一种垃圾分选装置及水面垃圾清理船的制作方法

本实用新型涉及垃圾处理技术领域，特别是涉及一种垃圾分选装置及水面垃圾清理船。

背景技术：

目前垃圾产量的日益增加，根据视觉图像对垃圾自动分选的技术随之逐步发展，自动分选技术具有人工成本低、精确高效等优点。

如申请公布号为cn106984562a、申请公布日为2017.07.28的中国发明专利申请公开了一种生活垃圾初级分选平台及垃圾分选方法，并具体公开了生活垃圾初级分选平台包括机架、皮带输送机、废料剔除装置、图像采集装置、显示装置、控制器、隔离单元，机架上设置有皮带输送机，皮带输送机上方设置有废料剔除装置，废料剔除装置的上方设有图像采集装置；显示装置、控制器设置于隔离单元内，图像采集装置与显示装置电性连接；在废料剔除装置上设置有用于剔除废料的剔除头；废料剔除装置通过电控元件与控制器电性连接，隔离单元与初级分选平台的周围环境分隔设置。

其中，废料剔除装置包括纵向移动机构，在纵向移动机构上设置有竖向移动机构，在竖向移动机构上设置有用于剔除废料的剔除头。发现有需要剔除废料，废料剔除装置的剔除头向下移动至接近皮带输送机的输送带，然后再作纵向移动，废料被剔除出生活垃圾初级分选平台的皮带输送机。

使用现有技术中的初级分选平台进行剔除废料作业时，一般情况下生活垃圾是分散在皮带上，可将废料纵向直接剔除出去；然而，如果废料的形状不是独立的固体形态，例如：漂浮在水面的枝叶、水生藻类等垃圾，采用剔除头无法保证完全废料剔除，分选后依然存在废料残留，对垃圾分选作业的精度低。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种垃圾分选装置，以解决现有分选平台分选后依然存在存留的情况，对垃圾分选作业的精度低的问题。同时本实用新型的目的还在于提供一种使用该垃圾分选装置的水面垃圾清理船。

本实用新型的垃圾分选装置的技术方案为：

垃圾分选装置包括垃圾输送机构、一级图像采集模块、二级图像采集模块、一级拨料机构和二级拨料机构，所述一级拨料机构和二级拨料机构呈前后间隔布置，所述一级图像采集模块、二级图像采集模块分别用于对垃圾输送机构上的垃圾进行图像采集；

所述一级图像采集模块与一级拨料机构电性连接以根据一级图像信息一级分拨垃圾，所述二级图像采集模块与二级拨料机构电性连接以根据二级图像信息二级分拨垃圾；所述垃圾输送机构的末端设有第一垃圾接料口和第二垃圾接料口，所述第一垃圾接料口与第二垃圾接料口并列设置。

有益效果：一级图像采集模块采集图像并确定垃圾种类后，控制一级拨料机构工作，位于前部的一级拨料机构将垃圾输送机构上的垃圾进行一次分拨，从而将待分拨垃圾横向拨动至对应侧；如果待分拨垃圾的体积较大，则会有部分垃圾残留在垃圾输送机构的原位置，随着垃圾输送机构的继续输送经过二级图像采集模块时，二级图像采集模块采集到残留有未分拨到位的垃圾，则二级图像采集模块控制二级拨料机构工作，将残留垃圾拨动至对应的位置；经过前、后两处的一级拨料机构和二级拨料机构，使待分拨的垃圾能够彻底被分拨至对应侧，避免了出现垃圾残留的情况，对垃圾分选作业的精度更高，然后经第一垃圾接料口或第二垃圾接料口进入后续的处理机构中。

进一步的，所述垃圾输送机构为皮带输送机，所述皮带输送机的两侧设有挡板，所述皮带输送机的末端设有出料隔板，所述出料隔板平行间隔布置在两个挡板之间；所述隔板与两个挡板之间的间隔分别构成所述第一垃圾接料口和所述第二垃圾接料口。

