本發(fā)明屬于機器人領域，特別涉及一種無線充電自動清理水面機器人系統(tǒng)。

背景技術：

近年來，我國水域漂浮物污染問題日益嚴重。河道、近海、湖泊、水庫等水域漂浮漂浮物隨處可見。漂浮漂浮物已經成為水體污染的重要來源，不僅影響了海洋江河湖泊生態(tài)系統(tǒng)，危害到居民健康，還對生態(tài)景觀造成了嚴重的損害。目前水域漂浮物的清理方式主要有機械清理和人工清理兩種。機械清理主要采用水面漂浮物清理船，這種清理方式效率高、清理量大，適用于漂浮物集中區(qū)域的清理。但是對于分散的漂浮物，采用漂浮物清理船的性價比和清理效率顯然很低，目前多采用人工清理方式。但是，人工清理也需要耗費很高的人力、物力，并存在安全隱患。也有一些自動漂浮物清理船可以在水面自主巡航，對沿途漂浮物進行清理。但是這些漂浮物清理船沒有主動搜索、捕獲漂浮物的能力，且都沒有考慮漂浮物的最終卸放和清理船的持續(xù)作業(yè)能力，距離實用應用相距甚遠。

技術實現要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種無線充電自動清理水面機器人系統(tǒng)，采用自動控制和無線充電技術，以實現對自動清理機器人的運動控制，漂浮物的識別、追蹤和捕獲，返航充電和漂浮物捕獲，無需人力干預，實用性強。

為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種無線充電自動清理水面機器人系統(tǒng)，包括機器人和基站，其中，

所述機器人包括防水電路部、推進器、攝像模塊、漂浮物捕獲模塊、WiFi模塊和GPS模塊，所述推進器、攝像模塊、漂浮物捕獲模塊、WiFi模塊和GPS模塊皆與防水電路部連接，其中，

所述防水電路部包括防水電路箱、第一線圈和第一磁鐵陣列，第一線圈和第一磁鐵陣列均固定在防水電路箱下方；

所述推進器設置在防水電路箱兩側，用于實現所述機器人的前進、后退和轉彎；

所述攝像模塊包括攝像頭和與攝像頭連接的轉向電機，攝像頭為360°平面轉動式，轉向電機為360°平面轉動式；

所述漂浮物捕獲模塊包括活動收集板、閘板、繩索、漂浮物收集籃、旋轉軸、電機、支撐框架和失電型電磁鐵，活動收集板、漂浮物收集籃、旋轉軸和電機均與支撐框架連接；閘板通過繩索與旋轉軸連接；繩索還與活動收集板連接；電機與旋轉軸連接，控制其正反轉；漂浮物收集籃通過失電型電磁鐵吸合在防水電路箱上方；

所述WiFi模塊固定在支撐框架上，用于和遙控終端通信；

所述GPS模塊固定在支撐框架上，用于得到機器人的實時位置；

所述基站包括支架、設置在支架前端的平臺、設置在支架上的轉軸、與轉軸垂直方向固定連接的轉桿、與轉桿前端固定連接的電磁鐵和與轉桿上部固定連接的靶標，所述平臺上設置第二線圈和第二磁鐵陣列。

優(yōu)選地，所述防水電路箱中設置控制電路、監(jiān)測電路、無線充電電路、電池組和電子羅盤，監(jiān)測電路、無線充電電路、電池組和電子羅盤皆與控制電路連接。

優(yōu)選地，所述防水電路箱還包括水密線，所述防水電路箱通過所述水密線與推進器、攝像模塊、漂浮物捕獲模塊、WiFi模塊和GPS模塊連接。

優(yōu)選地，所述第一線圈和第一磁鐵陣列通過環(huán)氧樹脂灌封，所述第一線圈和第一磁鐵陣列皆與防水電路箱固定連接。

優(yōu)選地，所述第一線圈采用多股利茲線繞制。

優(yōu)選地，所述活動收集板的中部設置有彈簧，與支撐框架的連接處設置有彈簧。

優(yōu)選地，所述活動收集板呈八字張開。

優(yōu)選地，所述第二線圈和第二磁鐵陣列通過環(huán)氧樹脂灌封，所述第二線圈和第二磁鐵陣列皆與平臺固定連接。

優(yōu)選地，所述第二線圈采用多股利茲線繞制。

與現有技術相比，本發(fā)明公開的機器人系統(tǒng)具備自主漂浮物捕獲能力和自主回航充電能力，可以完全脫離人工自主、不間斷工作，并且可以與遙控終端進行通信，可設定自主巡航清理路線，非常適合河道、湖泊、海洋等自然水面和水庫、泳池等人工水面的漂浮漂浮物清理。此外，該機器人還具備漂浮物自動傾倒能力，可以將收集到的漂浮物集中到岸邊基站上的漂浮物堆放點，真正實現無人運作。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明：

