一种水草收割和水面垃圾清理的一体化装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种水草收割和水面垃圾清理的一体化装置，包括主体支撑结构、垃圾及水草采集结构、水草及垃圾回收框以及自动化控制系统。所述主体支撑结构包括船体和上支架，所述船体上安装有推进机构，所述垃圾及水草采集结构连接在上支架上，所述水草及垃圾回收框安装在船体上，所述自动化控制系统安装在船体上。本发明专利技术还涉及上述装置的控制方法。本发明专利技术的装置设计紧凑整体结构体积小，工作灵活方便。通过自动化控制能够实现水面垃圾清理和水草收割及清理两种功能，大大降低了打捞清理的成本，提高了作业效率。非常适宜于对小型景观河道、湖泊以及需要多频率清理的水域自动化清洁。在智慧水域清理领域上具有推广和应用价值。

An integrated device and control method for water grass harvesting and water waste cleaning

【技术实现步骤摘要】
一种水草收割和水面垃圾清理的一体化装置及控制方法
本专利技术涉及水域生态环境治理领域，尤其是，涉及一种水草收割和水面垃圾清理的一体化装置及控制方法。
技术介绍
随着人们生活水平的提高，旅游已成为大家休闲的重要方式。旅游开发和旅游消费不可避免的对环境产生了一定的消极影响，保护和治理生态环境已经成为社会各界人士的关心的问题。当前，河道及湖泊水域的富营养化以及水面漂浮塑料垃圾(诸如塑料瓶、塑料网等)已成为水域生态的主要污染之一，如何进行有效治理，已成为大家急迫解决的问题。在河道及湖泊水域的富营养化的成因中，水草的过度生长是水域富营养化的元凶之一，为了避免该现象的发生，定期对水草进行收割打扰是一种有效手段。目前，对水草的收割的方式主要表现为三种形式：其一是人工竹杆打捞，其二是通过具有独立切割刀具和独立传输装置进行的单一性工船打捞；其三是通过搭载在其他工船上的水草收割刀具进行打捞的形式。作为水域生态的另外一个污染因素，水面漂浮垃圾主要包含生活垃圾及水面作业后丢弃的一些塑料工具。对于小型景观河道和湖泊而言，人为产生的塑料垃圾，诸如塑料瓶、塑料袋、以及塑料泡沫等是主要的垃圾源。对于这类垃圾，目前的打捞方式主要为人工长杆网打捞，在人工成本和效率上具有明显的劣势。总体而言，从市场上现有的水草收割和水面漂浮垃圾的打捞装置来看，其功能单一且大都需要人为操作，基本上都是大型工船、或是可搭载在工船上的类似打捞结构，在此类结构中，大多采用带传动等作为水草和漂浮垃圾的传输机构，因此不可避免的都是大型结构，出行燃油消耗量大，所需工作人员数量多，打捞成本相对很高。而对于小型的景观河道、湖泊以及需要多频率清理的水域而言，大型结构船只的航行和打捞工作具有局限性，而且会大大增加打捞清理的成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种水草收割和水面垃圾清理的一体化装置，其设计紧凑整体结构体积小，能够用于水草收割和水面垃圾清理，尤其适用于小形的、需频繁作业的景观河道或湖泊的水域的自动化清理，并可适应不同水深的作业要求。为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种水草收割和水面垃圾清理的一体化装置，包括主体支撑结构、垃圾及水草采集结构、水草及垃圾回收框以及自动化控制系统，所述主体支撑结构包括船体和安装在船体上的上支架，所述船体上安装有推进机构，所述垃圾及水草采集结构连接在上支架上，用于进行水面垃圾清理或者水草收割清理，所述水草及垃圾回收框安装在船体上，用于盛放水草和垃圾，所述自动化控制系统安装在船体上，用于控制推进机构和垃圾及水草采集结构。进一步，所述船体包含两个平行设置的方形壳浮体以及若干连接两个方形壳浮体的浮体连接架，所述推进机构包括分别安装在两个方形壳浮体内的第一/第二电机和安装在方形壳浮体外的第一/第二螺旋桨,所述上支架为桁架式立方体结构，它包含4根立柱，立柱的顶端之间安装有前、后支撑架和左、右滑块架，所述左、右滑块架的内侧沿长度方向开设有滑槽，前端的两根立柱的底部均安装有电机支座，后端的两根立柱的底部均安装有轴承支座，每一侧的电机支座与轴承支座之间各安装有一组横向丝杠螺母副，所述横向丝杠螺母副由包括安装在电机支座内的第三、第四电机，横向丝杠以及安装在横向丝杠上的横向螺母滑块，所述横向丝杠的一端与电机主轴相连，横向丝杠的另一端通过轴承安装在对应的轴承支座上，左右两侧的电机支座及轴承支座对称安装在两个方形壳浮体上，左右两侧的滑块架与横向丝杠之间各安装一组竖向丝杠螺母副，两组竖向丝杠螺母副包括竖向丝杠及安装在竖向丝杠上的竖向螺母滑块，两个竖向丝杠的顶端分别安装有第五、第六电机，所述第五、第六电机分别与电机支座固接，竖向丝杠底部螺接在横向螺母滑块上，所述电机支座通过侧面设置的滑块安装在滑槽内，所述横向丝杠的安装有前限位开关和后限位开关,所述竖向丝杠上安装有上限位开关和下限位开关。