进一步的，所述挡板的上侧安装有第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架呈前后间隔布置；所述一级图像采集模块与一级拨料机构安装在所述第一支架上，所述二级图像采集模块与二级拨料机构安装在所述第二支架上。

进一步的，所述第一支架上设有沿皮带输送机的宽度方向延伸的横向导轨，所述一级拨料机构导向装配在横向导轨上，所述第一支架和一级拨料机构之间还设有横移驱动机构，所述第一支架与第二支架的结构相同。

进一步的，所述一级拨料机构包括横移座、竖向伸缩机构和拨料板，所述横移座与所述横向导轨导向移动配合，所述竖向伸缩机构安装在横移座上，所述拨料板安装在竖向伸缩机构的下端部且平行于挡板布置，所述一级拨料机构与二级拨料机构的结构相同。

进一步的，所述竖向伸缩机构为气缸，所述横移座为c字形座，所述气缸的缸体夹设于c字形座的顶板和底板之间，所述底板上设有供气缸的推杆向下伸出的穿孔。

进一步的，所述气缸的缸体与所述c字形座的顶板之间设有至少两个压力传感器，所述至少两个压力传感器关于气缸的中轴线呈周向均匀布置；所述压力传感器与所述横移驱动机构控制连接，以在所述压力传感器检测到压力异常不均衡时，向横移驱动机构发出紧急停机信号。

进一步的，所述拨料板采用橡胶材料制成。

进一步的，所述第一垃圾接料口处设有用于破碎可回收垃圾的第一破碎机构，所述第一破碎机构的出口设有垃圾压缩机构和垃圾存储箱；所述第二垃圾接料口处设有用于破碎有机垃圾的第二破碎机构，所述第二破碎机构的出口设有供有机垃圾直接排出的垃圾排放管。

本实用新型的水面垃圾清理船的技术方案为：

水面垃圾清理船包括船体，所述船体上设有垃圾进料口，所述垃圾进料口处设有垃圾收集机构和垃圾分选装置，所述垃圾分选装置包括垃圾输送机构、一级图像采集模块、二级图像采集模块、一级拨料机构和二级拨料机构，所述一级拨料机构和二级拨料机构呈前后间隔布置，所述一级图像采集模块、二级图像采集模块分别用于对垃圾输送机构上的垃圾进行图像采集；

所述一级图像采集模块与一级拨料机构电性连接以根据一级图像信息一级分拨垃圾，所述二级图像采集模块与二级拨料机构电性连接以根据二级图像信息二级分拨垃圾；所述垃圾输送机构的末端设有第一垃圾接料口和第二垃圾接料口，所述第一垃圾接料口与第二垃圾接料口并列设置。

有益效果：一级图像采集模块采集图像并确定垃圾种类后，控制一级拨料机构工作，位于前部的一级拨料机构将垃圾输送机构上的垃圾进行一次分拨，从而将待分拨垃圾横向拨动至对应侧；如果待分拨垃圾的体积较大，则会有部分垃圾残留在垃圾输送机构的原位置，随着垃圾输送机构的继续输送经过二级图像采集模块时，二级图像采集模块采集到残留有未分拨到位的垃圾，则二级图像采集模块控制二级拨料机构工作，将残留垃圾拨动至对应的位置；经过前、后两处的一级拨料机构和二级拨料机构，使待分拨的垃圾能够彻底被分拨至对应侧，避免了出现垃圾残留的情况，对垃圾分选作业的精度更高，然后经第一垃圾接料口或第二垃圾接料口进入后续的处理机构中。

进一步的，所述垃圾输送机构为皮带输送机，所述皮带输送机的两侧设有挡板，所述皮带输送机的末端设有出料隔板，所述出料隔板平行间隔布置在两个挡板之间；所述隔板与两个挡板之间的间隔分别构成所述第一垃圾接料口和所述第二垃圾接料口。

进一步的，所述挡板的上侧安装有第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架呈前后间隔布置；所述一级图像采集模块与一级拨料机构安装在所述第一支架上，所述二级图像采集模块与二级拨料机构安装在所述第二支架上。

