一種混合動力水面清潔機器人的制作方法
【專利說明】一種混合動力水面清潔機器人
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于機器人領(lǐng)域，尤其涉及一種混合動力水面清潔機器人。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]水資源是全球生命支持系統(tǒng)的基本組成部分，是資源的寶庫。隨著世界經(jīng)濟的高速發(fā)展，水源污染日益嚴(yán)重，環(huán)境問題也越來越引起了世界上各個國家的高度重視。為了水資源生態(tài)保護，江河、湖泊、水庫等水面的清潔工作變得越來越迫切。
[0005]人工清潔水面污染物會耗費較多的人力物力，還有部分地區(qū)使用大型船，這類船只雖然功能全面，但價格昂貴，需要大量的專業(yè)人才操作及維護。另外這類船只一般都使用燃油動力，其本身對水質(zhì)有一定的污染。并且大船開動時對水面波動很大，污染物會聚集到水側(cè)邊緣，影響清理難度。
[0006]專利201410144574.6公開了一種清潔機器人，其僅使用電池供電，導(dǎo)致工作環(huán)境受到制約。公開號為CN204154337U的中國實用新型專利公開了一種單船體，同樣是使用太陽能供電，從而在遇到陰雨天就不能長時間連續(xù)作業(yè)了。因此，目前迫切需要開發(fā)一種同時利用風(fēng)能、太陽能及汽油三種可互補能源的，并且能夠自主導(dǎo)航和自主收集的水面清潔機器人。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)全天候、高可靠性、效率高，且能夠自主到達(dá)設(shè)置地點后自動化作業(yè)的混合動力水面清潔機器人。
[0009]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種混合動力水面清潔機器人，包括電動船，所述電動船上設(shè)有螺旋槳、錨定裝置、導(dǎo)航系統(tǒng)、電子羅盤和中央控制箱，所述電動船的兩側(cè)外表面平鋪有用于收集太陽能并將其轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池板，所述電動船上端固設(shè)有半環(huán)形支撐架，所述半環(huán)形支撐架的下方懸掛有風(fēng)力發(fā)電機;所述電動船的船艙內(nèi)固設(shè)有汽油發(fā)電機;所述太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電機和汽油發(fā)電機的輸出端均通過混合動力控制器與鋰電池連接而對其充電，所述鋰電池的輸出端通過多路開關(guān)電源與螺旋槳連接進行供電;所述半環(huán)形支撐架的頂端分別固定設(shè)有避障檢測裝置和傳輸天線;所述電動船的前端設(shè)有水面垃圾收集傳輸裝置，電動船的后端掛接有垃圾儲存箱體。
[0010]進一步方案，所述電動船是由兩個船形艙體和連接兩個船形艙體的船骨架組成，所述半環(huán)形支撐架的兩底端分別固定在兩個船形艙體上。
[0011 ]進一步方案，所述的水面垃圾收集傳輸裝置包括設(shè)在傾斜設(shè)置在兩個滾筒之間的傳送帶，所述傳送帶的外表面固設(shè)有抓斗，所述船骨架中間固設(shè)有支撐架，所述兩個滾筒分別固設(shè)在所述船骨架的前端和支撐架的頂端;所述垃圾儲存箱體架設(shè)在位于水面垃圾收集傳輸裝置另一端的船骨架上。
[0012]進一步方案，所述混合動力控制器、鋰電池、多路開關(guān)電源、中央控制箱均架設(shè)于船形艙體上。
[0013]進一步方案，所述避障檢測裝置包括用于避障礙物的激光雷達(dá)、視頻攝像機、聲光報警器和水下聲納;所述激光雷達(dá)、視頻攝像機、聲光報警器和水下聲納的輸出端均與所述的中央控制箱進行電連接，所述中央控制箱的輸出端分別與螺旋槳、錨定裝置、垃圾收集傳輸裝置進行電連接;所述視頻攝像機采集水面視頻并通過中央控制箱進行圖像處理，然后驅(qū)動電動船到達(dá)垃圾水域使垃圾收集傳輸裝置完成清潔工作。
