一种微型智能清理无人船的制作方法

本发明涉及水域垃圾清理领域，具体为一种微型智能清理无人船。

背景技术：

我国许多地区的池塘、小型河流、人工湖泊等水域，其表面漂浮着众多水面垃圾，这些垃圾或是被丢落其中，或是被吹入其中，这些垃圾会随着垃圾的堆积，会影响河流水质，因此为了保护河流环境，人们会将河流上的垃圾进行清理，目前在对河流沿岸的垃圾进行收集的时候，大部分都是采用人工手持工具对其进行收集和打捞，但是这样存在的缺点是很难快速的对垃圾进行收集，所以需要提出一种清理无人船。

无人船是一种可以无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的水面机器人。这种“水面机器人”融合了船舶、通信、自动控制、远程监控和网络化系统等多项技术，实现了自主导航、智能避障、远距离通信、视频实时传输和网络化监控等多项功能。

如专利号为202011072577.5的发明公开了一种河道垃圾回收用无人船，包括：无人船；第一拨料机构和第二拨料机构，第一拨料机构和第二拨料机构设置于无人船首部的两侧，上料机构，设置于无人船的首部，滤水机构，设置于无人船上，并且滤水机构位于上料机构的出料端，储存兜，设置于无人船上，储存兜位于滤水机构的出料端，排水组件，设置于无人船的底部，改技术方案可以对河流中的垃圾进行批量打捞，并且可以处理垃圾中的残余水，提高了工作效率以及工作质量。但是，该现有技术依旧存在一些不足之处，例如：无人船的垃圾清理进入宽度不能调节，特别是不适应与对狭窄水域进行垃圾清理；未设置有防撞轮，无人船撞到障碍物易损坏，同时防撞轮为安装调节高度机构。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种微型智能清理无人船，以解决上述背景技术中提出问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种微型智能清理无人船，包括左浮体、右浮体、主框架、上顶盖、前延展臂、后延展臂、后支撑架、防撞轮、垃圾收集仓及螺旋桨推进器，所述左浮体固定安装于所述主框架的左侧壁，所述右浮体固定安装于所述主框架的右侧壁，所述主框架的上端固定安装有所述上顶盖，所述主框架的前端通过转动机构安装有一对所述前延展臂，所述主框架的后端焊接有所述后支撑架，所述后支撑架的后端固定安装有一对所述后延展臂，所述前延展臂和所述后延展臂上均通过调节机构安装有所述防撞轮，所述主框架的内部放置有所述垃圾收集仓，所述左浮体和所述右浮体的尾端内侧壁均固定有抱卡，所述抱卡上均通过螺栓固定安装有动力架，所述动力架的底端安装有所述螺旋桨推进器；所述上顶盖的上端面安装有rtk双天线和遥控器天线，所述rtk双天线与船载工控机之间双向电性连接，所述船载工控机依次通过下位机plc、信号切换器与所述遥控器天线进行电性连接，所述遥控器天线与外部的遥控器进行通讯连接；所述上顶盖的上端面还一体成型有拉杆，所述拉杆的顶端设有透明保护罩，所述透明保护罩内部设有云平台摄像头和双目视觉摄像头，所述云平台摄像头和双目视觉摄像头均通过交换机与船载工控机双向电性连接；所述前延展臂、后延展臂、主框架及垃圾收集仓的钢管骨架上均固定有防锈金属丝网；

其中，所述上顶盖包括固定顶盖和活动天窗，所述固定顶盖的左、右两端分别与所述左浮体、所述右浮体相固定，所述固定顶盖的上端面开设有窗口，所述窗口内壁通过导轨滑动安装于所述活动天窗，所述活动天窗的开启及闭合均由一对第一电动推杆驱动；

所述转动机构包括转动轴、从动齿轮、齿条、t形架及第二电动推杆，一对所述前延展臂的后端均固定有所述转动轴，且所述转动轴均通过轴承座转动安装于所述主框架的前端，所述转动轴的外壁固定有从动齿轮，所述从动齿轮的外壁均啮合连接有所述齿条，一对所述齿条分别固定于所述t形架两端，且所述t形架与第二电动推杆的伸缩端相固定；