进一步的，所述第一支架上设有沿皮带输送机的宽度方向延伸的横向导轨，所述一级拨料机构导向装配在横向导轨上，所述第一支架和一级拨料机构之间还设有横移驱动机构，所述第一支架与第二支架的结构相同。

进一步的，所述一级拨料机构包括横移座、竖向伸缩机构和拨料板，所述横移座与所述横向导轨导向移动配合，所述竖向伸缩机构安装在横移座上，所述拨料板安装在竖向伸缩机构的下端部且平行于挡板布置，所述一级拨料机构与二级拨料机构的结构相同。

进一步的，所述竖向伸缩机构为气缸，所述横移座为c字形座，所述气缸的缸体夹设于c字形座的顶板和底板之间，所述底板上设有供气缸的推杆向下伸出的穿孔。

进一步的，所述气缸的缸体与所述c字形座的顶板之间设有至少两个压力传感器，所述至少两个压力传感器关于气缸的中轴线呈周向均匀布置；所述压力传感器与所述横移驱动机构控制连接，以在所述压力传感器检测到压力异常不均衡时，向横移驱动机构发出紧急停机信号。

进一步的，所述拨料板采用橡胶材料制成。

进一步的，所述第一垃圾接料口处设有用于破碎可回收垃圾的第一破碎机构，所述第一破碎机构的出口设有垃圾压缩机构和垃圾存储箱；所述第二垃圾接料口处设有用于破碎有机垃圾的第二破碎机构，所述第二破碎机构的出口设有供有机垃圾直接排出的垃圾排放管。

附图说明

图1为本实用新型的水面垃圾清理船的具体实施例1中水面垃圾船的立体示意图；

图2为图1中垃圾分选装置的局部立体示意图；

图3为图2中一级图像采集模块和一级拨料机构的装配立体图；

图4为图1中第一破碎机构和第二破碎机构的装配立体图。

图中：1－船体、11－螺旋桨推进器、12－垃圾收集机构、13－安装架、14－无人机、2－皮带输送机、20－皮带、21－支脚、22－挡板、23－皮带电机、24－进料隔板、25－出料隔板、251－第一出料口、252－第二出料口、30－第一支架、31－一级图像采集模块、32－一级拨料机构、33－横移座、330－气缸、331－顶板、332－底板、34－横向导轨、35－丝杠电机、36－拨料板、40－第二支架、41－二级图像采集模块、42－二级拨料机构、51－第一破碎机构、52－第二破碎机构、60－垃圾压缩机构、61－垃圾排放管、62－垃圾存储箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的水面垃圾清理船的具体实施例1，如图1至图4所示，水面垃圾清理船包括船体1，以及设置在船体1上的四个无人机14，船体1上设有垃圾进料口。在本实施例中，垃圾进料口位于船体1的船首位置，垃圾进料口处设有两个垃圾收集机构12和垃圾分选装置，船体1的船尾下部设有螺旋桨推进器11。具体的，在垃圾进料口的左、右两侧分别设有安装架13，两个垃圾收集机构12分别转动装配在对应的安装架13上。安装架13活动安装在垃圾分选装置的两侧位置，且安装架13与船体1之间设有液压油缸，通过液压油缸的伸缩动作带动两个安装架13以及垃圾收集机构12进行外扩和收缩调节。

垃圾分选装置包括垃圾输送机构、一级图像采集模块31、二级图像采集模块41、一级拨料机构32和二级拨料机构42，一级拨料机构32和二级拨料机构42呈前后间隔布置，一级图像采集模块31、二级图像采集模块32分别用于对垃圾输送机构上的垃圾进行图像采集；在本实施例中，垃圾输送机构为皮带输送机2，皮带输送机2包括皮带20、皮带辊、皮带电机23，皮带电机23与皮带辊传动连接，皮带20绕设与皮带辊的外部，通过皮带电机23工作带动皮带辊转动，进而驱动整个皮带20进行输送垃圾作业。