圖1為本發(fā)明實施例無線充電自動清理機器人系統(tǒng)的結構框圖；

圖2為本發(fā)明實施例無線充電自動清理機器人系統(tǒng)的機器人結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例無線充電自動清理機器人系統(tǒng)的機器人結構仰視圖；

圖4為本發(fā)明實施例無線充電自動清理機器人系統(tǒng)的基站結構示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例無線充電自動清理機器人系統(tǒng)的詳細結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

下面將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。

參見圖1-5所示，為本發(fā)明實施例的無線充電自動清理機器人系統(tǒng)的結構框圖、機器人結構示意圖、仰視圖、基站結構示意圖和系統(tǒng)的詳細結構示意圖，本系統(tǒng)包括機器人1和基站2，其中，

所述機器人1包括防水電路部11、推進器12、攝像模塊13、漂浮物捕獲模塊14、WiFi模塊15和GPS模塊16，所述推進器12、攝像模塊13、漂浮物捕獲模塊14、WiFi模塊15和GPS模塊16皆與防水電路部11連接，其中，

防水電路部11包括防水電路箱111、第一線圈112和第一磁鐵陣列113，第一線圈112和第一磁鐵陣列113均固定在防水電路箱111下方；

推進器12設置在防水電路箱111兩側，用于實現機器人1的前進、后退和轉彎；

攝像模塊13包括攝像頭和與攝像頭連接的轉向電機，攝像頭為360°平面轉動式，轉向電機為360°平面轉動式；

漂浮物捕獲模塊14包括活動收集板141、閘板142、繩索143、漂浮物收集籃144、旋轉軸145、電機146、支撐框架147和失電型電磁鐵，活動收集板141、漂浮物收集籃144、旋轉軸145和電機146均與支撐框架147連接；閘板142通過繩索143與旋轉軸145連接；繩索143還與活動收集板141連接；電機146與旋轉軸145連接，控制其正反轉；漂浮物收集籃144通過失電型電磁鐵吸合在防水電路箱上方；

WiFi模塊15固定在支撐框架147上，用于和遙控終端通信；

GPS模塊16固定在支撐框架147上，用于得到機器人1的實時位置；

基站2包括支架21、設置在支架21前端的平臺22、設置在支架21上的轉軸23、與轉軸23垂直方向固定連接的轉桿24、與轉桿24前端固定連接的電磁鐵25和與轉桿24上部固定連接的靶標26，平臺22上設置第二線圈221和第二磁鐵陣列222。

采用如上設置，防水電路部11和推進器12全部處于水下，活動收集板141、閘板142和漂浮物收集籃144在正常狀態(tài)下一半處于水下。

1、機器人1實現巡視功能。

機器人1的推進通過兩個對稱的推進器12實現，并通過控制兩個推進器12的正反轉實現機器人1的前進和后退，控制兩個推進器12的不同轉速實現機器人1的轉彎。機器人1可設置終端(手機或平板電腦)遙控和自主巡航兩種模式。終端遙控模式中，終端通過WiFi跟機器人1的WiFi模塊15通訊，并且控制機器人1的前進、后退和轉彎，并可以通過攝像模塊13看到攝像頭傳回的實時畫面，此外，可以通過終端給機器人1設定巡航、返航、捕獲等任務。自主巡航模式中，機器人1根據設定好的路徑點進行漂浮物清理，當機器人1到達設定點后，攝像模塊13進行水平和豎直方向的360°旋轉掃描，如發(fā)現漂浮物，則進行清理，清理完成后，前往下一個設定點。

2、機器人1實現漂浮物識別、追蹤和捕獲功能。

在機器人1的巡航和搜索過程中，采用機器視覺算法進行水面漂浮物識別，并獲取水面漂浮物在圖像平面中的坐標；然后以漂浮物的坐標信息為反饋量，控制機器人1追蹤漂浮物前進，直至機器人駛于漂浮物所在區(qū)域。

