一种用于静水域水面浮藻类收集的水空两栖清洁器及方法技术

一种用于静水域水面浮藻类收集的水空两栖清洁器及方法，属于静水域水面漂浮藻类清理领域；包括水面垃圾收集装置、动力装置、控制系统、浮筒和视觉图像云台；4组动力装置和4组浮筒沿周向均布于所述水面垃圾收集装置外周面的下部，且所述动力装置和组浮呈交错分布，动力装置用于控制清洁器的飞行和航行，浮筒用于控制清洁器的沉浮深度；所述控制系统用于接受信息，并发送控制信号驱动所述动力装置，进而控制清洁器空中飞行、水面航行或水面垃圾打捞工作模式；所述视觉图像云台用于获取水面垃圾已经清洁器作业环境信息。通过自主飞行方式取代传统水面船的投放和回收方式，水空两栖，极大提升了设备投放和回收的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于静水域水面浮藻类收集的水空两栖清洁器及方法
本专利技术属于静水域水面漂浮藻类清理领域，具体涉及一种用于静水域水面浮藻类收集的水空两栖清洁器及方法。
技术介绍
随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，迅速的城市化和工业化进程、旅游业的发展以及民众环保意识的淡薄等因素，城市内河、旅游景区河流、水库和一些平静的狭长水域由于缺少专业的水面漂浮藻类收集设备，使水面漂浮藻类的打捞困难重重。市场上的垃圾打捞船大都是大型船舶机械，主要用于大面积大范围的水面垃圾收集，其结构复杂、体积庞大。并且不适用于城市内河、旅游景区河流、水库和一些平静狭长水域的漂浮藻类打捞，目前这些水域的漂浮藻类大多数是采用人工驾驶小船进行人工打捞的形式，这种方式劳动强度大，工作效率低，周期长，不安全，且受环境气候等的影响较严重。该水空两栖清洁器的设计将简单且效率高地去除漂浮藻类，同时也将解决人工打捞的安全隐患问题。检索现有的已公开的专利文献，例如CN106741894A中只简单利用无人机平台搭载打捞网进行垃圾打捞工作。此装置存在如下缺点：1、无人机打捞动作复杂、难度大和效率低；2、无人机控制精度要求高，耗电量大；3、不能收集水体富营养化导致的大片区域的浮藻垃圾以及成片的落叶等琐碎垃圾。例如CN107622231A使用无人机和水面收集垃圾装置协同工作，但此装置同样存在如下缺点：1、两个机器协同工作的效率问题无法得到保证；2、系统工作复杂。
技术实现思路
要解决的技术问题：为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种用于静水域水面浮藻类收集的水空两栖清洁器，致力于在湖泊、城市内河、旅游景区河流、水库等一些平静的水域，高效、智能地清理水面漂浮藻类，营造一个良好的水面卫生环境。。本专利技术的技术方案是：一种用于静水域水面浮藻类收集的水空两栖清洁器，其特征在于：包括水面垃圾收集装置、动力装置、控制系统、浮筒和视觉图像云台；4组动力装置和4组浮筒沿周向均布于所述水面垃圾收集装置外周面的下部，且所述动力装置和浮筒呈交错分布；所述水面垃圾收集装置整体为柱状结构，包括调节罩、过滤网、垃圾收集桶、潜水泵和底座；所述垃圾收集桶为上端开口的筒状结构，安装于所述底座上；所述潜水泵安装于底座内，其吸水口与所述垃圾收集桶的内部连通；所述调节罩为薄壁圆环件，套装于垃圾收集桶的开口处并为间隙配合，用于调节垃圾收集桶上方水流涡旋；所述过滤网安装于所述垃圾收集桶内，用于过滤所述垃圾收集桶内浮藻类防止进入潜水泵；所述潜水泵将所述垃圾收集桶中的水不断抽出，使得水面的水持续从所述调节罩上表面流入到垃圾收集桶内，在所述调节罩上方产生涡旋向心吸力使得流体携带涡旋区域水面悬浮物螺旋向心向下流动，进而流入到垃圾收集桶内部；所述动力装置包括机臂、倾转舵机、电机和旋翼，所述机臂一端固定于所述垃圾收集桶外周面上，另一端依次安装有倾转舵机、电机和旋翼；所述浮筒包括上半球浮筒、浮筒支架、下半球浮筒和双向齿轮泵；所述浮筒支架的一端固定于所述垃圾收集桶外周面上，另一端为环状结构；所述上半球浮筒和下半球浮筒分别固定安装于浮筒支架另一端的上下两侧，合为中空的一体结构；所述双向齿轮泵安装在所述下半球浮筒底部，通过齿轮啮合方向的改变，实现吸水或排水功能；所述控制系统用于接受信息，并发送控制信号驱动所述动力装置，进而控制清洁器空中飞行、水面航行或水面垃圾打捞工作模式；所述视觉图像云台包括安装架、视觉模块和激光雷达；所述视觉模块和激光雷达通过安装架安装于所述垃圾收集桶的正上方，所述视觉模块用于获取水面垃圾已经清洁器作业环境信息；所述激光雷达用于获取水域边界环境信息。