在皮带输送机2的下侧设有支脚21，支脚21呈前后间隔布置，且靠近的支脚21的高度小于靠后的支脚21的高度，通过前、后两处高度不同的支脚21将皮带输送机2支撑形成斜向上状态，从而将处于水面的垃圾沿斜向上的方向输送至船体1上。在皮带输送机2的两侧设有挡板22，皮带输送机2的末端设有出料隔板25，出料隔板25平行间隔布置在两个挡板22之间，出料隔板25与两个挡板22之间的间隔分别构成第一垃圾接料口251和第二垃圾接料口252，第一垃圾接料口251与第二垃圾接料口252在皮带输送机2的末端并列布置。皮带输送机2的前端设有两个进料隔板24，两个进料隔板24介于两侧挡板22平行布置，通过进料隔板24对进入皮带输送机2的垃圾进行导引，确保皮带20输送垃圾位置的精准度，以便后续的拨料机构进行拨料分类处理。

挡板22的上侧安装有第一支架30和第二支架40，第一支架30和第二支架40呈前后间隔布置；一级图像采集模块31与一级拨料机构32安装在所述第一支架30上，一级图像采集模块31与一级拨料机构32电性连接以根据一级图像信息一级分拨垃圾。二级图像采集模块41与二级拨料机构42安装在第二支架40上，二级图像采集模块41与二级拨料机构42电性连接以根据二级图像信息二级分拨垃圾。

第一支架30和第二支架40的结构相同，以第一支架30为例详细说明，第一支架30上设有沿皮带输送机2的宽度方向延伸的横向导轨34，一级拨料机构32导向装配在横向导轨34上，第一支架30和一级拨料机构32之间还设有横移驱动机构。一级拨料机构32和二级拨料机构42的结构相同，一级拨料机构32包括横移座33、竖向伸缩机构和拨料板36，横移座33与横向导轨34之间导向移动配合，竖向伸缩机构安装在横移座33上，拨料板36安装在竖向伸缩机构的下端部且平行于挡板22布置。其中，竖向伸缩机构为气缸330，横移座33为c字形座，气缸330的缸体夹设于c字形座的顶板331和底板332之间，底板332上设有供气缸330的推杆向下伸出的穿孔。

为了防止一级拨料机构32进行横移拨料时发生破坏，气缸330的缸体与c字形座的顶板331之间设有三个压力传感器(图中未示出)，三个压力传感器关于气缸330的中轴线呈周向均匀布置，通过三个压力传感器检测拨料板36横向拨料时是否出现卡滞，当压力传感器检测到压力异常不均衡的情况时，向横移驱动机构发出紧急停机信号，控制一级拨料机构32停止继续横向拨动垃圾，避免因皮带20上卡塞有异物无法通过拨料板36拨动进而引发整个拨料机构的损坏。拨料板36采用橡胶材料制成，拨料时拨料板36的下边缘贴合皮带20的上表面，拨料板36横向刮擦皮带20从而将待分拨垃圾全部拨动，避免在皮带20上残留部分垃圾出现拨料不彻底的情况。

具体的，横移驱动机构为丝杠螺母机构，丝杠螺母机构包括安装在第一支架30上的丝杠电机35、与丝杠电机35传动连接的第一丝杠、固定在横移座33上且与第一丝杠螺纹配合的第一螺母，第一丝杠位于横向导轨34的下侧且平行于横向导轨34的长度方向延伸。丝杠电机35工作经齿轮组驱动第一丝杠转动，第一丝杠转动带动横移座33沿横向导轨34进行横移拨料。一级拨料机构32的拨料动作为：先控制横移座33移动至待分拨垃圾的一侧位置，控制气缸330的推杆向下伸出使拨料板36下降至接近皮带20的位置，在待分拨垃圾输送至拨料板36左右正对时，再控制横移座33进行横移将待分拨垃圾拨动至皮带20的对应侧，最后控制气缸330的推杆向上缩回，避免对后续的垃圾输送造成干涉。垃圾被拨动至皮带20的对应侧后，随着皮带20的工作垃圾被输送至对应的垃圾接料口，并完成后续的垃圾处理作业。

