一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备及运行方法技术

本发明专利技术提供了一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备及运行方法，它包括无人机和无人船；所述无人机对目标水域建图，并对水面垃圾进行识别，地面工作站将垃圾坐标信息传送给各艘无人船，无人船对自己负责水域进行全局路径规划到达垃圾点，通过机械臂对垃圾拾取；还包括控制系统，所述控制系统分为三层：管理层、通讯层、控制执行层；管理层为地面工作站，用于无人机整体结构和无人船整体结构的控制，可视化，运行状态；通讯层主要通过WIFI数传，传送无人机无人船的运行状态给地面工作站；控制层主要是获取环境数据，接收管理层控制指令。制指令。制指令。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备及运行方法


[0001]本专利技术属于城市内河湖泊漂浮垃圾清理领域，尤其涉及一种使用无人机无人船协同清理水面漂浮垃圾的自动化垃圾清除装备。

技术介绍

[0002]城市河道及湖泊的水域面积大，漂浮在水面的垃圾蓝藻等，对生态环境影响大，且清除困难。因此针对水面垃圾的清理，成为环境治理的一大环节。每年都要花费大量人力专门清理，工作效率较低，且水面人工作业还需要考虑安全性等问题，并非河道垃圾清理的最佳选择。相比人工作业，水面无人船可以实现全天候、自主化作业，同时可以在一些人工难以到达的危险区域进行作业，能有效地提升清洁效率。随着移动互联网，大数据的飞速发展，无人机在航空测绘，农业植保，森林消防等方面运用越来越广泛。因其具有广阔的视野，机动性强等优点正是水面无人船所欠缺的。将无人机和无人船二者相结合，可以大大提高大范围水域垃圾的搜索能力，提高垃圾清理效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术主要解决人工清理水面垃圾效率不高，成本大，不安全等问题。为了提高水面垃圾的清理能力，为此提供了一种无人机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备，其特征在于：它包括无人机和无人船；所述无人机对目标水域建图，并对水面垃圾进行识别，地面工作站将垃圾坐标信息传送给各艘无人船，无人船对自己负责水域进行全局路径规划到达垃圾点，通过机械臂对垃圾拾取；还包括控制系统，所述控制系统分为三层：管理层、通讯层、控制执行层；管理层为地面工作站，用于无人机整体结构和无人船整体结构的控制，可视化，运行状态；通讯层主要通过WIFI数传，传送无人机无人船的运行状态给地面工作站；控制层主要是获取环境数据，接收管理层控制指令。2.根据权利要求1所述的一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备，其特征在于：所述无人机上搭载有机载计算机（103）、第一深度相机（104）、第一激光雷达（105）、GPS模块（101）、PX4开源飞控、WIFI数传和充放电装置；所述机载计算机（103）接收第一深度相机（104）和第一激光雷达（105）信息，以及控制指令；第一深度相机（104）获取水面漂浮垃圾信息，包括垃圾类别和位置信息；第一激光雷达（105）获取周围环境信息，配合SLAM算法进行定位建图；GPS模块（101）实现无人机的定位；WIFI数传用于无人机整体结构与无人船整体结构之间通讯。3.根据权利要求1所述的一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备，其特征在于：所述无人船上搭载有机械臂（201）、垃圾存储装置、驱动装置、WIFI数传、高精度惯性导航模块、第二激光雷达（203）、GPS模块、机载计算机和第二深度相机（204）；机械臂（201）对垃圾进行拾取；高精度惯性导航模块和GPS模块通过扩展的卡尔曼滤波松耦合方式进行位置和速度的融合，其中高精度惯性导航模块包括速度加速度、角速度、偏航角通过惯性系统解算得出位置、速度，GPS模块通过导航系统解算出位置、速度，通过扩展的卡尔曼滤波进行数据融合，最后输出结果通过反馈校正后输出位置、速度；第二激光雷达（203）获取周围环境信息，配合SLAM算法进行定位导航；GPS模块为无人船提供定位；深度相机识别垃圾信息，包括垃圾类别和位置信息。4.根据权利要求2所述的一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备，其特征在于：无人机的定位建图和垃圾识别包括：无人机通过SLAM技术进行建图定位，采用基于图优化的SLAM框架Cartographer算法建立目标水域二维栅格地图，建图过程中，使用深度学习YOLOV3算法对水域漂浮垃圾进行识别，对识别框内点云信息计算XYZ坐标，将其转换到世界坐标系，通过工作站发送给无人船。5.根据权利要求4所述的一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备，其特征在于：无人机与无人船的坐标转换，无人机的运动为三维空间刚性运动，将无人机第一深度相机（104）坐标转化到无人机的基座标下，最后将其转换到世界坐标系下；无人船在平面内的运动可以看作刚体运动，通过齐次坐标变换转换到世界坐标系下，无人机无人船都处于世界坐标系下。6.根据权利要求1所述的一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备，其特征在于：无人机、无人船与工作站的通信，在这个通信系统中无人机、无人船和工作站构成，工作站属于主控机，无人机和无人船作为从机，三者之间通过WIFI局域网连接，主控机负责控制无人机和无人船，主要实现：无人机与无人船运动参数的传输和运动命令的控制，无人机
与无人船实现图像的传输，实现二者环境信息的交互。7.根据权利要求1所述的一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备，其特征在于：无人船的定位，主要获取无人船在地图中的位置，由于无人船在水面航行，受到风速波浪的影响，导致无人船的定位发生偏移，采用高精度惯性导航模块和GPS模块组合来进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜轩，吕金迟，李宝万，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：