[0014]進一步方案，所述自主導(dǎo)航控制系統(tǒng)包括固設(shè)于半環(huán)形支撐架頂端的傳輸天線，所述傳輸天線包括GPS傳輸天線和GPRS傳輸天線，所述GPS傳輸天線的輸出端通過GPS衛(wèi)星定位傳感器與所述中央控制箱連接;所述GPRS傳輸天線的輸出端通過GPRS無線數(shù)傳模塊與中央控制箱連接;所述中央控制箱的輸入端與電子羅盤連接，用于對電動船的行駛方向進行識別。
[0015]進一步方案，所述混合動力控制器是由電源控制器LWSLAM-400W-12V和電源逆變器CARMAER-500W組成，電源控制器LWSLAM-400W-12V分別將太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電機和汽油發(fā)電機所產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再通過電源逆變器CARMAER-500W轉(zhuǎn)換成交流電。
[0016]本發(fā)明中的中央控制箱、電子羅盤、錨定裝置均是電動船自帶已知設(shè)備，其結(jié)構(gòu)與工作原理是已知。錨定裝置包括船錨、船錨絞車、絞車電機、減速器，電機轉(zhuǎn)動時通過減速器驅(qū)動船錨絞車轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)所述船錨的起降。
[0017]混合動力控制器為已知產(chǎn)品，是由電源控制器LWSLAM-400W-12V、電源逆變器CARMAER-500W構(gòu)成。其中電源控制器將風(fēng)力發(fā)電機和太陽能發(fā)電機、汽油發(fā)電機輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，同時起到穩(wěn)壓和變壓的作用，電源控制器還有顯示剩余電量的功能；電源逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷墓δ?；汽油發(fā)電機型號為0N0FF-3000W，當(dāng)能源不足時，補充能源。
[0018]風(fēng)力發(fā)電機是現(xiàn)有已知產(chǎn)品，是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械功，機械功再帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終輸出交流電的電力設(shè)備。其由葉片、機頭、轉(zhuǎn)體、尾翼組成，葉片用來接受風(fēng)力并通過機頭轉(zhuǎn)為電能;機頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能;轉(zhuǎn)體能使機頭靈活地轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能;尾翼使葉片始終對著來風(fēng)的方向從而獲得最大的風(fēng)能。
[0019]汽油發(fā)電機是現(xiàn)有已知產(chǎn)品，以汽油為燃料，以汽油機為原動力驅(qū)動發(fā)電機運轉(zhuǎn)，將汽油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的動力機械。其由汽油機、發(fā)電機、控制箱、燃油箱、保護裝置等組成。汽油機氣缸內(nèi)燃料通過復(fù)雜的物理化學(xué)變化，對活塞做功帶動曲軸旋轉(zhuǎn)；同時驅(qū)動同軸安裝的發(fā)電機轉(zhuǎn)子，利用“電磁感應(yīng)”原理，發(fā)電機輸出感應(yīng)電動勢，經(jīng)閉合負(fù)載回路產(chǎn)生電流。
[0020]水面垃圾收集傳輸裝置是將電能轉(zhuǎn)化為機械能，電動機控制滾筒轉(zhuǎn)動帶動傳送帶勻速轉(zhuǎn)動，通過固定在傳送帶上的抓斗實現(xiàn)傳輸?shù)难b置。抓斗通過傳送帶的輸送收集垃圾并傳送到船體尾部的垃圾存儲箱體中。
[0021]激光雷達(dá)是以激光為工作光束的雷達(dá)，是以發(fā)射激光束探測目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。它是由激光發(fā)射機、光學(xué)接收機、轉(zhuǎn)臺和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機再把從目標(biāo)反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送給中央控制器來驅(qū)動船體避開障礙物。
