[0001]
本实用新型涉及无人船自动控制技术领域，特别是涉及一种自动搜集水面垃圾的无人环保船。
背景技术：
[0002]
近些年来，随着人们对自然环境要求的提高，以及环保意识的增强，河道湖泊中漂浮垃圾的清理变得日渐紧迫。随着无人船技术的发展，出现了无线遥控无人船进行垃圾回收的方式，避免了传统人工打捞方式有一定危险性的问题，但在人员利用上不够高效，因此，通过无人船自主搜集水面上的垃圾，具有十分重要的意义。
技术实现要素：
[0003]
本实用新型的目的是提供一种自动搜集水面垃圾的无人环保船，以解决上述现有技术存在的问题，自动高效清理水面垃圾，能够很好地解决传统人工方式效率低下且危险的问题。
[0004]
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种自动搜集水面垃圾的无人环保船，包括船体，所述船体上设置有固定框架，所述固定框架上设置有垃圾收集装置和控制装置，所述垃圾搜集装置与所述控制装置连接，所述垃圾搜集装置、所述控制装置均连接有电源。
[0005]
优选的，所述船体包括并排设置的第一船体和第二船体，所述第一船体和所述第二船体通过所述固定框架进行连接，所述垃圾搜集装置位于所述第一船体和所述第二船体之间；所述第一船体和所述第二船体的外侧分别安装有第一推进器和第二推进器。
[0006]
优选的，所述固定框架包括底部的行走滑轮以及分别位于所述第一船体和所述第二船体头尾两端的防撞滚筒；所述防撞滚筒的间距大于所述船体的宽度。
[0007]
优选的，所述第一推进器和第二推进器均为螺旋桨推进器，两个所述螺旋桨推进器的螺旋桨一个为正桨，另一个为反桨。
[0008]
优选的，所述电源安装于防水仓内，所述防水仓安装于所述第一船体和第二船体尾部之间的所述固定框架上。
[0009]
优选的，所述垃圾搜集装置包括导水板、垃圾过滤筐、第三推进器和拦网；所述导水板、第三推进器分别通过螺栓固定在所述固定框架上；所述导水板位于所述船体的底部，所述导水板的两侧分别与所述第一船体和所述第二船体紧密连接，所述导水板尾部向上弯折，所述导水板尾部上沿与所述防水仓紧密连接，弯折处有一开口；所述垃圾过滤筐位于所述导水板的中部上方；所述垃圾过滤筐的底板、背板、左右侧板均为镂空板；所述垃圾过滤筐为活动部件，与所述船体之间有限位装置，可整体从上方取出；所述第三推进器位于所述导水板的尾部上方，且位于所述垃圾过滤筐的后方；所述第三推进器的进水口与所述导水板的尾部开口紧密连接。
[0010]
优选的，所述拦网包括左拦网、右拦网和中央拦网，所述左拦网、右拦网和中央拦
网分别通过舵机与所述固定框架连接，由舵机控制旋转；所述左拦网、右拦网分别位于所述第一船体和所述第二船体前端的所述固定框架上；所述左拦网、右拦网为一级或多级结构，当所述左拦网、右拦网为多级结构时，多级所述左拦网、多级所述右拦网之间通过齿轮齿条连接，电机驱动齿轮转动，使得下一级所述左拦网或右拦网沿齿条移动；所述左拦网、右拦网的长度为所述船体的长度的50％-400％；所述左拦网、右拦网的远离所述船体的一端分别装有防撞滚筒；
[0011]
所述左拦网、右拦网在非工作状态，向外收拢于所述船体两的侧，在工作状态，向前张开成一定角度；所述中央拦网位于所述垃圾过滤筐的前部，所述中央拦网的上沿通过舵机连接于所述固定框架上，在工作状态，所述中央拦网旋转至水平或水平以上状态，在非工作状态或者船倒行时，所述中央拦网旋转至垂直状态。
[0012]
优选的，所述控制装置包括控制器、雷达和双目摄像头；所述雷达、所述双目摄像头均与所述控制器连接；所述控制器还连接有用于传递和接收外部信号的通讯设备以及用于定位船体的导航设备；所述通讯设备通过无线串口通信传递信号，4g路由提供网络通信来接收外部信号；所述导航设备通过gps进行定位，并通过毫米波雷达和激光雷达进行导航避障。
[0013]
优选的，还包括自动照明装置，所述自动照明装置包括光线识别传感器和照明灯，通过所述光线识别传感器自动识别周围环境光线的明暗，所述照明灯根据光线明暗自动开启照明。
[0014]
本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0015]
通过控制装置，实现完全自动控制环保船的航行路线和工作状态；通过垃圾搜集装置，实现高效率、高安全性的河道清理；通过左右多级拦网，扩大了清洁面积；通过中央拦网解决船只倒行时垃圾流出的问题；通过冗余的多推进器协同，实现船只不动下的垃圾收集作业，解决了现有技术中船只只能在行进中进行垃圾收集，容易错漏的缺陷。
附图说明
