一种具备浮动式打捞运输结构的水面垃圾清扫船的制作方法

本发明涉及水污染治理领域，具体涉及到一种具备浮动式打捞运输结构的水面垃圾清扫船。

背景技术：

目前美国、韩国和加拿大等国家均已研发出针对水面垃圾的清洁船。美国联合国际船舶公司(umi)研制的系列清扫船采用双体船型，配两套z型推进装置，主要功能是清理水面垃圾。加拿大的pelican公司研制的a系列1010型清扫船采用单体船型，具有清扫水面垃圾、油污水处理、曝气、消防四方面功能。韩国的“海洋清扫号”能在浅滩和港口进行垃圾清除作业，该船上装有臂长达20米的“多关节”抓铲，可打捞水深为15米的滩底沉积垃圾。船上的钩状收集机可用于搜集水中的渔网和渔具。船舱还可以容纳40吨垃圾，这些垃圾可被船载的宽体切割机切割分解。我国近年也研发出清漂1号、世纪之光等清洁船。清漂1号为三峡大坝量身打造，在大坝上游两三公里的范围内工作。船尾逆行接近漂浮物时，其垃圾收集板；30度角斜向伸入水面以下，让漂浮物顺着水势滚滚送入。漂浮物被；10多米长的金属传送网收紧，并随之不断上移，再被转移到水平传送带上，最后卸入集装箱内。而世纪之光主要用于黄浦江上的垃圾清理，该船是嵌入式控制电力推进清扫船，拥有起动、倒车和换挡，执行清捞、储存和装运水面垃圾的任务。但以上的清洁船均其体积较大不适于单人操作，对一些小型池塘和较窄分段河道等并不适用。

对于水面漂浮物的治理，目前已研制成功大型综合清污船等自动化水平比较高的水面固体垃圾收集机械，定时在宽广河道上巡航清污，但成本较高，不适合小面积作业。目前市场上也出现了一些机械智能化的水面垃圾收集设备。由于水域不同、垃圾种类不同及回收量的不同，形成了各种类型的水面垃圾收集船。现在市场上的水面垃圾收集船大都是大型船舶机械，主要用于大范围大面积水域垃圾的收集，其结构复杂，体积庞大，价格昂贵，而且需要专业人士操作，从而不能被广泛地应用于城市河道和风景区水域的垃圾收集作业。而城市河道和风景区的垃圾清理均为人工清理，但这种人工打捞水面垃圾的作业方式劳动强度较大、工作环境恶劣，效率也十分低下。我国研发的清漂1号、世纪之光等清洁船体积大，成本高，需要多人协同工作，对国内一些小型池塘和较窄分段河道等并不适用，且有的清洁船使用燃油驱动，消耗较大，对于垃圾较分散水域消耗极大，不符合节约能源的要求。

技术实现要素：

水面垃圾对经济发展已造成严重影响，如何有效清理已迫在眉睫。为了解决小型河流或湖泊水面垃圾污染问题，避免不必要的人力物力浪费，改善国内水面垃圾清理装备不高效不经济的问题，本发明设计的水面垃圾清理机器人适于于单人搬运和拆装；机器人设计有作业面积可调的结构，可实现聚集漂浮物、清扫漂浮物、节能航行等功能。实现水面垃圾清理的机械化与自动化，整个打捞过程无需人工参与，安全性好，效率高，很好的解决了小型河流湖泊水面垃圾污染的问题。本发明采用的方案具体如下：