本专利技术的进一步技术方案是：所述控制系统安装于所述视觉图像云台的安装架上，包括中央处理器、电源模块、感应模块、存储模块、定位模块、导航模块、通信模块、驱动动力装置的电气驱动模块；所述电源模块、感应模块、存储模块、定位模块、导航模块、通信模块以及驱动动力装置的电气驱动模块分别与中央处理器连接；所述感应模块用于浮筒水位高度感应；所述中央处理器接收来自所述定位模块、导航模块、通信模块发来的信息，将信息处理成控制信号后，发送到电气驱动模块驱动所述动力装置。本专利技术的进一步技术方案是：所述垃圾收集桶底部开有通孔，在通孔处安装有出水口，所述出水口与所述潜水泵的吸水口密封连接。本专利技术的进一步技术方案是：所述上半球浮筒和下半球浮筒均为半球壳体结构，通过螺栓与所述浮筒支架连接为整体中空结构。本专利技术的进一步技术方案是：所述安装架包括云台支架和云台固定架，所述云台固定架为平板结构，用于固定安装所述视觉模块和激光雷达；所述云台固定架为L型结构；两个所述云台固定架对称设置于所述云台固定架两侧，其上端均与所述云台固定架固定，下端对称固定于所述垃圾收集桶外周面上。一种用于静水域水面浮藻类收集的水空两栖清洁器的清洁方法，包括以下步骤：步骤1：所述水空两栖清洁器在飞行模式下，通过所述激光雷达对水面边界进行测绘建模，对水面边界进行测绘建模，计算出水面的面积，根据所述水空两栖清洁器对应的作业半径，规划出水空两栖清洁器在水面航行路线；步骤2：所述水空两栖清洁器通过控制系统由飞行模式变为航行模式，按照规划的航行路线进行水面航行；步骤3：通过所述视觉图像云台获取待清理水面的图像，当视觉图像云台检测到水面漂浮藻类时，所述水空两栖清洁器的中央处理器发出指令，水空两栖清洁器控制双向齿轮泵吸水，所述浮筒下浮到所述水面垃圾收集装置的调节罩略低于水面后，潜水泵启动进行漂浮藻类收集，同时所述双向齿轮泵不断吸排水来保持调节罩略低于水面的工作状态；步骤4：当所述水空两栖清洁器达到其对应的最佳作业半径所需时间时，潜水泵停止漂浮藻类收集，继续沿着规划的路线航行；步骤5：重复步骤3和步骤4，当地面站观测到垃圾收集桶装满时，地面站给中央处理器发出指令，水空两栖清洁器由航行模式变为飞行模式，返航到岸上；步骤6：清理完垃圾收集桶后，再次启动水空两栖清洁器，水空两栖清洁器根据存储的数据会飞行至返航的地理坐标处，继续按照规划的路线航行，直至完成整个水面的清理工作。有益效果本专利技术的有益效果在于：1、通过激光雷达实现对水域边界建模，对水面整体情况的建模，以及水域边界建模，根据清洁器的作业路径，进行定点收集漂浮藻类，代从传统的全水域航行打捞，从而大大提升了漂浮藻类的效率，节约能源。2、通过潜水泵不断从垃圾收集桶吸水，在垃圾收集桶上方设置调节罩，使调节罩的上表面产生涡旋向心吸力，下吸旋涡产生的向心吸力，使得流体携带涡旋区域水面悬浮物螺旋向心向下流动，实现了360度无死角打捞漂浮藻类。基于流体涡旋向心吸力原理，360度无死角打捞漂浮藻类。3、清洁器的动力装置中的倾转舵机旋转到与水面垂直时，清洁器为飞行模式，倾转舵机旋转到与水面平行时，清洁器为航行模式，通过倾转舵机实现了清洁器飞行、航行双模式一体化动力装置设计。