所述调节机构包括滑套、锁紧螺栓及轮架，所述滑套滑动套设于所述前延展臂内部前侧竖杆的外壁，所述滑套的外壁螺纹连接有所述锁紧螺栓，所述滑套的后侧壁焊接有所述轮架，所述轮架内部转动安装有所述防撞轮。

更进一步的，所述所述信号切换器的输出端分别与所述螺旋桨推进器、第一电动推杆驱动及第二电动推杆电性连接。

更进一步的，所述垃圾收集仓放置在主框架后部，所述垃圾收集仓呈长方体，且所述垃圾收集仓的钢管骨架中除前侧、顶面之外均固定有所述防锈金属丝网。

更进一步的，所述垃圾收集仓的上端口正对所述窗口，所述垃圾收集仓的上端口内部还焊接有提杆。

更进一步的，所述活动天窗的上表面铺设有柔性太阳能光伏板，所述柔性太阳能光伏板用于充电及电能的储存。

更进一步的，一对所述第一电动推杆均固定于所述固定顶盖的顶面，且位于所述窗口的左、右两侧，所述第一电动推杆的伸缩端与所述活动天窗之间通过连接件进行固定。

更进一步的，所述左浮体、所述右浮体关于所述主框架对称设置，所述浮体、所述右浮体均采用碳纤维复合材料且均用于提供浮力。

更进一步的，所述上顶盖的四周内侧壁还安装有若干个毫米波雷达，所述毫米波雷达的信号输出端均与所述船载工控机电性连接。

更进一步的，所述t形架滑动安装于一对方套之间，且一对所述方套均焊接于所述主框架上。

更进一步的，所述主框架的底端焊接有四个支撑腿，位于前侧两个所述支撑腿的底端均安装有万向轮，位于后侧两个所述支撑腿的底端均安装有定向轮。

本发明的有益效果是：

1、本发明中可控制第二电动推杆带动t形架向前或者向后移动，t形架两端均固定有齿条，一对前延展臂的后端均固定有转动轴，且转动轴均通过轴承座转动安装于主框架的前端，转动轴的外壁固定有从动齿轮，齿条与从动齿轮之间是啮合连接，从而随着齿条的前后移动带动一对前延展臂转动张开或者合拢，从而可改变角度来调节收集垃圾的宽度，因此无人船在使用过程更加灵活，实用性强。

2、本发明中，前延展臂和后延展臂上均通过调节机构安装有防撞轮，调节机构包括滑套、锁紧螺栓及轮架，滑套滑动套设于前延展臂内部前侧竖杆的外壁，锁紧螺栓用来对滑套进行固定，从而可调节防撞轮的高度，能有效保护无人船因撞击而损坏，同时操作简便。

3、本发明中，上顶盖包括固定顶盖和活动天窗，固定顶盖的左、右两端分别与左浮体、右浮体相固定，固定顶盖的上端面开设有窗口，窗口内壁通过导轨滑动安装于活动天窗，活动天窗的开启及闭合均由一对第一电动推杆驱动，活动天窗打开后即可将垃圾收集仓取出进行集中清理垃圾，活动天窗关闭后，活动天窗的上表面铺设有柔性太阳能光伏板，柔性太阳能光伏板用于充电及电能的储存，从而有利于节约电能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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。