當機器人1通過水面漂浮物所在位置時，漂浮物由于相對運動被導入到兩塊活動收集板141之間的區(qū)域，由電機146帶動旋轉軸145軸向順時針轉動，旋轉軸145上纏繞的兩股繩索143被收緊，一股繩索143帶動閘板142向上運動，另一股繩索143帶動活動收集板141向內并攏，此時，機器人1繼續(xù)向前運動，漂浮物隨著水流滑入漂浮物收集籃144中；經過適當的延時，電機146反轉，帶動旋轉軸145軸向逆時針轉動，活動收集板141回到默認張開位置，與此同時，閘板142在重力的作用下回落，將漂浮物阻擋在漂浮物收集籃144內，完成漂浮物捕獲。

3、機器人系統(tǒng)完成返航充電和漂浮物傾倒功能。

具有充電和傾倒漂浮物功能的基站2建在岸邊，其結構示意圖參見圖4。基站2的支架21上設置有轉軸23，轉桿24與轉軸23垂直固定連接，轉桿24上設置有靶標26，用于引導機器人1返航。返航充電的第一步是根據路徑點巡航行駛到基站2前方的位置。攝像頭旋轉180°正對機器人1的后方，對基站2上的靶標26進行識別；然后采用視覺引導技術使機器人1從正面退入基站2；機器人進入基站后，轉桿24的前端裝有電磁鐵25，吸住機器人1的鐵磁性漂浮物收集籃144，通過轉軸23旋轉帶動轉桿24將漂浮物收集籃144抬起傾倒。漂浮物收集籃144通過失電型電磁鐵吸合在防水電路箱111上方，需要卸載漂浮物時，給失電型電磁鐵通電，吸力消失，漂浮物收集籃144就可以被移開。

具體應用實例中，防水電路箱采用非金屬有機材料制作，可以為機器人提供足夠的浮力。

供機器人1停靠的平臺22位于水下，其內或其上封有第二線圈222和第二磁鐵陣列221，當機器人1順利回航到基站2，平臺22上的第二磁鐵陣列221跟機器人1防水電路箱111底部的第一磁鐵陣列113相互吸引，實現機器人1的固定。此時，平臺22上的第二線圈222跟機器人1防水電路箱111底部的第一線圈112正好對準，可以進行無線充電，停靠完成的機器人1和基站2位置狀態(tài)參見圖5所示。如果機器人1要開始新的任務，只需控制推進器12開動到預定轉速，產生的推進力可以使機器人1掙脫磁鐵的吸力而前進。

防水電路箱111還包括水密線，防水電路箱111通過水密線與推進器12、攝像模塊13、漂浮物捕獲模塊14、WiFi模塊15和GPS模塊16連接。

第一線圈112和第一磁鐵陣列113通過環(huán)氧樹脂灌封，第一線圈112和第一磁鐵陣列113皆與防水電路箱111固定連接，第一線圈112采用多股利茲線繞制。

活動收集板141的中部設置有彈簧，與支撐框架147的連接處設置有彈簧，活動收集板141呈八字張開。

第二線圈221和第二磁鐵陣列222通過環(huán)氧樹脂灌封，第二線圈221和第二磁鐵陣列222皆與平臺22固定連接，第二線圈221采用多股利茲線繞制。

進一步地，防水電路箱111中設置控制電路、監(jiān)測電路、無線充電電路、電池組和電子羅盤，監(jiān)測電路、無線充電電路、電池組和電子羅盤皆與控制電路連接。監(jiān)測電路隨時監(jiān)測電池組的電量、漂浮物捕獲次數等數據，當監(jiān)測值達到閾值，開啟回航充電任務，機器人1的實時位置通過GPS模塊16獲得。防水電路箱111還包括水密線，防水電路箱111通過水密線與推進器12、攝像模塊13、漂浮物捕獲模塊14、WiFi模塊15和GPS模塊16連接。

第一線圈112和第一磁鐵陣列113通過環(huán)氧樹脂灌封，第一線圈112和第一磁鐵陣列113與防水電路箱111固定連接。第一線圈112采用多股利茲線繞制。第二線圈221和第二磁鐵陣列222通過環(huán)氧樹脂灌封，第二線圈221和第二磁鐵陣列222與平臺22固定連接。第二線圈221采用多股利茲線繞制。

活動收集板141默認狀態(tài)下呈八字張開，其中部和與支撐框架147的連接處設置有彈簧，使活動收集板141的張開和閉合更加靈活。

應當理解，本文所述的示例性實施例是說明性的而非限制性的。盡管結合附圖描述了本發(fā)明的一個或多個實施例，本領域普通技術人員應當理解，在不脫離通過所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出各種形式和細節(jié)的改變。