一级图像采集模块31与一级拨料机构32之间的信号传输控制方式与二级图像采集模块41与二级拨料机构42之间信号传输控制方式相同，此处以一级图像采集模块31与一级拨料机构32之间的信号传输控制方式为例详细说明：一级图像采集模块31包括设置在第一支架30的左、右侧的两个相机、相机云台以及识别处理模块，相机安装在对应侧的相机云台上，以保证整个拍摄过程中画面的稳定和清晰；识别处理模块包括图像二值化单元、噪点处理单元、边缘提取单元以及类型匹配单元，图像二值化单用用于将相机采集的垃圾图像进行灰度处理得到黑白图像；噪点处理单元用于将黑白图像进行降噪除杂处理以消除边缘噪点；边缘提取单元用于将降噪图像提取边缘图形得到垃圾的特征边缘；类型匹配单元用于将特征边缘与特征模板进行匹配以确定出垃圾的类型。根据识别处理模块的识别处理判断垃圾类型为可回收垃圾或者有机垃圾，可回收垃圾包括塑料包装、饮料瓶等可回收利用垃圾，有机垃圾包括残枝落叶、纸片、动物尸体、藻类生物等可降解垃圾。

在本实施例中，可回收垃圾对应皮带输送机2的第一垃圾接料口251，第一垃圾接料口251处设有第一破碎机构51；有机垃圾对应皮带输送机2的第二垃圾接料口252，第二垃圾接料口252处设有第二破碎机构52；第一破碎机构51和第二破碎机构52均为双辊式破碎机，第一破碎机构51、第二破碎机构52的料斗分别位于第一垃圾接料口251、第二垃圾接料口252的正下方，以承接输送至皮带2的末端下落的垃圾。第一破碎机构51的出口设有垃圾压缩机构60，垃圾压缩机构60为推板式压缩机，通过垃圾压缩机构60将垃圾碎屑挤压成块，缩小了垃圾所占用的船上空间，破碎压缩后的可回收垃圾存放至垃圾存储箱62中，从而实现了存储更大量的可回收垃圾。第二破碎机构52的出口设有向下延伸的垃圾排放管61，垃圾排放管61向下穿过船体外板至水中，经过破碎后的有机垃圾直接排放到水中，加速了有机质的降解过程，为水中生物提供了充足的养分，垃圾排放管61与船体外板之间焊接密封连接，防止出现船舱漏水的问题。

位于皮带输送机2前部的一级拨料机构32将皮带20上的垃圾进行一次分拨，从而将待分拨垃圾横向拨动至对应侧。具体的，当皮带20上输送有可回收垃圾时，一级图像采集模块31采集图像并确定垃圾种类后，控制一级拨料机构32工作，通过拨料板36将可回收垃圾拨动至对应第一垃圾接料口251的位置；如果可回收垃圾的体积较大，则会有部分垃圾残留在皮带20的原位置，随着皮带20的继续输送经过二级图像采集模块41时，二级图像采集模块41采集到皮带20上残留有未分拨到位的可回收垃圾，则二级图像采集模块41控制二级拨料机构42工作，通过拨料板将残留的可回收垃圾拨动至对应第一垃圾接料口251的位置。经过前、后两处的一级拨料机构32和二级拨料机构42，使待分拨的垃圾能够完全被分拨至对应侧，避免了出现垃圾残留的情况，对垃圾分选作业的精度更高，然后经第一垃圾接料口251或第二垃圾接料口252进入后续的处理机构中。

需要说明的，垃圾收集机构12包括空心轴管、推水叶片及水泵，水泵将水泵吸至空心轴管中，水沿空心轴管的中部空腔向下流动经过涡旋叶片时，对涡旋叶片产生冲击力并转换成旋转驱动力，从而带动空心轴管和推水叶片转动，实现在垃圾进料口附近形成了泵吸水流和涡流，通过二者的配合达到对更大面积水域的水面垃圾的高效清理。并且，两个垃圾收集机构均由外侧朝垃圾进料口的方向旋转，进而实现对船首的左、右两侧的水面垃圾进行同步收集。