一种具备浮动式打捞运输结构的水面垃圾清扫船，包括：

船体；

浮筒，安装在所述船体底部；

风力驱动装置，设置在船尾，所述风力驱动装置包括两个风机，该两个风机的吹扫方向具有夹角，且两个风机的转速均可单独调整；

打捞装置，设置在船头，所述打捞装置包括安装在船头两端的两个打捞板，所述两个打捞板之间形成一开口宽度向内逐步递减的打捞区，且所述打捞区的开口宽度可调；

运输装置，安装于船体上，所述运输装置包括传输履带以及配置在传输履带上的若干呈梳状的分隔板，所述运输装置的输入端伸入至打捞区内，输出端通过支架被抬升至在船体上方；

垃圾收集仓，设置在船体上并位于运输装置的输出端下方。

进一步的，所述浮筒由一个或多个橡皮筏组成，所述橡皮筏的截面为梯形，顶面宽度大于底面宽度；

所述橡皮筏与所述船体的接触面设置有龙骨，所述龙骨为环绕设置在橡皮筏顶面上的多根金属架，且在环状金属架围成的区域中设置有至少一根加固杆。

进一步的，所述风力驱动装置还包括有防护罩，所述防护罩底部两侧设置有卡接件，由所述卡接件将装有风机的防护罩安装在船尾；

所述防护罩具有底板和罩体，罩体倒扣在底板上，所述底板上设置有两个用于固定风机的风机架。

进一步的，两个风机分别位于自船头至船尾中心的连接线两侧，且各风机的吹扫方向与所述连接线之间的夹角相同；

所述两个风机与设置在船体内的远程控制模块相连，所述远程控制模块包括2.4g无线模块以及控制芯片。

进一步的，在船头的两侧对称设置有作业面积扩展装置，所述作业面积扩展装置包括作业面积扩展驱动电机和第一带轮装置；

各所述打捞板上设有打捞板支架，所述打捞板支架的后杆部通过花键管与船体上的花键铰接，花键通过第一带轮装置与作业面积扩展驱动电机相连接，通过所述作业面积扩展驱动电机来带动所述打捞板沿花键管为中心转动，以调节所述打捞区的开口宽度；

船头任意一侧设置有上下两个用于安装花键的花键轴承，花键管长度短于两个花键轴承之间的花键长度，且花键与花键管采用间隙配合，以使花键管能够沿着花键上下浮动；

所述打捞板支架上设有浮体。

进一步的，所述打捞装置还安装有复位检测机构，包括安装在打捞板支架侧边的距离传感器以及与其通过电路连接的控制单片机，且该控制单片机与所述作业面积扩展驱动电机相连；

所述距离传感器用于检测打捞板处于伸展位或向伸展位延展时是否碰撞到障碍物，若碰到障碍物发送复位信号至控制单片机，控制单片机接收到复位信号后会送控制信号至作业面积扩展驱动电机，由作业面积扩展驱动电机驱动船头两侧的打捞板缩回至收缩位。

进一步的，各所述打捞板为波浪形的网板；

所述垃圾收集仓内设置有网状过滤结构。

进一步的，所述传输履带由安装在船体上的运输装置驱动电机驱动而转动；

环形的传输履带所围成的区域内设置有链轮和从动轮，所述传输履带内侧设置有传动链条，所述链轮和从动轮通过传动链条实现联动，且从动轮通过第二带轮装置与所述运输装置驱动电机实现联动。

进一步的，所述船头还设置有升降装置，包括设立于船头的两侧的支撑架，所述支撑架之间固定有固定杆，所述运输装置收集垃圾的输入端两侧分别通过伸缩杆固定在所述固定杆下方，使运输装置收集的输入端能够上下浮动。

进一步的，所述伸缩杆设有若干伸缩套筒和/或浮动弹簧，一端固定在所述运输装置的输入端上，另一端固定在固定杆上。

本发明的创新之处在于：

1、采用浮动式的打捞运输装置的清扫结构，保证垃圾运输过程中的装置弹性，运输过程更加稳定，同时也延长了机器人的工作寿命；

2、采用风机作为水面航行动力，避免明轮装置在水中可能产生的材料腐蚀或运动中将水中较小体积、整体细长的垃圾如细线、水草等卷入动力装置带来的危险；

3、采用作业面积扩展装置，可实现水面垃圾清扫工作时对工作面积的控制；

4、在打捞装置安装以距离传感器的核心的复位检测机构，大大提高了水面垃圾清扫工作的柔性，更好的保护机器人的机械结构，减少了维修保养的费用；

5、采用遥控装置，可远程遥控进行水面清洁，保证清洁工作的可控性，降低了人工清扫的危险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种具备浮动式打捞运输结构的水面垃圾清扫船的立体图；

图2为水面垃圾清扫船的组装示意图；

图3为风力驱动装置的立体图；

图4a为打捞板的示意图；

图4b为打捞板最大开合角度的示意图；

图4c为花键与花键管配合部分的示意图；

图5为运输装置的示意图；

图6为浮动升降装置的示意图。

附图标记说明：

1船身；2风力驱动装置；3运输装置；4作业面积扩展装置；5打捞装置；7浮筒；8垃圾收集仓8；9安装耳；10连接耳；11龙骨；12风机；13风机安装架；14罩体；15金属顶棚；16卡接件；17打捞支架；18打捞板；19花键管；20花键；21传输履带；22分隔板；23挡板；24升降装置；25链轮；26传动链条；27第一带轮装置；28运输装置驱动电机；29第二带轮装置；30作业面积扩展驱动电机；31距离传感器；32固定杆；33伸缩杆；34浮动弹簧；35防护罩；36底板；37从动轮；38支撑架；39支架；40花键轴承；41浮体。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