图1为本发明的第一视角立体结构示意图；

图2为本发明的第二视角立体结构示意图；

图3为本发明的内部框架图(不包含转动机构及垃圾收集仓)；

图4为本发明中转动机构带动前延展臂转动的原理示意图；

图5为本发明中垃圾收集仓的结构示意图；

图6为本发明中上顶盖的拆分结构示意图；

图7为本发明中单个前延展臂的结构示意图；

图8为本发明中调节机构与防撞轮的安装示意图；

图9为本发明无人船的控制系统架构框图；

图10为本发明实施例2的内部框架图(不包含转动机构及垃圾收集仓)；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-左浮体，2-右浮体，3-主框架，4-上顶盖，401-固定顶盖，402-活动天窗，403-窗口，404-第一电动推杆，405-柔性太阳能光伏板，5-转动机构池，501-转动轴，502-从动齿轮，503-齿条，504-t形架，505-第二电动推杆，506-方套，6-调节机构，601-滑套，602-锁紧螺栓，603-轮架，7-前延展臂，8-后延展臂，9-后支撑架，10-防撞轮，11-垃圾收集仓，12-螺旋桨推进器，13-抱卡，14-动力架，15-rtk双天线，16-遥控器天线，17-船载工控机，18-下位机plc，19-信号切换器，20-拉杆，21-透明保护罩，22-云平台摄像头，23-双目视觉摄像头，24-交换机，25-提杆，26-毫米波雷达，27-支撑腿，28-万向轮，29-定向轮，30-防锈金属丝网。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1、图2、图3及图9所示的一种微型智能清理无人船，包括左浮体1、右浮体2、主框架3、上顶盖4、前延展臂7、后延展臂8、后支撑架9、防撞轮10、垃圾收集仓11及螺旋桨推进器12，左浮体1固定安装于主框架3的左侧壁，右浮体2固定安装于主框架3的右侧壁，主框架3的上端固定安装有上顶盖4，主框架3的前端通过转动机构5安装有一对前延展臂7，主框架3的后端焊接有后支撑架9，后支撑架9的后端固定安装有一对后延展臂8，前延展臂7和后延展臂8上均通过调节机构6安装有防撞轮10，主框架3的内部放置有垃圾收集仓11，左浮体1和右浮体2的尾端内侧壁均固定有抱卡13，抱卡13上均通过螺栓固定安装有动力架14，动力架14的底端安装有螺旋桨推进器12；上顶盖4的上端面安装有rtk双天线15和遥控器天线16，rtk双天线15与船载工控机17之间双向电性连接，船载工控机17依次通过下位机plc18、信号切换器19与遥控器天线16进行电性连接，遥控器天线16与外部的遥控器进行通讯连接；上顶盖4的上端面还一体成型有拉杆20，拉杆20的顶端设有透明保护罩21，透明保护罩21内部设有云平台摄像头22和双目视觉摄像头23，云平台摄像头22和双目视觉摄像头23均通过交换机24与船载工控机17双向电性连接，其中透明保护罩21起到防尘放水的作用，云平台摄像头22和双目视觉摄像头23均用于对无人船周边环境进行监测；前延展臂7、后延展臂8、主框架3及垃圾收集仓11的钢管骨架上均固定有防锈金属丝网30，防锈金属丝网30能将水面的垃圾阻隔下来，且不会阻挡水的通过；

其中，如图1、图2和图6所示，上顶盖4包括固定顶盖401和活动天窗402，固定顶盖401的左、右两端分别与左浮体1、右浮体2相固定，固定顶盖401的上端面开设有窗口403，窗口403内壁通过导轨滑动安装于活动天窗402，活动天窗402的开启及闭合均由一对第一电动推杆404驱动，一对第一电动推杆404均固定于固定顶盖401的顶面，且位于窗口403的左、右两侧，第一电动推杆404的伸缩端与活动天窗402之间通过连接件进行固定；活动天窗402的上表面铺设有柔性太阳能光伏板405，柔性太阳能光伏板405用于充电及电能的储存；

如图1、图3和图4所示，转动机构5包括转动轴501、从动齿轮502、齿条503、t形架504及第二电动推杆505，一对前延展臂7的后端均固定有转动轴501，且转动轴501均通过轴承座转动安装于主框架3的前端，转动轴501的外壁固定有从动齿轮502，从动齿轮502的外壁均啮合连接有齿条503，一对齿条503分别固定于t形架504两端，且t形架504与第二电动推杆505的伸缩端相固定，t形架504滑动安装于一对方套506之间，且一对方套506均焊接于主框架3上；

如图1、图7和图8所示，调节机构6包括滑套601、锁紧螺栓602及轮架603，滑套601滑动套设于前延展臂7内部前侧竖杆的外壁，滑套601的外壁螺纹连接有锁紧螺栓602，滑套601的后侧壁焊接有轮架603，轮架603内部转动安装有防撞轮10。

另外，如图9所示，信号切换器19的输出端分别与螺旋桨推进器12、第一电动推杆404驱动及第二电动推杆505电性连接；

如图5所示，垃圾收集仓11放置在主框架3后部，垃圾收集仓11呈长方体，且垃圾收集仓11的钢管骨架中除前侧、顶面之外均固定有防锈金属丝网30，垃圾收集仓11的前端口用于垃圾的进入，垃圾收集仓11的上端口用于清理垃圾；垃圾收集仓11的上端口正对窗口403，垃圾收集仓11的上端口内部还焊接有提杆25，提杆25的设置有利于垃圾收集仓11的搬运清理；