船体1上架设有停机平台10，停机平台10具有供无人机14起降的停机平面，停机平面的形状为矩形。在本实施例中，四个无人机14以船体1为中心周向均布，工作时朝远离船体1的方向扩散飞行。船载模式时，四个无人机14分别停降在停机平面的靠近四个顶点位置，飞行采集图像时，四个无人机14分别沿停机平面的对角线朝外扩散飞行，从而实现对船体1周边水域的全景搜索和图像采集。无人机14在飞行时处于水面的正上方，以俯视的视角采集水面图像信息，能够确保所获得的水面图像的清晰程度，又可保证生成位于船体1四周水域的完整图像。

无人机14上设有摄像模块22和机载通信模块，机载通信模块用于将水面图像信息转换成无线信号并发出无线信号；在本实施例中，机载通信模块采用wi－fi信号实现图像实时传输，对应的，船体1上还设有存储模块和船载通信模块，机载通信模块用于接收机载通信模块发出的无线信号，通过接受机载通信模块所发出的wi－fi信号，实现了机载通信模块与船载通信模块无线通信连接，保证了无人机14俯拍到的水面图像信息能够实时回传至船体1上，以便指导后续的航行和清理工作。

船体1上还设有控制器，控制器包括图像处理模块和控制模块，图像处理模块用于处理水面图像信息并将水面图像信息转换成控制船体航行的路径参数，控制模块用于根据路径参数控制螺旋桨推进器11和垃圾收集机构12工作。其中，图像处理模块中录入有水面垃圾的特征模块，具体的，特征模板包括饮料瓶垃圾特征模板、枝叶垃圾特征模板、塑料包装垃圾特征模板以及果屑垃圾特征模板。控制模块包括路径规划单元，路径规划单元通过粒子群算法获取水域内的最优化路径，控制模块根据最优化路径控制螺旋桨推进器11转向角度和推进功率，减少了船体1的航行路径并提高了垃圾清理的效率，使整个船体1按照最优化路径航行至水面垃圾所处的位置，并启动垃圾收集机构12形成泵吸水流和涡流将水面垃圾收集至船体上。

船体1上还设有定位模块和惯性传感器，在本实施例中，定位模块为北斗卫星定位模块，用于测定船体1在水域中的实时位置；为了满足用户的实际需求，定位模块可为gps定位模块，同样能够实现测定船体1的实时位置。惯性传感器结合了角速率陀螺和线加速度计，用于检测船体的航行姿态、航行速度和加速度，并与定位模块配合共同起到船体1的导航、定向和航行控制作用，通过无人机14搜寻和船体1自航清理垃圾的协同配合，实现了高效、准确的完成水面垃圾清理作业。

本实用新型的水面垃圾清理船的其他具体实施例，为了满足不同的使用需要，压力传感器的数量不仅限于具体实施例中1中三个，还可在c字形座的顶板与气缸的缸体之间设有两个压力传感器，两个压力传感器分别对称布置在气缸的中轴线的左右两侧位置，同样能够在压力传感器检测到压力异常不均衡时，向横移驱动机构发出紧急停机信号，进而避免因皮带上卡塞有异物无法通过拨料板拨动进而引发整个拨料机构的损坏。或者，压力传感器设有四个或四个以上，四个或四个以上的压力传感器关于气缸的中轴线呈周向均匀布置，同样能够在压力传感器检测到压力异常不均衡时，向横移驱动机构发出紧急停机信号，进而避免因皮带上卡塞有异物无法通过拨料板拨动进而引发整个拨料机构的损坏。

本实用新型的垃圾分选装置的具体实施例，与本实用新型的水面垃圾清理船的具体实施方式中垃圾分选装置的具体实施例相同，在此不再赘述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。