1.本实用新型涉及一种水面巡航清洁机器人。
背景技术：2.现有水面垃圾漂浮物的处理通常是先采用拦污绳与塑料拦污浮筒隔挡污物，再借助载人大型垃圾打捞船捕捞，隔挡后配合人工打捞沉积物不仅人工成本高而且效率低，配合使用大型打捞船则技术斥资大、对操作人员有一定技术要求，不适用于日常维持水面环境。
技术实现要素：3.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低、工作效率高的水面巡航清洁机器人。
4.本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：一种水面巡航清洁机器人，包括漂浮机体和电源，电源为整个机器人供电；所述漂浮机体前端设有收集口，收集口处设有用于打开或关闭收集口的挡板开关装置；所述漂浮机体两侧吃水线附近各设有一块浮板，两块浮板上对称设置两个水面叶轮动力装置；漂浮机体前部为容纳收集垃圾的收集舱，收集舱后部设有第一安装腔，第一安装腔内设有用于将收集舱后部的垃圾捞起的摆锤式转移装置和用于将摆锤式转移装置捞起的垃圾推至收集箱中的推进装置；漂浮机体后部设有第二安装腔，第二安装腔内放置镂空的收集箱，第二安装腔底部设有排水装置；漂浮机体尾端设有水下螺旋桨动力装置；所述漂浮机体顶部设有控制舱，控制舱内设有控制器，控制器分别与挡板开关装置、水面叶轮动力装置、排水装置、摆锤式转移装置、推进装置、水下螺旋桨动力装置连接。
5.上述水面巡航清洁机器人，所述漂浮机体包括下浮板和上顶板，所述下浮板为两端封闭的半圆柱形筒体，下浮板弧形面朝下放置在水面上，下浮板前部上方设有弧形的上顶板，上顶板弧形面朝上安装在下浮板上，控制舱设置在上顶板上，下浮板与上顶板的连接位置处水平设置有托板，下浮板后部设有一块隔板，隔板将下浮板位于托板后部的区域分成第一安装腔和第二安装腔。
6.上述水面巡航清洁机器人，所述挡板开关装置包括门板和第一电机，漂浮机体前端的收集口处两侧对称设有两块门板，两块门板均通过铰接轴铰接在漂浮机体上，铰接轴上设有用于使得门板保持在常开状态的回力弹簧，所述漂浮机体上对应每个门板上方位置处设有一个第一电机，第一电机通过丝线与对应的门板连接，第一电机与控制器电连接，第一电机通过丝线拉动门板关闭。
7.上述水面巡航清洁机器人，所述水面叶轮动力装置包括叶轮和第二电机，所述叶轮通过转轴安装在浮板上，第二电机放置在防水壳体中，防水壳体固定设置在浮板上，第二电机与控制器电连接，第二电机的输出轴与叶轮相连，带动叶轮转动。
8.上述水面巡航清洁机器人，所述摆锤式转移装置包括第三电机、摆锤轴板，所述第
三电机固定安装在隔板上，第三电机与控制器电连接，所述摆锤轴板上开有若干漏水孔，第三电机的输出轴与摆锤轴板的一端固定连接，控制摆锤轴板在第一安装腔内摆动，摆锤轴板的另一端向两侧延伸出挡板。
9.上述水面巡航清洁机器人，所述推进装置包括第四电机和推板，所述托板上左右两侧对称设置两个第四电机，第四电机与控制器电连接，两个第四电机通过丝杆螺母机构分别与一块推板连接，第四电机通过丝杆螺母机构带动推板前后运动，两块推板的位置分别对应摆锤轴板左右摆动到水平状态时的位置。
10.上述水面巡航清洁机器人，所述排水装置包括水泵和水管，水泵与控制器电连接，水泵设置在第二安装腔底部，水泵与水管一端连接，水管向上延伸至高出漂浮机体吃水线。
11.上述水面巡航清洁机器人，所述水下螺旋桨动力装置采用平行双桨方式布置，包括两个第五电机和两个不同旋向的螺旋桨，两个第五电机对称设置在下浮板尾部，控制器与两个第五电机电连接，两个第五电机分别连接两个螺旋桨，带动两个螺旋桨旋转。
12.上述水面巡航清洁机器人，所述上顶板前端设有摄像头，控制舱内设有无线通讯器，摄像头与控制器电连接，控制器通过无线通讯器与上位机进行无线通讯。
13.本实用新型的有益效果在于：
