一种混合动力水面清洁机器人的制作方法
【专利说明】一种混合动力水面清洁机器人
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于机器人领域，尤其涉及一种混合动力水面清洁机器人。
[0003]
【背景技术】
[0004]水资源是全球生命支持系统的基本组成部分，是资源的宝库。随着世界经济的高速发展，水源污染日益严重，环境问题也越来越引起了世界上各个国家的高度重视。为了水资源生态保护，江河、湖泊、水库等水面的清洁工作变得越来越迫切。
[0005]人工清洁水面污染物会耗费较多的人力物力，还有部分地区使用大型船，这类船只虽然功能全面，但价格昂贵，需要大量的专业人才操作及维护。另外这类船只一般都使用燃油动力，其本身对水质有一定的污染。并且大船开动时对水面波动很大，污染物会聚集到水侧边缘，影响清理难度。
[0006]专利201410144574.6公开了一种清洁机器人，其仅使用电池供电，导致工作环境受到制约。公开号为CN204154337U的中国实用新型专利公开了一种单船体，同样是使用太阳能供电，从而在遇到阴雨天就不能长时间连续作业了。因此，目前迫切需要开发一种同时利用风能、太阳能及汽油三种可互补能源的，并且能够自主导航和自主收集的水面清洁机器人。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够实现全天候、高可靠性、效率高，且能够自主到达设置地点后自动化作业的混合动力水面清洁机器人。
[0009]本发明所采用的技术方案是:
一种混合动力水面清洁机器人，包括电动船，所述电动船上设有螺旋桨、锚定装置、导航系统、电子罗盘和中央控制箱，所述电动船的两侧外表面平铺有用于收集太阳能并将其转化为电能的太阳能电池板，所述电动船上端固设有半环形支撑架，所述半环形支撑架的下方悬挂有风力发电机;所述电动船的船舱内固设有汽油发电机;所述太阳能电池板、风力发电机和汽油发电机的输出端均通过混合动力控制器与锂电池连接而对其充电，所述锂电池的输出端通过多路开关电源与螺旋桨连接进行供电;所述半环形支撑架的顶端分别固定设有避障检测装置和传输天线;所述电动船的前端设有水面垃圾收集传输装置，电动船的后端挂接有垃圾储存箱体。
[0010]进一步方案，所述电动船是由两个船形舱体和连接两个船形舱体的船骨架组成，所述半环形支撑架的两底端分别固定在两个船形舱体上。
[0011 ]进一步方案，所述的水面垃圾收集传输装置包括设在倾斜设置在两个滚筒之间的传送带，所述传送带的外表面固设有抓斗，所述船骨架中间固设有支撑架，所述两个滚筒分别固设在所述船骨架的前端和支撑架的顶端;所述垃圾储存箱体架设在位于水面垃圾收集传输装置另一端的船骨架上。
[0012]进一步方案，所述混合动力控制器、锂电池、多路开关电源、中央控制箱均架设于船形舱体上。
[0013]进一步方案，所述避障检测装置包括用于避障碍物的激光雷达、视频摄像机、声光报警器和水下声纳;所述激光雷达、视频摄像机、声光报警器和水下声纳的输出端均与所述的中央控制箱进行电连接，所述中央控制箱的输出端分别与螺旋桨、锚定装置、垃圾收集传输装置进行电连接;所述视频摄像机采集水面视频并通过中央控制箱进行图像处理，然后驱动电动船到达垃圾水域使垃圾收集传输装置完成清洁工作。
[0014]进一步方案，所述自主导航控制系统包括固设于半环形支撑架顶端的传输天线，所述传输天线包括GPS传输天线和GPRS传输天线，所述GPS传输天线的输出端通过GPS卫星定位传感器与所述中央控制箱连接;所述GPRS传输天线的输出端通过GPRS无线数传模块与中央控制箱连接;所述中央控制箱的输入端与电子罗盘连接，用于对电动船的行驶方向进行识别。
[0015]进一步方案，所述混合动力控制器是由电源控制器LWSLAM-400W-12V和电源逆变器CARMAER-500W组成，电源控制器LWSLAM-400W-12V分别将太阳能电池板、风力发电机和汽油发电机所产生的交流电转换成直流电，再通过电源逆变器CARMAER-500W转换成交流电。
[0016]本发明中的中央控制箱、电子罗盘、锚定装置均是电动船自带已知设备，其结构与工作原理是已知。锚定装置包括船锚、船锚绞车、绞车电机、减速器，电机转动时通过减速器驱动船锚绞车转动，实现所述船锚的起降。
[0017]混合动力控制器为已知产品，是由电源控制器LWSLAM-400W-12V、电源逆变器CARMAER-500W构成。其中电源控制器将风力发电机和太阳能发电机、汽油发电机输出的交流电转换为直流电，同时起到稳压和变压的作用，电源控制器还有显示剩余电量的功能；电源逆变器将直流电转变为交流电的功能；汽油发电机型号为0N0FF-3000W，当能源不足时，补充能源。