现有的水面漂浮垃圾自动清洁装置体积较大，仅限于清洁大型湖泊或者边海洋区域，驱动装置多为汽油、柴油等，对环境污染也较为严重；而一些小型水面漂浮垃圾清理装置则需要人工清理，带来了极大的人力和物力的浪费。本发明一种水面漂浮垃圾清扫机器人针对水面环境污染的问题，可实现聚集漂浮物、清扫漂浮物、节能航行等功能。实现水面垃圾清理的机械化与自动化，整个打捞过程工人只需在岸边遥控操作即可。城市河道和风景区的垃圾清理不再用人工清理，恶劣的工作环境不再影响工人的身体健康，清理垃圾的工作效率也得到提高。

本发明提供了一种具备浮动式打捞运输结构的水面垃圾清扫船，包括：

船体1；

浮筒7，安装在船体1底部；

风力驱动装置2，设置在船尾，风力驱动装置2包括两个风机12，该两个风机12的吹扫方向具有夹角，且两个风机12的转速均可单独调整；

打捞装置5，设置在船头，打捞装置5包括安装在船头两端的两个打捞板18，两个打捞板18之间形成一开口宽度向内逐步递减的打捞区，且打捞区的开口宽度可调；

运输装置3，安装于船体1上，运输装置3包括传输履带21以及配置在传输履带21上的若干呈梳状的分隔板22，运输装置3的输入端伸入至打捞区内，输出端通过支架39被抬升至在船体1上方；

垃圾收集仓8，设置在船体1上并位于运输装置3的输出端下方。

本发明整体体积较小，设计其成本低，能源清洁，搬运拆装方便，致力于中小型湖泊河流等水域的漂浮垃圾清理，塑料袋、饮料瓶，树枝树叶以及其它难以清理的水面漂浮垃圾。克服了以往人工打捞及抓斗间隙打捞的缺点，打捞速度快，劳动强度低，且可以实现较长时间的连续作业，减少了运转过程的损耗。独立作业能力强，单船作业便可完成从打捞到转运的全部工作。从打捞到转运全部实现机械化作业，大大提高了工作效率，并减轻了工人的劳动强度。适用于各种复杂水域环境作业。

在本发明中，船身结构经过优化设计，整体呈流线型，保证机器人在水中航行时受到的阻力更小。

垃圾收集仓8和船体1连接部分设计有安装耳9可与船体1上的连接耳10配合，同时耳状设计更方便垃圾收集仓8的取出，人们可以用手直接抓起两侧安装耳取出并对其中收集垃圾进行清理。

在本发明一可选的实施例中，浮筒7由一个或多个橡皮筏组成，橡皮筏的截面为梯形，顶面宽度大于底面宽度；橡皮筏与船体1的接触面设置有龙骨11，龙骨11为环绕设置在橡皮筏顶面上的多根金属架，且在环状金属架围成的区域中设置有至少一根加固杆。龙骨起到一方面支撑船身、保证船身的稳定的作用，另一方面龙骨的安装加固了船身，提高了船身整体的强度，防止在水面垃圾清理过程中垃圾密度过大导致船身倾斜的问题，除此之外还能防止在航行过程中尤其靠岸时碰撞到水中石块导致船身损坏等问题的发生。优选的，船体1左右各安装一个橡皮胶囊提供机器人在水中运动的主要浮力，其本身质量较小，充气后在水中有较大的排水量，从而产生足够平衡机器人和收集垃圾的浮力，提高机器人在水面航行的稳定性，同时也增加了机器人的吃水深度，提高了船体1内可安装装置和收集垃圾的质量。