14.1、本实用新型采用螺旋桨和叶轮组成双动力装置，确保机器人在复杂环境中的航行稳定性。双动力装置结构能在不同水位环境中自由切换，既可以在深水区全动力行驶，也可以在浅水区开启叶轮动力防止周边水草缠绕，可以有效减少机身的磨损，又能满足不同情况下的速度控制与档位更换。
15.2、本实用新型采用主-辅形式供电，预留太阳能供电应急方案。即采用两种供电模式，以3s4500c锂电池为主电源，在执行主要清理任务的时候供电；以太阳能电池为辅助电源，在船体于水面待机的情况下启用辅助电源，以达到节省主电源消耗而达到更长时间续航的目的，绿色节能环保。
16.3、本实用新型采用镂空的收集箱回收垃圾，提高回收效率，摆锤式转移装置将收集舱后部的垃圾捞起，推进装置将捞起的垃圾推至收集箱中，防止垃圾分散，可以有效提高垃圾的处理效率，且收集箱只是放置在第二安装腔中，不需要拆卸，便于后期的维修与清洁。
附图说明
17.图1为本实用新型的整体结构示意图。
18.图2为本实用新型挡板开关装置的结构示意图。
19.图3为本实用新型漂浮机体后部的放大图。
20.图4为本实用新型推进装置的结构示意图。
21.图5为本实用新型的整体控制电路图。
22.图6为本实用新型控制器的芯片图。
23.图7为本实用新型降压模块的电路图。
24.图8为本实用新型摄像头的电路图。
25.图9为本实用新型无线通讯器的电路图。
26.图10为本实用新型第一电机和第二电机的电路连接图。
27.图11为本实用新型第一电机和第二电机的驱动电路图。
28.图12为本实用新型第三电机和第四电机的电路连接图。
29.图13为本实用新型第五电机的驱动电路图。
30.图14为本实用新型水泵的控制电路图。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
32.如图1所示，一种水面巡航清洁机器人，包括漂浮机体1和电源，电源为整个机器人供电，所述电源包括3s4500c锂电池和太阳能电池，采用主-辅形式供电，预留太阳能供电应急方案。即采用两种供电模式，以3s4500c锂电池为主电源，在执行主要清理任务的时候供电；以太阳能电池为辅助电源，在船体于水面待机的情况下启用辅助电源，以达到节省主电源消耗而达到更长时间续航的目的，绿色节能环保。
33.所述漂浮机体1前端设有收集口，收集口处设有用于打开或关闭收集口的挡板开关装置2，所述漂浮机体1两侧吃水线附近各设有一块浮板3，两块浮板3上对称设置两个水面叶轮动力装置4，浮板3上还可加装若干浮筒以增大浮力；漂浮机体1前部为容纳收集垃圾的收集舱5，收集舱5中部设有第一安装腔6，第一安装腔6内设有用于将收集舱5后部的垃圾捞起的摆锤式转移装置7和用于将摆锤式转移装置7捞起的垃圾推至收集箱9中的推进装置11，漂浮机体1后部设有第二安装腔8，第二安装腔8内放置镂空的收集箱9，第二安装腔8底部设有排水装置，漂浮机体1尾端设有水下螺旋桨动力装置12；所述漂浮机体1顶部设有控制舱13，控制舱13内设有控制器，控制器分别与挡板开关装置2、水面叶轮动力装置4、排水装置、摆锤式转移装置7、推进装置11、水下螺旋桨动力装置12电连接。
34.所述漂浮机体1包括下浮板14和上顶板15，所述下浮板14为两端封闭的半圆柱形筒体，下浮板14为镂空结构，下浮板14弧形面朝下放置在水面上，下浮板14前部上方设有弧形的上顶板15，上顶板15弧形面朝上安装在下浮板14上，控制舱13和太阳能电池设置在上顶板15上，下浮板14与上顶板15的连接位置处水平设置有托板16，下浮板14后部设有一块隔板17，隔板17将下浮板14位于托板16后部的区域分成第一安装腔6和第二安装腔8。