如图1和图9所示，左浮体1、右浮体2关于主框架3对称设置，浮体1、右浮体2均采用碳纤维复合材料且均用于提供浮力；上顶盖4的四周内侧壁还安装有若干个毫米波雷达26，毫米波雷达26的信号输出端均与船载工控机17电性连接，毫米波雷达26具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点，并且穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候全天时的特点，还能能分辨识别很小的目标，而且能同时识别多个目标，因此在无人船上安装若干个毫米波雷达26，可有效的观测无人船前方、后方和左右两侧的环境中的障碍物相对于毫米波雷达的位置、速度和加速度信息。

本实施例的工作过程为：首先将清理无人船移动至待清理垃圾的水域中，由于船载工控机17依次通过下位机plc18、信号切换器19与遥控器天线16进行电性连接，遥控器天线16与外部的遥控器进行通讯连接，在向无人艇发送即时的控制命令或者全局航线数据时，可进行远程遥控和自主航行两种模式；接着可根据指定的任务要求完成对无人船初始航线的规划，船载主控软件利用以太网、串口及can等通讯方式实现对云平台摄像头22、双目视觉摄像头23、rtk定位系统及毫米波雷达26等设备的实时数据采集，并将自身运动数据回传到岸基端，然后调用轨迹跟踪算法，计算实时的调整转速和舵角，最终船载工控机17控制无人船沿着指定路线航行；在无人船航行的过程中，由于一对前延展臂7的前端超出船体往外扩展，从而能不断将水面漂浮的垃圾推送到主框架3的入口，由于主框架3的内部放置有垃圾收集仓11，因此能不断将垃圾推送到垃圾收集仓11内部；垃圾收集仓11的上端口正对窗口403，窗口403内壁通过导轨滑动安装于活动天窗402，活动天窗402的开启及闭合均由一对第一电动推杆404驱动，活动天窗40打开后即可将垃圾收集仓11取出进行集中清理垃圾。

在清理垃圾之前，可通过遥控器控制第二电动推杆505带动t形架504向前或者向后移动，t形架504两端均固定有齿条503，一对前延展臂7的后端均固定有转动轴501，且转动轴501均通过轴承座转动安装于主框架3的前端，转动轴501的外壁固定有从动齿轮502，齿条503与从动齿轮502之间是啮合连接，从而随着齿条503的前后移动带动一对前延展臂7转动张开或者合拢，从而可改变角度来调节收集垃圾的宽度，因此无人船在使用过程更加灵活，实用性强；同时，前延展臂7和后延展臂8上均通过调节机构6安装有防撞轮10，调节机构6包括滑套601、锁紧螺栓602及轮架603，滑套601滑动套设于前延展臂7内部前侧竖杆的外壁，锁紧螺栓602用来对滑套601进行固定，从而在清理之前，可调节防撞轮10的高度，能有效保护无人船因撞击而损坏，同时操作简便。

在清理垃圾后，可通过遥控器控制第一电动推杆404收缩，进一步第一电动推杆404会带动活动天窗40打开，接着即可将垃圾收集仓11取出进行集中清理垃圾，简单便捷，使用也比较人性化；还可通过遥控器控制第一电动推杆404伸长，此时活动天窗402处于关闭状态，活动天窗402的上表面铺设有柔性太阳能光伏板405，柔性太阳能光伏板405用于充电及电能的储存，从而有利于节约电能。

实施例2

实施例2是对实施例1的进一步改进，如图1和图10所示，主框架3的底端焊接有四个支撑腿27，位于前侧两个支撑腿27的底端均安装有万向轮28，位于后侧两个支撑腿27的底端均安装有定向轮29。

本实施例中无人船在搬运时，无需人工抬起进行搬运，降低了操作人员的劳动强度，只需将无人船放置于底面上，由于前侧两个支撑腿27的底端均安装有万向轮28，后侧两个支撑腿27的底端均安装有定向轮29，从而便于对无人船进行移动及转向，同时上顶盖4的上端面还一体成型有拉杆20，拉杆20的设置，使得操作人员可直接手握拉杆20拉动或者推动无人船。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。