基于凸轮连杆机构的近海漂浮物自动收集装置

本发明属于海洋漂浮物打捞清理，涉及一种基于凸轮连杆机构的近海漂浮物自动收集装置。

背景技术：

1、随着海洋经济快速发展和海洋生物生存环境日益恶化，近海漂浮物引发的环境污染问题日益凸显。现有的近海漂浮物收集主要靠人工或垃圾船处理，耗能高、效率低，应用较为局限。

2、例如遂宁市吉庆船舶制造有限公司研发的环保垃圾清运船(专利授权号cn216003005u)采用在船体尾部设有垃圾清运结构收集漂浮垃圾，但是该结构只能在较广的开阔水域使用，设备体量大，能耗高，对近海漂浮物收集适应性不足。

3、近年来，研发新型的水上漂浮物自动收集器一直是近海漂浮物打捞清理的研究重点。传统收集器大多采用蜗杆传动机构，设备噪声大、能量利用率不高，且体积较大，不便于推广。为此，江汉大学(专利授权号cn217128177u)提出了一种水域漂浮物收集装置，利用钩爪将水面漂浮物捕获，再使用粉碎装置将漂浮物粉碎后收集。然而，该方法仍属于传统的机械抓捕式收集，存在收集效率低，难以收集较小漂浮物以及不能在较窄水域使用的局限性。

4、另外，中国长江电力股份有限公司(专利授权号cn215593939u)提出的水面漂浮物收集装置使用转辊带动传输带，并借助传输带上的推板将水面漂浮物收集，但是带传动存在能量传输效率低，装置笨重，不易携带的问题。

技术实现思路

1、为克服上述相关技术中的缺陷，本发明提供一种基于凸轮连杆机构的近海漂浮物自动收集装置，可以高效、便捷地对复杂环境下近海漂浮物进行收集。

2、为实现上述技术目的，本发明所提供的一种基于凸轮连杆机构的近海漂浮物自动收集装置。所述的基于凸轮连杆机构的近海漂浮物自动收集装置包括：基座、内桶、排水构件和动力构件。其中，基座至少包括开口向上的外桶，所述外桶下部设置有排水口。内桶活动设置于所述外桶中，且所述内桶具有沿其轴向上往复运行的趋势，所述内桶下部设置有与所述外桶连通的小孔。排水构件固定于所述外桶上，所述排水构件与所述排水口连通，且所述排水构件上设置有出水口，所述排水构件被配置为吸收所述外桶内的液体并排放至所述近海漂浮物自动收集装置的外部。动力构件与所述基座固定连接，所述动力构件还与所述内桶和所述排水构件固定连接，所述动力构件被配置为驱动所述内桶在竖直方向上运行，以及驱动所述排水构件动作。

3、其中，所述排水构件包括：导流阀、外挡板和储水囊。导流阀为板状结构，所述导流阀与所述内桶固定连接，所述导流阀被配置为随所述内桶上升后，将所述排水口导通，且所述导流阀随所述内桶下降后，将所述排水口截止。外挡板为板状结构，所述外挡板的一端与所述外桶外壁上部铰接，所述外挡板的另一端与连杆机构铰接，所述连杆机构与所述动力构件铰接，且所述外挡板的另一端在所述连杆机构的驱动下，绕所述外挡板和所述外桶铰接位置处转动，使所述外挡板的另一端接近或远离外桶。储水囊设置于所述外挡板和所述外桶之间，且所述储水囊分别与所述外挡板和所述外桶固定连接，所述储水囊与所述排水口连通，所述储水囊上还设置有通孔。

4、优选地，所述基座还包括底盘，所述底盘设置于所述外桶正下方，且所述底盘与所述外桶之间通过多个直杆固定连接。

5、所述动力构件包括：输出件、圆柱凸轮和第一驱动盘。其中，所述输出件与所述基座固定连接。所述圆柱凸轮外侧壁上设置有第一轮廓曲线槽，且所述输出件的输出轴与所述圆柱凸轮同轴固定连接。第一驱动盘为环形件，所述第一驱动盘内侧固定有第一刚性滚子，所述第一驱动盘上设置有多个第一约束通孔，且所述多个第一约束通孔与所述多个直杆一一对应，所述第一驱动盘套装于所述圆柱凸轮外侧，且所述第一刚性滚子活动设置于所述第一轮廓曲线槽内，每个第一约束通孔内活动设置有一个直杆，所述第一驱动盘与所述内桶相固定。