35.所述挡板开关装置2负责阻拦非目标收集物进入收集舱5或防止目标收集物离开收集舱5，其包括门板18和第一电机19，漂浮机体1前端的收集口处两侧对称设有两块门板18，两块门板18均通过铰接轴铰接在漂浮机体1上，铰接轴上设有用于使得门板18保持在常开状态的回力弹簧20，所述漂浮机体1上对应每个门板18上方位置处设有一个第一电机19，第一电机19通过丝线21与对应的门板18连接，第一电机19与控制器电连接，第一电机19在控制器的控制下通过丝线21拉动门板18关闭。无需回收垃圾要将门板18关闭时，控制器控制第一电机19正转，第一电机19将丝线21卷起即可关闭门板18，需要回收垃圾要将门板18打开时，控制器控制第一电机19反转，第一电机19将丝线21放出即可在回力弹簧20的作用下打开门板18，第一电机19自带的编码器可以控制第一电机19输出轴旋转的圈数，进而精确控制门板18的开合角度。
36.所述水面叶轮动力装置4包括叶轮22和第二电机，所述叶轮22通过转轴安装在浮板3上，第二电机放置在防水壳体中，防水壳体固定设置在浮板3上，第二电机与控制器电连接，第二电机的输出轴与叶轮22相连，带动叶轮22转动；通过两个叶轮22的差速来实现机器
人左转或右转。
37.所述摆锤式转移装置7包括第三电机23、摆锤轴板24，所述第三电机23固定安装在隔板17上，第三电机23与控制器电连接，所述摆锤轴板24上开有若干漏水孔25，第三电机23的输出轴与摆锤轴板24的一端固定连接，控制摆锤轴板24在第一安装腔6内摆动，摆锤轴板24摆动到水平状态时将垃圾捞出，摆锤轴板24的另一端向两侧延伸出用于防止垃圾甩出的挡板26。
38.所述推进装置11包括第四电机27和推板28，所述托板16上左右两侧对称设置两个第四电机27，第四电机27与控制器电连接，两个第四电机27通过丝杆螺母机构分别与一块推板28连接，第四电机27通过丝杆螺母机构带动推板28前后运动，两块推板28的位置分别对应摆锤轴板24左右摆动到水平状态时的位置，从而能够将摆锤轴板24上捞出的垃圾推至收集箱9中。
39.所述排水装置用于将第二安装腔8内的多余水排出机器人，从而防止漂浮机体1失重，其包括水泵29和水管30，水泵29与控制器电连接，水泵29设置在第二安装腔8底部，水泵29与水管30一端连接，水管30向上延伸至高出漂浮机体1吃水线。
40.所述水下螺旋桨动力装置12采用平行双桨方式布置，包括两个第五电机和两个不同旋向的螺旋桨31，两个第五电机对称设置在下浮板14尾部，控制器与两个第五电机电连接，两个第五电机分别连接两个螺旋桨31，带动两个螺旋桨31旋转，使用两个不同旋向的螺旋桨31用来消除不对称导致的运动误差。螺旋桨31在漂浮机体1后端提供强劲动力，不仅可以减小垂直于运动方向横截面积所受的阻力，而且可以避免被水草缠绕。
41.所述上顶板15前端设有摄像头，控制舱13内设有无线通讯器，摄像头与控制器电连接，控制器通过无线通讯器与上位机进行无线通讯。
42.漂浮机体1上还设有制动装置，制动装置均采用航模防水电机，并加装散热片防止航模防水电机过热，航模防水电机与控制器电连接。
43.如图6所示，控制器的主控芯片采用stm32f103zet6；第二电机采用ga12 n20叶轮电机；第五电机采用水下无刷电机m060，并通过30a无刷电调控制；摄像头采用openmv plus 摄像头；控制器通过g43通讯模块与上位机进行无线通讯。
44.如图7所示，xl4015降压模块：40c航模电池u3的1号管脚接滑动开关sw1的2号管脚，40c航模电池u3的2号管脚接gnd。滑动开关sw1的1号管脚接vm，3号管脚悬空。xl4015芯片的1号管脚接vm，2号管脚接gnd，3号管脚接vcc，4号管脚接gnd。
45.如图8所示，openmv plus摄像头：p4接stm32f103zet6的pc11，p5接stm32f103zet6的pc10，vin与vcc连接，gnd与gnd连接。
46.如图9所示，g43通讯模块：3号管脚与usb1的cts连接，4号管脚与usb1的rts连接，6号管脚与stm32f103zet6的pa10连接，7号管脚与stm32f103zet6的pa9连接。usb1的1号管脚与vcc连接；usb1的4号和5号管脚与gnd连接。