[0016]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]
图1为本实用新型的主视结构示意图；
[0018]
图2为本实用新型的底部结构示意图；
[0019]
图3为本实用新型的侧视剖面结构示意图；
[0020]
图4为本实用新型的拦网收拢时的结构示意图；
[0021]
其中，1、传感器总成，2、电源及控制装置总成，3、垃圾过滤筐，41、第一船体，42、第二船体，51、第一防撞滚筒，52、第二防撞滚筒，53、第三防撞滚筒，54、第四防撞滚筒，55、第五防撞滚筒，56、第六防撞滚筒，61、第一推进器，62、第二推进器，63、第三推进器，71-74、行走滑轮，8、固定框架，91、左拦网，92、右拦网，93、中央拦网，10、导水板。
具体实施方式
[0022]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
[0024]
实施例一
[0025]
如图1-4所示，本实施例提供一种自动搜集水面垃圾的无人环保船，包括船体，所述船体载重200kg，船体重小于80kg，体重80kg的人可以站在船上进行维护；所述船体上设置有固定框架8，其中，固定框架8为金属结构架，优选采用铝合金材质，但不限制为铝合金，也可选择其他防水金属材质，船体上的各个结构均通过螺栓固定于固定框架8上；所述固定框架8上设置有垃圾收集装置和控制装置，所述垃圾搜集装置与所述控制装置连接，所述垃圾搜集装置、所述控制装置均连接有电源，通过电源来进行供电。
[0026]
在本实施例中，所述船体包括并排设置的第一船体41和第二船体42，所述第一船体41和所述第二船体42通过所述固定框架8进行连接，所述垃圾搜集装置位于所述第一船体41和所述第二船体42之间；所述第一船体41和所述第二船体42的外侧分别安装有第一推进器61和第二推进器62，两个推进器均与控制装置以及电源连接。
[0027]
所述固定框架8包括底部的行走滑轮以及分别位于所述第一船体41和所述第二船体42头尾两端的防撞滚筒；其中行走滑轮设置有四个，包括行走滑轮71、行走滑轮72、行走滑轮73和行走滑轮74，分别位于所述船体底部的四个角处；第一船体41的头尾两端的防撞滚筒分别为第四防撞滚筒54和第三防撞滚筒53，第二船体42的头尾两端的防撞滚筒分别为第一防撞滚筒51和第二防撞滚筒52；第一船体41和第二船体42上相对设置的所述防撞滚筒的间距大于所述船体的宽度，即第一防撞滚筒51和第四防撞滚筒54之间的间距、第二防撞滚筒52和第三防撞滚筒53之间的间距大于所述船体的宽度。
[0028]
具体地，所述第一推进器61和第二推进器62均为螺旋桨推进器，两个所述螺旋桨推进器的螺旋桨一个为正桨，另一个为反桨；所述船体的最大行进速度为3.5m/s，可慢速稳定前进；其中，两个推进器同时工作，且螺旋桨旋转方向一致、转速相同时，其产生的侧向力互相抵消，使得船能够保持直线航行。
[0029]
在本实施例中，电源及控制装置总成2安装于防水仓内，所述防水仓安装于所述第一船体41和第二船体42尾部之间的所述固定框架8上；电源为锂电池，为所述无人船的航行和控制装置的运行提供动力。
[0030]
在本实施例中，所述垃圾搜集装置包括导水板10、垃圾过滤筐3、第三推进器63和拦网；所述导水板10、第三推进器63分别通过螺栓固定在所述固定框架8上；所述导水板10位于所述船体底部，两侧与所述第一船体41和所述第二船体42紧密连接，所述导水板10尾部向上弯折，其上沿与所述电池防水仓紧密连接，弯折处有一开口；所述垃圾过滤筐3位于所述导水板10中部的上方；所述垃圾过滤筐3的底板、背板、左右侧板均为镂空板；所述垃圾过滤筐3为活动部件，与所述船体之间有限位装置，可整体从上方取出，其中限位装置可以是设置于垃圾过滤框顶部的限位挂钩，以便于能够放置于船体上，亦可以采用其它满足需
要的限位装置；所述第三推进器63位于所述导水板10尾部的上方，位于所述垃圾过滤筐3的后方；所述第三推进器63的进水口与所述导水板10尾部的开口紧密连接。
[0031]
在本实施例中，所述拦网包括左拦网91、右拦网92和中央拦网93，分别通过舵机与所述固定框架8连接，由舵机控制其旋转；所述左拦网91、右拦网92分别位于所述第一船体41和所述第二船体42前端的所述固定框架8上；所述左拦网91、右拦网92为一级或多级结构，其长度控制在所述船体长度的50％-400％；所述左拦网91、右拦网92的远端，分别装有第五防撞滚筒55和第六防撞滚筒56；所述左拦网91、右拦网92在非工作状态，向外收拢于所述船体两侧，在工作状态，向前张开成一定角度；所述中央拦网93位于所述垃圾过滤筐3的前部，其上沿通过舵机连接于所述固定框架8上，在工作状态，所述中央拦网93旋转至水平状态，在非工作状态或者船倒行时，所述中央拦网93旋转至垂直状态。