在本发明一可选的实施例中，风力驱动装置2还包括有防护罩35，防护罩35底部两侧设置有卡接件16，由卡接件16将装有风机12的防护罩35安装在船尾；防护罩35具有底板36和罩体14，罩体14倒扣在底板36上，底板36上设置有两个用于固定风机12的风机架13。在本发明中，由两个风机作为机器人航行推力，两个风机之间安装时呈一定角度，结合差速原理达到通过调整风机转速控制机器人在水面航行时的转向等运动方式。风机通过风机安装架安装在船身尾部较高位置，保证在机器人进行清扫水面垃圾工作时，风机不会受到水的冲溅，从而减小风机外壳材料在使用过程中的腐蚀，同时风机在船身较高位置安装，也保证了风机在工作过程中不会受到水面垃圾或水面生物如浮游动物和水草等的影响，极大的降低了机器人航向装置动力故障的可能性。风机安装架单独设计架构，与船身采用螺栓连接。本发明通过在风机周围安装航行装置保护架，保护架上部设置金属顶棚15，防止机器人在航行过程中将飞行昆虫等漂浮在低空的物体卷入风机，导致机器人航行装置动力故障，下部安装部分设置有快速连接装置(即卡接件16)，能实现快速定位安装，在实际应用中能更快速的将风力驱动装置在船身拆卸和安装，便于机器人的维修护理，部件更换。其中，罩体14、金属顶棚15、防护罩35具有底板36为一体化设计的金属材质。

在本发明一可选的实施例中，两个风机12分别位于自船头至船尾中心的连接线两侧(即图2所示轴线的两侧)，且各风机的吹扫方向与连接线之间的夹角相同。进一步的，两个风机12与设置在船体1内的远程控制模块相连，远程控制模块包括2.4g无线模块以及控制芯片。实际操控中，机器人的航行方式包括直行和转向两种模式，操纵者可通过遥控调节风机的相关控制电路，从而控制两个风机的转速，实现机器人的直行和转向功能。例如：需要直行时，控制左右两个风机转速相同，则机器人直线航行；控制转向时，利用两个风机安装时设置的角度并结合差速原理实现，当左边风机转速较低，右边风机转速较高时，机器人向左转向；当右边风机转速较低，左边风机转速较高时，机器人向右转向。

在本发明一可选的实施例中，在船头的两侧对称设置有作业面积扩展装置4，作业面积扩展装置4包括作业面积扩展驱动电机30和第一带轮装置29；各打捞板18上设有打捞板支架17，打捞板支架17的后杆部通过花键管19与船体上的花键20铰接，其配合方式采用间隙配合，打捞板18在水的浮力作用下可沿花键20竖直方向上下运动，防止因水位变化对机器人机械结构带来的损坏，大大提高了机器人打捞水面漂浮垃圾时的柔性。可选的，各打捞板18为波浪形的网板。

进一步的，花键20通过第一带轮装置29与作业面积扩展驱动电机30相连接，通过作业面积扩展驱动电机30来带动打捞板18沿花键管19为中心转动，以调节打捞区的开口宽度。机器人在水面工作时，打捞板18可将水面漂浮垃圾收拢并集中到运输装置传输履带21的前端，在运输装置3的作用下将垃圾运输至船身中部的垃圾收集仓8内。其中，需要扩展作业面积时，控制驱动电机30转动，通过联轴器和花键连接结构带动打捞板18沿花键连接杆转动，从而使得打捞板角度增大或减小，实现作业面积的扩展和缩小，能适用于各种面积的水面漂浮垃圾的清理。此外，花键与花键管间隙配合，船身随打捞垃圾质量变化在水面上升下降时，打捞装置可随水位变化上下浮动，提高装置柔性。

如图4b所示，作业面积扩展装置有两个极限点，在作业面积扩展电机通过带轮装置带动打捞装置进行作业面积扩展时，其打捞面积在极限收缩点和极限伸展点控制的角度内变化，两个极限点均设计有柔性的橡胶装置，避免打捞装置与船体直接碰撞，延长装置的使用寿命。进一步参照图4c所示，花键20两端固定在船体1上的两个花键轴承40上，承受装置运动的受力，扩展机构上的花键管19长度短于上下两个花键轴承40之间的花键20部分长度，且花键与花键管间隙配合，使得打捞板支架17的花键管19能够沿着花键20上下浮动，从而实现打捞装置可随水位变化上下浮动。此外，浮力由安装在扩展机构上的浮体41提供浮力，浮体41安装在打捞板18上，如图1所示。

在本发明一可选的实施例中，打捞装置5还安装有复位检测机构，包括安装在打捞板支架17侧边的距离传感器31以及与其通过电路连接的控制单片机，且该控制单片机与作业面积扩展驱动电机30相连；距离传感器31用于检测打捞板18处于伸展位或向伸展位延展时是否碰撞到障碍物，当距离传感器31检测到打捞板18前方30厘米距离内存在大型不可清扫的障碍物时，发送复位信号至控制单片机，控制单片机接收到复位信号后会送控制信号至作业面积扩展驱动电机30，由作业面积扩展驱动电机30驱动船头两侧的打捞板18缩回至收缩位，这极大了提高机器人的柔性，能更好的保护机器人的打捞装置，提高了机器人的使用寿命，减少了机器人打捞的次数，节省工作时间，节约能源消耗，提高工作效率以及清扫的清洁度。