6、优选地，所述第一轮廓曲线槽包括：第一段曲线槽、第二段曲线槽、第三段曲线槽和第四段曲线槽。其中，第一段曲线槽设置于所述圆柱凸轮外侧壁上且位于水平面内的开口槽。第二段曲线槽设置于所述圆柱凸轮外侧壁上且位于水平面内的开口槽，所述第二段曲线槽高于所述第一段曲线槽。第三段曲线槽设置于所述圆柱凸轮外侧壁上的开口槽，且所述第一段曲线槽通过所述第三段曲线槽与所述第二段曲线槽连通。第四段曲线槽设置于所述圆柱凸轮外侧壁上的开口槽，且所述第一段曲线槽通过所述第三段曲线槽与所述第四段曲线槽连通；所述第三段曲线槽与所述第四段曲线槽至少关于一个竖直面对称。

7、优选地，所述圆柱凸轮外侧壁上还设置有第二轮廓曲线槽，所述第二轮廓曲线槽整体位于所述第一段曲线槽下方，且所述第二轮廓曲线槽的最低端和第二轮廓曲线槽的最高端在竖直方向上的距离，大于所述第一轮廓曲线槽的最低端和所述第一轮廓曲线槽的最高端在竖直方向上的距离。

8、所述第二轮廓曲线槽包括：第五段曲线槽和第六段曲线槽，其中，第五段曲线槽设置于所述圆柱凸轮的外侧壁上且位于水平面内的开口槽，且所述第五段曲线槽位于所述第一段曲线槽的正下方，所述第五段曲线槽的弧长与所述第一段曲线槽的弧长一致。第六段曲线槽设置于所述圆柱凸轮外侧壁上且与所述第五段曲线槽两端连通形成闭合回路，所述第六段曲线槽从曲面展开至平面上的形状为两个对称的抛物线状的开口槽。

9、所述动力构件还包括第二驱动盘。第二驱动盘为环形件，所述第二驱动盘内侧固定有第二刚性滚子，所述第二驱动盘上设置有多个第二约束通孔，且所述多个第二约束通孔与所述多个直杆一一对应，所述第二驱动盘套装于所述圆柱凸轮外侧，且所述第二刚性滚子活动设置于所述第二轮廓曲线槽内，每个第二约束通孔内活动设置有一个直杆。所述第一驱动盘和所述第二驱动盘均与所述连杆机构铰接；所述第二驱动盘被配置为向所述连杆机构提供运行动力。

10、优选地，所述连杆机构包括：第一连杆、第二连杆和第三连杆。其中，第一连杆为直杆结构，所述第一连杆一端与所述第一驱动盘铰接。第二连杆为直杆结构，所述第二连杆一端与所述第二驱动盘铰接。第三连杆为直杆结构，所述第三连杆的一端与所述第一连杆的另一端和所述第二连接的另一端铰接，所述第三连杆的另一端与所述外挡板的另一端铰接。

11、优选地，所述第一驱动盘运行行程与所述圆柱凸轮的转动角度之间满足如下公式：

12、

13、其中，为第一轮廓曲线槽的升角，为圆柱凸轮的转动角度，为第一轮廓曲线槽的槽宽，1为第一驱动盘的运行行程。

14、优选地，所述第二驱动盘运行行程与所述圆柱凸轮的转动角度之间满足如下公式：

15、

16、其中，为第二轮廓曲线槽的升角，为圆柱凸轮的转动角度，为第二轮廓曲线槽的槽宽，2为第二驱动盘的运行行程。

17、优选地，所述外桶包括聚氯乙烯或聚酰亚胺塑料，所述内桶包括聚氯乙烯或聚酰亚胺塑料。

18、优选地，所述近海漂浮物自动收集装置还包括控制器，所述控制器至少包括：微处理器和远程信号模块，所述微处理器与所述远程信号模块电连接，所述远程信号模块接收信号或上传信号。

19、优选地，所述圆柱凸轮还包括一端开口和其内部空腔，所述输出件设置于所述圆柱凸轮的内部空腔中。

20、本发明的有益效果在于：

21、第一、本发明采用基座和内桶配合的结构，通过基座调整整个装置在海水中的位置，即使外桶的开口处于海水中且靠近海水与空气交界位置处，便于内桶升降过程中，海水和漂浮物能够流入内桶以及海水可以自内桶中排出。

22、第二、本发明采用排水构件，可以为基座提供一定的浮力，便于内桶上升是，基座可以跟随上升一定距离，便于内桶中海水排出；以及为基座提供稳定的支撑力，可以减少风浪将整个装置打翻的情况发生。

23、第三、采用圆柱凸轮和连杆机构具有噪音小、能量利用率高、驱动方式简易的优点，能够有效克服蜗杆传动机构的缺点，可以通过调节电机功率和凸轮凹槽形状以适应不同复杂环境近海漂浮物收集。

24、本发明的内桶与外桶协同配合，且均具有过滤作用，可通过更换桶壁材料来控制过滤的漂浮物类型，且一次性过滤量大，短时间内可以完成大量的过滤工作，在大范围水域的收集工作中具有优势。

25、第五、本发明还具有节能，利于远程控制的特点，具有较大的适用范围和设计扩展能力，拥有广泛的应用前景。