑轮的作用下完全闭合，该叶扇转过180度后水就会从布满网洞的滑盖中流出来；当该叶扇再转过90度时，此时该叶扇舱室内的垃圾会因重力的作用从一侧的垃圾输出口掉落到空心主轴的槽口中，随着明轮的转动又会开始下一个循环；同时，空心主轴内的垃圾随着螺旋传动轴的旋转传送到双翼式船体的垃圾仓内。
52.一种智能双翼明轮式漂浮垃圾打捞船的控制方法，包含如下步骤：
53.s1：摄像头实时采集水面的垃圾位置信息，并将垃圾位置信息传递给控制器，控制器对垃圾位置信息进行分析处理后会自动规划路线，制定出打捞船航行路线，并发送控制信号给电机；
54.s2：电机带动螺旋传动轴和明轮叶扇转动，在叶扇与水的相互作用下船体就会向前移动，并按照打捞船航行路线进行航行，最终驶向需要打捞的垃圾；
55.s3：当垃圾到达双翼式船体的左右两侧时，开始打捞垃圾，并循环如下步骤：
56.(1)如图12所示，以处于凸轮开始下凹是的明轮叶扇说明。该叶扇的滑盖在弹簧作用下随着明轮叶扇的转动逐渐打开；
57.(2)如图13所示，当该叶扇转过最凹处开始向外凸时，其滑盖会在凸轮和滑轮的共同作用下渐渐关闭；在此过程中，该叶扇逐渐没入水中，在没入水的过程中，在内外的压差的作用下，水和垃圾一起进入叶扇的舱室内；
58.(3)如图14所示，该叶扇进一步转动，转到凸轮的最凸处时，其滑盖会在凸轮和滑盖的作用下完全闭合，防止吸入的垃圾随水流出去；该叶扇再转过180度后水就会从布满网洞的滑盖中流出来；
59.(4)如图15所示，当该叶扇再转过90度时，此时该叶扇舱室内的垃圾会因重力的作用从一侧的垃圾输出口掉落到空心主轴的槽口中，随着明轮叶扇的转动又会开始下一个循环；
60.(5)空心主轴内的垃圾会跟随空心主轴内的螺旋传动轴传送到双翼式船体的垃圾仓内；
61.随着打捞垃圾的增多船体会有下沉，为了保证明轮叶扇中心还在水位线上，这时控制器会控制液压推杆将明轮式垃圾打捞系统向上提升，从而达到新的水位线。
62.s4：当垃圾仓内的垃圾收集满时垃圾打捞船就会自动靠岸将垃圾仓进行更换；
63.如此重复以上步。