在本发明一可选的实施例中，传输履带21由安装在船体1上的运输装置驱动电机28驱动而转动；环形的传输履带21所围成的区域内设置有链轮25和从动轮37，传输履带内侧设置有传动链条26，传动链条26和链轮25啮合；链轮25和从动轮37通过传动链条实现联动，且从动轮3通过第二带轮装置27与运输装置驱动电机28实现联动。此外，传输履带21和分隔板22的两侧均安装有挡板23。

在本发明一可选的实施例中，在船头还设置有升降装置24，包括设立在船头两侧的支撑架38，支撑架38之间固定有固定杆32，运输装置3收集垃圾的输入端两侧分别通过伸缩杆33固定在固定杆32下方，使运输装置3收集的输入端能够上下浮动。进一步的，伸缩杆33设有若干伸缩套筒和/或浮动弹簧34，一端固定在运输装置3的输入端上，另一端固定在固定杆32上。

运输装置独立设计弹性可浮动系统，在运输装置的调节轴与运输链板连接的固定杆内部安装有一组浮动弹簧，在运输垃圾过程中，可根据垃圾重力对运输链板(即传输链条)和固定杆32之间的距离进行调节，在运输垃圾时，运输链板内浮动弹簧被压缩，链板向下浮动；垃圾运输完毕后，弹簧回弹，链板向上浮动实现复位。运输装置采用可浮动的设计，提高了垃圾运输过程中的装置弹性，运输过程更加稳定，同时也延长了机器人的工作寿命，起到保护运输装置的作用，大大提高了清洁船的运输稳定性。如图6所示。

运输垃圾时，升降装置24带动运输装置4的输入端下降到斜向下伸入水面，由传输履带21、分隔板22和挡板23组成铲斗状装置，机器人进行水面清扫工作时能把垃圾顺畅地从打捞板18中运送至运输装置4的传输履带上，网状打捞板18和倾斜式设计的运输装置4能更好的保证流入到铲斗状装置的垃圾都能被运送至输送带上，最后被输送到船体中间的垃圾收集仓8内，保证清扫打捞水面垃圾工作更加彻底，效率更高。

实际工作时，通过遥控器远程遥控机器人进行水面漂浮垃圾打捞工作，遥控器与单片机上远程接收器连接，通过单片机控制风机转速并利用差速原理实现机器人在水面的前进和转弯，打捞时通过打捞支架和打捞网的聚拢作用将水面漂浮垃圾聚拢至运输装置3前端，运输装置3的传输履带21、分隔板22和挡板23组成铲斗状装置将聚拢的垃圾分批次运输到船身内的垃圾收集仓8内，垃圾收集仓8的网状过滤结构将垃圾包裹并将其中多余的水过滤。水面漂浮垃圾面积较大或较小时，通过单片机控制打捞支架在打捞装置5与船身连接处转动使船身前段两侧打捞板的角度增大或减小，从而实现作业面积的扩展和收缩。当机器人垃圾收集仓8内收集水面漂浮垃圾体积或质量达到安全值时，船身的吃水量达到相应深度，机器人返回岸边，将垃圾仓卸下，并对机器人进行保养。

本发明的优点在于：

1、本发明专利具有实用性强，操作方便，自动化程度高的优点，更好了解决了中小型湖泊和小池塘内等水面漂浮垃圾清洁问题；

2、设计作业面积扩展装置实现在对不同面积的水面漂浮垃圾的清扫工作，清洁工作更连贯，减少了能源的损耗；

3、运输装置可浮动，提高了垃圾运输过程中的装置弹性，运输过程更加稳定，同时也延长了机器人的工作寿命；

4、复位检测装置的设计保证在机器人清扫过程中的安全性，大大提高了机器人工作的柔性，同时也更好的保护了机器人的机械结构，延长了机器人的寿命；

5、采用遥控工作设计，极大的提高了机器人水面垃圾清扫工作的可控性，同时也降低了清洁人员的危险和工作量，采用风机作为航行装置的动力装置，避免了以往水面垃圾清扫装置明轮推进的水草缠绕、材料腐蚀等问题；

6、极大的提高了机器人的使用寿命，风机安装架与船身之间设计的快速连接装置使风机更易拆装维修，保证了动力系统的安全性和机动性。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。