[0022]視頻攝像機采集視頻并通過中央控制器對視頻圖像進行處理，將采集到的水面垃圾自動識別信號通過控制所述驅(qū)動裝置完成清理，對于沒有垃圾的水域不再清理，可節(jié)約會bi。
[0023]水下聲納即聲納探測儀是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，利用水中聲波對水下目標(biāo)進行探測、定位和通信的探測設(shè)備。
[0024]GPS傳輸天線將衛(wèi)星信號通過GPS衛(wèi)星定位傳感器傳輸給中央控制器，確定當(dāng)前電動船的位置坐標(biāo)；同時GPRS傳輸天線接收人工遠(yuǎn)程控制指令，并將控制指令通過GPRS無線數(shù)傳模塊傳輸給中央控制器，確定其航行的目的地;再通過電子羅盤確定出電動船的當(dāng)前方向傳輸給中央控制器。中央控制器分別獲取GPS經(jīng)瑋度坐標(biāo)信號、控制指令信號和電子羅盤指示的電動船當(dāng)前行駛方向信號，通過處理運算，即可根據(jù)預(yù)先巡航規(guī)劃設(shè)定的路線，實時驅(qū)動電動船進行自主巡航并清潔水面的目的。
[0025]本發(fā)明中的水面清潔機器人的供電電源是通過風(fēng)力發(fā)電機、汽油發(fā)電機、太陽能電池板收集風(fēng)能和太陽能并通過混合動力控制器將其轉(zhuǎn)化為電能，儲存在鋰電池中，鋰電池輸出的電源經(jīng)多路開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換、降壓等功能后再分別按需提供給螺旋槳、GPS衛(wèi)星定位傳感器、中央控制器、電子羅盤、激光雷達(dá)、視頻攝像機、水面垃圾收集傳輸裝置等工作元器件做工作電源，用來驅(qū)動并控制水面清潔機器人行駛，通過垃圾收集傳輸裝置實現(xiàn)水面清潔功能。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明采用風(fēng)能、太陽能及汽油做為燃料提供混合動力供水面清潔機器人提供工作能量，充分利用風(fēng)能和太陽能的自然清潔能源，同時汽油發(fā)電機保證所述混合動力水面機器人能夠不受陰雨天氣或高負(fù)荷工作影響，全天候工作，提高垃圾清潔效率。
[0027]2、本發(fā)明通過避障檢測裝置和錨定裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動避障，通過自主導(dǎo)航控制系統(tǒng)和水面垃圾收集裝置實現(xiàn)水面垃圾識別和驅(qū)動收集，可實現(xiàn)水面垃圾定點清潔或區(qū)域清潔，遠(yuǎn)程監(jiān)管，從而可保證工作人員的人身安全，減少人員的投入，降低人工成本。
[0028]
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2是本發(fā)明的后視不意圖。
[0031]圖3是本發(fā)明的電路原理框圖。
[0032]圖中:1-風(fēng)力發(fā)電機，2-太陽能電池板，3-電動船，3-1船形艙體、3-2船骨架，4_半環(huán)形支撐架，5-避障檢測裝置，5-1激光雷達(dá)，5-2視頻攝像機，5-3聲光報警器，5-4水下聲納，6-傳輸天線，6-1-GPS傳輸天線、6-2-GPRS傳輸天線，7-螺旋槳，8-導(dǎo)航系統(tǒng)，9-混合動力控制器，10-鋰電池，11-多路開關(guān)電源，12-6?3衛(wèi)星定位傳感器，13-6?1?無線數(shù)傳模塊，14-電子羅盤，15-中央控制箱，16-錨定裝置，17-水面垃圾收集傳輸裝置，17-1抓斗，17_2傳送帶，17-3支撐架，17-4滾筒，18-垃圾儲存箱體，19-汽油發(fā)電機。
[0033]
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0035]如圖1、2所示，一種混合動力水面清潔機器人，包括電動船3，所述電動船3上設(shè)有螺旋槳7、錨定裝置16、