[0032]
所述船体后部外侧安装有第一推进器61和第二推进器62，其正向出力时可与垃圾搜集装置的第三推进器63一起推动船体前进运动；同时其可反向出力，抵消第三推进器63的前向力，可实现船体静止不动情形下的垃圾收集。
[0033]
在常规工作状态时，垃圾过滤筐3的一部分浸没在水中，导水板10在水线以下；左拦网91、右拦网92向前张开成一定角度，中央拦网93旋转至水平状态；通过第三推进器63(螺旋桨推进器)工作产生负压，利用压差，通过导水板10，引导表层河水的流向。
[0034]
在本实施例中，所述控制装置包括控制器，传感器总成1包括雷达和双目摄像头；所述雷达、所述双目摄像头均与所述控制器连接；所述控制器还连接有用于传递和接收外部信号的通讯设备以及用于定位船体的导航设备；所述通讯设备包括无线串口通信和4g路由，通过无线串口通信传递信号，4g路由提供网络通信来接收外部信号；导航设备为gps导航设备，通过gps进行定位，并通过毫米波雷达和激光雷达进行导航避障。
[0035]
其中，雷达采用毫米波雷达和激光雷达，用于避障；双目摄像头，采集水面图像数据，双目摄像头按照一定角度摆放，采集到立体的图像数据传输给控制器，根据ai智能算法，自动识别垃圾尺寸和位置；而控制器以嵌入式gpu开发板为载体，加载了图像处理算法、无人船航行路线规划算法，以及各部件协调控制算法，用以寻找水面垃圾所在位置，并规划航行路线，并且对各个电气部件进行协调控制。
[0036]
在本实施例中，还包括自动照明装置，所述自动照明装置包括光线识别传感器和照明灯，通过所述光线识别传感器自动识别周围环境光线的明暗，所述照明灯根据光线明暗自动开启照明。
[0037]
本实施例中无人环保船的工作过程可分为3个阶段：定位阶段、垃圾搜集阶段、返航阶段。
[0038]
首先，无人环保船通过双目摄像头扫描整个水域，得到的水面图片传输回控制器，由图像识别算法识别水面垃圾。导航设备定位垃圾所在位置，并确定无人环保船初始位置，路径规划算法计算出两个位置之间的最佳路径；计算完成后，定位阶段结束。
[0039]
定位阶段结束后，开始执行垃圾搜集任务；无人环保船按照事先编好的程序及计算得到的路径，开始自主航行，以到达任务目的地；若途中雷达发现障碍物，在导航设备指引下可绕行障碍物，到达目的地后，无人船按照事先编好的流程，进行垃圾搜集阶段的工作。
[0040]
首先，控制器启动第三推进器63，垃圾过滤筐3里的水被排出，水位差产生的负压
使得导水板10前部的水进入导水板10；流动的水携带着表面的漂浮垃圾一起进入导水板10，经过过滤筐的过滤，干净的水被排出，漂浮垃圾留在过滤筐中。导水板10上方的水持续被排出，导水板10前部的水持续流入，最终这一区域的漂浮垃圾都被收集进入过滤筐中。然后，第三推进器63停止工作，控制器控制舵机旋转，中央拦网93置于垂直状态，左拦网91、右拦网92向外收拢置船体两侧。此时，单次垃圾搜集任务结束。
[0041]
单次垃圾搜集任务结束后，无人环保船回到定位阶段的状态，继续搜寻并定位下一处漂浮垃圾的位置。然后控制装置规划路径，无人船进入下一次垃圾搜集阶段。
[0042]
当图像识别算法识别出水面垃圾被完全清理干净时，或者控制器收到电源电量低的反馈时，控制器发出返航指令，无人环保船进入返航阶段。
[0043]
返航阶段开始时，导航设备定位无人船所在位置，根据预先输入的基站的定位，自动规划路径，自主航行至基站所在位置。回到基站后，人工取出垃圾过滤筐3中的垃圾，并给电池充电，此时无人环保船完成工作。
[0044]
综上所述，本实施例的水面垃圾自动搜集的无人环保船，通过智能算法和控制器的控制，达到无人操作的自主航行和自动回收垃圾的目的，实现了高效率、高安全性的河道清理。
[0045]
实施例二
[0046]
本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，其改进之处在于：所述左拦网91、右拦网92为多级结构，多级所述左拦网91、多级所述右拦网92之间通过齿轮齿条连接，电机驱动齿轮转动，使得下一级所述左拦网91或右拦网92沿齿条移动，长度控制在所述船体长度的50％-400％。
[0047]
本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。