在上述结构中，两个方形壳浮体之间以及上支架的桁架式立方体结构作为水面垃圾清理和水草收割的工作空间，上支架的结构特点，可形成一个在支架内部前、后、上、下空间移动的能力。进一步，为了增加本装置的发电功能，所述上支架的顶部安装有太阳能电池板。进一步，为了控制船体的平衡，所述两个方形壳浮体内分别安装有第八、第九电机、水平设置的第四丝杠以及安装在第四丝杠上的配重螺母滑块,第四丝杠由第八、第九电机驱动控制，第八、第九电机分别与自动化控制系统连接。进一步，为了避免垃圾从双体船内两侧溜走，所述两个方形壳浮体的内侧分别设置有垃圾挡板，两侧的垃圾挡板呈八字形。进一步，所述垃圾及水草采集结构包括镂空的伸缩篮及其支撑结构，所述伸缩篮包括左半篮、与左半篮顶部铰接的左上盖、与左半篮底部连接的左半刀具、右半篮、与右半篮顶部铰接的右上盖、与右半篮底部连接的右半刀具以及柔性网，所述右上盖与左上盖铰接在一起，所述左、右半篮均由底板、侧板及后板围合而成，所述柔性网固接在左、右半篮的后板上，所述支撑结构包括中心电机支座两个固接在中心电机支座前后侧的电机支座桁架、两个三角形支架、分别连接在两个三角形支架同一侧的两个L形固定架以及一竖向设置的丝杠，所述中心电机支座内安装有中心电机，所述丝杠与中心电机的主轴连接，丝杠上安装有螺母滑块、第五及第六限位开关，两个三角形支架的顶端对应连接在两个电机支座桁架下，每个三角形支架包括对称设置的两根斜向连杆和两根小连杆，所述两根斜向连杆的顶端均铰接在同一电机支座桁架底部，斜向连杆的底部分别与同侧的L形固定架的顶端铰接，所述小连杆的一端固接在固定架顶部，小连杆的另一端铰接在螺母滑块上，所述固定架的底部与左半篮/右半篮固接，两个电机支座桁架的两端固接在两个竖向螺母滑块上。上述结构能够实现伸缩篮的张开、闭合以及切割水草，并能够实现伸缩篮在主体支撑结构内的上、下运动过程。进一步，所述水草及垃圾回收框为上端敞口的长方体镂空结构，水草及垃圾回收框的两端对应放置在两个方形壳浮体的前端上表面，水草及垃圾回收框在底部的两端分别安装有压力传感器。压力传感器用以收集漂浮垃圾和水草的重量数据，为垃圾及水草收集提供重要参数。进一步，所述自动化控制系统采用双主控处理器配合模式，一个为MissionPlanner控制系统，另一个为Xilinx系列的FPGA系统，所述MissionPlanner控制系统包括MP主控板、地面基站、PID编译器、GPS模块以及无线传输模块，所述MP主控板与地面基站之间为有线或无线连接，所述MP主控板与FPGA系统之间相连接，MP主控板分别与PID编译器、GPS模块、无线传输模块相连接，MP主控板同时与推进机构相连接，所述FPGA系统分别与第三电机、第四电机、第五电机、第六电机、中心电机、以及压力传感器相连接，用于垃圾及水草采集结构在上支架内的各项功能的实施；FPGA系统同时与第八电机、第九电机及MPU6050陀螺仪连接，用于控制船体平衡，FPGA系统还与WIFI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水草收割和水面垃圾清理的一体化装置，其特征在于：/n包括主体支撑结构、垃圾及水草采集结构、水草及垃圾回收框以及自动化控制系统，/n所述主体支撑结构包括船体和安装在船体上的上支架，所述船体上安装有推进机构，/n所述垃圾及水草采集结构连接在上支架上，用于进行水面垃圾清理或者水草收割清理，/n所述水草及垃圾回收框安装在船体上，用于盛放水草和垃圾，/n所述自动化控制系统安装在船体上，用于控制推进机构和垃圾及水草采集结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种水草收割和水面垃圾清理的一体化装置，其特征在于：
包括主体支撑结构、垃圾及水草采集结构、水草及垃圾回收框以及自动化控制系统，
所述主体支撑结构包括船体和安装在船体上的上支架，所述船体上安装有推进机构，
所述垃圾及水草采集结构连接在上支架上，用于进行水面垃圾清理或者水草收割清理，
所述水草及垃圾回收框安装在船体上，用于盛放水草和垃圾，
所述自动化控制系统安装在船体上，用于控制推进机构和垃圾及水草采集结构。