[0018]风力发电机是现有已知产品，是将风能转换为机械功，机械功再带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。其由叶片、机头、转体、尾翼组成，叶片用来接受风力并通过机头转为电能;机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能。
[0019]汽油发电机是现有已知产品，以汽油为燃料，以汽油机为原动力驱动发电机运转，将汽油的化学能转化为电能的动力机械。其由汽油机、发电机、控制箱、燃油箱、保护装置等组成。汽油机气缸内燃料通过复杂的物理化学变化，对活塞做功带动曲轴旋转；同时驱动同轴安装的发电机转子，利用“电磁感应”原理，发电机输出感应电动势，经闭合负载回路产生电流。
[0020]水面垃圾收集传输装置是将电能转化为机械能，电动机控制滚筒转动带动传送带匀速转动，通过固定在传送带上的抓斗实现传输的装置。抓斗通过传送带的输送收集垃圾并传送到船体尾部的垃圾存储箱体中。
[0021]激光雷达是以激光为工作光束的雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。它是由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送给中央控制器来驱动船体避开障碍物。
[0022]视频摄像机采集视频并通过中央控制器对视频图像进行处理，将采集到的水面垃圾自动识别信号通过控制所述驱动装置完成清理，对于没有垃圾的水域不再清理，可节约會bi。
[0023]水下声纳即声纳探测仪是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的探测设备。
[0024]GPS传输天线将卫星信号通过GPS卫星定位传感器传输给中央控制器，确定当前电动船的位置坐标；同时GPRS传输天线接收人工远程控制指令，并将控制指令通过GPRS无线数传模块传输给中央控制器，确定其航行的目的地;再通过电子罗盘确定出电动船的当前方向传输给中央控制器。中央控制器分别获取GPS经玮度坐标信号、控制指令信号和电子罗盘指示的电动船当前行驶方向信号，通过处理运算，即可根据预先巡航规划设定的路线，实时驱动电动船进行自主巡航并清洁水面的目的。
[0025]本发明中的水面清洁机器人的供电电源是通过风力发电机、汽油发电机、太阳能电池板收集风能和太阳能并通过混合动力控制器将其转化为电能，储存在锂电池中，锂电池输出的电源经多路开关电源的转换、降压等功能后再分别按需提供给螺旋桨、GPS卫星定位传感器、中央控制器、电子罗盘、激光雷达、视频摄像机、水面垃圾收集传输装置等工作元器件做工作电源，用来驱动并控制水面清洁机器人行驶，通过垃圾收集传输装置实现水面清洁功能。
[0026]本发明的有益效果是:
1、本发明采用风能、太阳能及汽油做为燃料提供混合动力供水面清洁机器人提供工作能量，充分利用风能和太阳能的自然清洁能源，同时汽油发电机保证所述混合动力水面机器人能够不受阴雨天气或高负荷工作影响，全天候工作，提高垃圾清洁效率。
[0027]2、本发明通过避障检测装置和锚定装置能够实现自动避障，通过自主导航控制系统和水面垃圾收集装置实现水面垃圾识别和驱动收集，可实现水面垃圾定点清洁或区域清洁，远程监管，从而可保证工作人员的人身安全，减少人员的投入，降低人工成本。
[0028]
【附图说明】
[0029]图1是本发明的结构示意图。
[0030]图2是本发明的后视不意图。
[0031]图3是本发明的电路原理框图。
[0032]图中:1-风力发电机，2-太阳能电池板，3-电动船，3-1船形舱体、3-2船骨架，4_半环形支撑架，5-避障检测装置，5-1激光雷达，5-2视频摄像机，5-3声光报警器，5-4水下声纳，6-传输天线，6-1-GPS传输天线、6-2-GPRS传输天线，7-螺旋桨，8-导航系统，9-混合动力控制器，10-锂电池，11-多路开关电源，12-6?3卫星定位传感器，13-6?1?无线数传模块，14-电子罗盘，15-中央控制箱，16-锚定装置，17-水面垃圾收集传输装置，17-1抓斗，17_2传送带，17-3支撑架，17-4滚筒，18-垃圾储存箱体，19-汽油发电机。
[0033]
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0035]如图1、2所示，一种混合动力水面清洁机器人，包括电动船3，所述电动船3上设有螺旋桨7、锚定装置16、