47.如图10所示，第一电机1号：m1+接端子的1号管脚，vcc接端子的2号管脚，stm32f103zet6的pa6接端子的3号管脚，stm32f103zet6的pa7接端子的4号管脚，gnd接端子的5号管脚，m1-接端子的6号管脚。第一电机2号：m2+接端子的1号管脚，vcc接端子的2号管脚，stm32f103zet6的pb6接端子的3号管脚，stm32f103zet6的pb7接端子的4号管脚，gnd接端子的5号管脚，m2-接端子的6号管脚。
48.第二电机1号：m3+接端子的1号管脚；vcc接端子的2号管脚，stm32f103zet6的pa12接端子的3号管脚，stm32f103zet6的pa13接端子的4号管脚，gnd接端子的5号管脚，m3-接端子的6号管脚。第二电机2号：m4+接端子的1号管脚，vcc接端子的2号管脚，stm32f103zet6的pa0接端子的3号管脚，stm32f103zet6的pa1接端子的4号管脚，gnd接端子的5号管脚，m4-接端子的6号管脚。
49.如图11所示，1号tb6612: 1号管脚接stm32f103zet6的pc6，2号管脚接stm32f103zet6上的pb1，3号管脚接stm32f103zet6的pb0，4号管脚接stm32f103zet6的pa4，5号管脚接stm32f103zet6的pb8,6号管脚接stm32f103zet6的pb9，7号管脚接stm32f103zet6的pc7，8、9号管脚接gnd，10号管脚接第一电机2号连接端子座的1号管脚，11号管脚接第一电机2号连接端子座的6号管脚，12号管脚接第一电机1号连接端子座的6号管脚，13号管脚接第一电机1号连接端子座的1号管脚，14号管脚接gnd,15号管脚接vcc，16号管脚接vm。2号tb6612: 1号管脚接stm32f103zet6的pc8，2号管脚接stm32f103zet6上的的pb12，3号管脚接stm32f103zet6的pb13，4号管脚接stm32f103zet6的pa5，5号管脚接stm32f103zet6的pc0，6号管脚接stm32f103zet6的pc1，7号管脚接stm32f103zet6的pc9，8、9号管脚接gnd，10号管脚接第二电机2号连接端子座的1号管脚，11号管脚接第二电机2号连接端子座的6号管脚，12号管脚接第二电机1号连接端子座的6号管脚，13号管脚接第二电机1号连接端子座的1号管脚，14号管脚接gnd,15号管脚接vcc，16号管脚接vm。
50.如图12所示，第三电机：1号管脚接stm32f103zet6的pa2，2号管脚接vcc，3号管脚接gnd。第四电机1号：1号管脚接stm32f103zet6的pa3，2号管脚接vcc，3号管脚接gnd。第四电机2号：1号管脚接stm32f103zet6的pd12，2号管脚接vcc，3号管脚接gnd。
51.如图13所示，1号30a无刷电调：1号电调三相供电端u、v、w分别接1号第五电机的三相u、v、w，1号电调信号端1与stm32f103zet6的pa8连接，信号端3与gnd连接。2号电调三相供电端u、v、w接第五电机2号的三相u、v、w，2号电调信号端1与stm32f103zet6的pa11连接，信号端3与gnd连接。
52.如图14所示，水泵：继电器1号管脚接vcc，2号管脚接gnd，3号管脚接stm32f103zet6的pc5，4号管脚接抽水泵连接端子座的2号管脚，5号管脚接抽水泵连接端子座的1号管脚。
53.本实用新型的工作原理为：漂浮机体1前端的挡板开关装置2由第一电机19控制开合，负责阻拦非目标收集物进入收集舱5、防止目标收集物离开收集舱5。垃圾经前端收集入口进入收集舱后部的摆锤式转移装置7处，第三电机23控制摆锤轴板24左右摆动，摆锤轴板24摆动到左右的水平状态时，对应的推进装置的第四电机27控制推板28运动，将垃圾推至后方收集箱9内，在收集箱9下的水泵29将收集箱9滤下的水排出机器人，从而防止漂浮机体1失重。