2.根据权利要求1所述的水草收割和水面垃圾清理的一体化装置，其特征在于：
所述船体包含两个平行设置的方形壳浮体以及若干连接两个方形壳浮体的浮体连接架，所述推进机构包括分别安装在两个方形壳浮体内的第一、第二电机和安装在方形壳浮体外的第一、第二螺旋桨,
所述上支架为桁架式立方体结构，它包含4根立柱，立柱的顶端之间安装有前、后支撑架和左、右滑块架，所述左、右滑块架的内侧沿长度方向开设有滑槽，
前端的两根立柱的底部均安装有电机支座，后端的两根立柱的底部均安装有轴承支座，每一侧的电机支座与轴承支座之间各安装有一组横向丝杠螺母副，所述横向丝杠螺母副由包括安装在电机支座内的第三/第四电机M3/、横向丝杠以及安装在横向丝杠上的横向螺母滑块，所述横向丝杠的一端与电机主轴相连，横向丝杠的另一端通过轴承安装在对应的轴承支座上，
左右两侧的电机支座及轴承支座对称安装在两个方形壳浮体上，
左右两侧的滑块架与横向丝杠之间各安装一组竖向丝杠螺母副，两组竖向丝杠螺母副包括竖向丝杠及安装在竖向丝杠上的竖向螺母滑块，两个竖向丝杠的顶端分别安装有第五、第六电机，所述第五、第六电机分别与电机支座固接，竖向丝杠底部螺接在横向螺母滑块上，所述电机支座通过侧面设置的滑块安装在滑槽内，
所述横向丝杠的安装有前限位开关和后限位开关,所述竖向丝杠上安装有上限位开关和下限位开关。


3.根据权利要求2所述的水草收割和水面垃圾清理的一体化装置，其特征在于：
所述上支架的顶部安装有太阳能电池板。


4.根据权利要求2所述的水草收割和水面垃圾清理的一体化装置，其特征在于：
所述两个方形壳浮体内分别安装有第八、第九电机、水平设置的第四丝杠以及安装在第四丝杠上的配重螺母滑块,所述第四丝杠由第八、第九电机驱动控制，第八、第九电机分别与自动化控制系统连接。


5.根据权利要求2所述的水草收割和水面垃圾清理的一体化装置，其特征在于：
所述两个方形壳浮体的内侧分别设置有垃圾挡板，两侧的垃圾挡板呈八字形。


6.根据权利要求1所述的水草收割和水面垃圾清理的一体化装置，其特征在于：
所述垃圾及水草采集结构包括镂空的伸缩篮及其支撑结构，
所述伸缩篮包括左半篮、与左半篮顶部铰接的左上盖、与左半篮底部连接的左半刀具、右半篮、与右半篮顶部铰接的右上盖、与右半篮底部连接的右半刀具以及柔性网，所述右上盖与左上盖铰接在一起，
所述左、右半篮均由底板、侧板及后板围合而成，所述柔性网固接在左、右半篮的后板上，
所述支撑结构包括中心电机支座两个固接在中心电机支座前后侧的电机支座桁架、两个三角形支架、分别连接在两个三角形支架同一侧的两个L形固定架以及一竖向设置的丝杠，所述中心电机支座内安装有中心电机，所述丝杠与中心电机的主轴连接，丝杠上安装有螺母滑块、第五及第六限位开关，
两个三角形支架的顶端对应连接在两个电机支座桁架下，每个三角形支架包括对称设置的两根斜向连杆和两根小连杆，所述两根斜向连杆的顶端均铰接在同一电机支座桁架底部，斜向连杆的底部分别与同侧的L形固定架的顶端铰接，所述小连杆的一端固接在固定架顶部，小连杆的另一端铰接在螺母滑块上，所述固定架的底部与左半篮/右半篮固接，
两个电机支座桁架的两端固接在两个竖向螺母滑块上。


7.根据权利要求1所述的水草收割和水面垃圾清理的一体化装置，其特征在于，其特征在于：
所述水草及垃圾回收框为上端敞口的长方体镂空结构，水草及垃圾回收框的两端对应放置在两个方形壳浮体的前端上表面，水草及垃圾回收框在底部的两端分别安装有压力传感器。


8.根据权利要求1所述的水草收割和水面垃圾清理的一体化装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：田卡，陈瀚铮，龙振东，王凤云，张良，王世明，
申请(专利权)人：上海海洋大学，
类型：发明
国别省市：上海;31