通过自主飞行方式取代传统水面船的投放和回收方式，水空两栖，极大提升了设备投放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于静水域水面浮藻类收集的水空两栖清洁器，其特征在于：包括水面垃圾收集装置、动力装置、控制系统、浮筒和视觉图像云台；4组动力装置和4组浮筒沿周向均布于所述水面垃圾收集装置外周面的下部，且所述动力装置和浮筒呈交错分布；/n所述水面垃圾收集装置整体为柱状结构，包括调节罩、过滤网、垃圾收集桶、潜水泵和底座；所述垃圾收集桶为上端开口的筒状结构，安装于所述底座上；所述潜水泵安装于底座内，其吸水口与所述垃圾收集桶的内部连通；所述调节罩为薄壁圆环件，套装于垃圾收集桶的开口处并为间隙配合，用于调节垃圾收集桶上方水流涡旋；所述过滤网安装于所述垃圾收集桶内，用于过滤所述垃圾收集桶内浮藻类防止进入潜水泵；所述潜水泵将所述垃圾收集桶中的水不断抽出，使得水面的水持续从所述调节罩上表面流入到垃圾收集桶内，在所述调节罩上方产生涡旋向心吸力使得流体携带涡旋区域水面悬浮物螺旋向心向下流动，进而流入到垃圾收集桶内部；/n所述动力装置包括机臂、倾转舵机、电机和旋翼，所述机臂一端固定于所述垃圾收集桶外周面上，另一端依次安装有倾转舵机、电机和旋翼；/n所述浮筒包括上半球浮筒、浮筒支架、下半球浮筒和双向齿轮泵；所述浮筒支架的一端固定于所述垃圾收集桶外周面上，另一端为环状结构；所述上半球浮筒和下半球浮筒分别固定安装于浮筒支架另一端的上下两侧，合为中空的一体结构；所述双向齿轮泵安装在所述下半球浮筒底部，通过齿轮啮合方向的改变，实现吸水或排水功能；/n所述控制系统用于接受信息，并发送控制信号驱动所述动力装置，进而控制清洁器空中飞行、水面航行或水面垃圾打捞工作模式；/n所述视觉图像云台包括安装架、视觉模块和激光雷达；所述视觉模块和激光雷达通过安装架安装于所述垃圾收集桶的正上方，所述视觉模块用于获取水面垃圾已经清洁器作业环境信息；所述激光雷达用于获取水域边界环境信息。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于静水域水面浮藻类收集的水空两栖清洁器，其特征在于：包括水面垃圾收集装置、动力装置、控制系统、浮筒和视觉图像云台；4组动力装置和4组浮筒沿周向均布于所述水面垃圾收集装置外周面的下部，且所述动力装置和浮筒呈交错分布；
所述水面垃圾收集装置整体为柱状结构，包括调节罩、过滤网、垃圾收集桶、潜水泵和底座；所述垃圾收集桶为上端开口的筒状结构，安装于所述底座上；所述潜水泵安装于底座内，其吸水口与所述垃圾收集桶的内部连通；所述调节罩为薄壁圆环件，套装于垃圾收集桶的开口处并为间隙配合，用于调节垃圾收集桶上方水流涡旋；所述过滤网安装于所述垃圾收集桶内，用于过滤所述垃圾收集桶内浮藻类防止进入潜水泵；所述潜水泵将所述垃圾收集桶中的水不断抽出，使得水面的水持续从所述调节罩上表面流入到垃圾收集桶内，在所述调节罩上方产生涡旋向心吸力使得流体携带涡旋区域水面悬浮物螺旋向心向下流动，进而流入到垃圾收集桶内部；
所述动力装置包括机臂、倾转舵机、电机和旋翼，所述机臂一端固定于所述垃圾收集桶外周面上，另一端依次安装有倾转舵机、电机和旋翼；
所述浮筒包括上半球浮筒、浮筒支架、下半球浮筒和双向齿轮泵；所述浮筒支架的一端固定于所述垃圾收集桶外周面上，另一端为环状结构；所述上半球浮筒和下半球浮筒分别固定安装于浮筒支架另一端的上下两侧，合为中空的一体结构；所述双向齿轮泵安装在所述下半球浮筒底部，通过齿轮啮合方向的改变，实现吸水或排水功能；
所述控制系统用于接受信息，并发送控制信号驱动所述动力装置，进而控制清洁器空中飞行、水面航行或水面垃圾打捞工作模式；
所述视觉图像云台包括安装架、视觉模块和激光雷达；所述视觉模块和激光雷达通过安装架安装于所述垃圾收集桶的正上方，所述视觉模块用于获取水面垃圾已经清洁器作业环境信息；所述激光雷达用于获取水域边界环境信息。


2.根据权利要求1所述用于静水域水面浮藻类收集的水空两栖清洁器，其特征在于：所述控制系统安装于所述视觉图像云台的安装架上，包括中央处理器、电源模块、感应模块、存储模块、定位模块、导航模块、通信模块、驱动动力装置的电气驱动模块；所述电源模块、感应模块、存储模块、定位模块、导航模块、通信模块以及驱动动力装置的电气驱动模块分别与中央处理器连接；所述感应模块用于浮筒水位高度感应；所述中央处理器接收来自所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁绪龙，任伟，冯家兴，栗敏，周方旭，高裕浩，何金玲，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61