一種與無人機聯合作業的無人船清潔系統及其工作方法與流程

2023-08-08 13:29:01 2

本發明涉及無人船領域，尤其涉及一種與無人機聯合作業的無人船清潔系統及其工作方法。

背景技術：

隨著城市化和工業化的推進，越來越多的水域收到了汙染，其中水面漂浮垃圾也是其重要組成部分。垃圾的清理、處置技術與設施的相對落後，垃圾清理仍以勞動密集型為主，許多非沿海發達城市的地方大多採用人工打撈水面垃圾的原始方法。這種清理方式不僅浪費人力物力，而且勞動強度大、工作環境惡劣，工人人身安全沒有保障，清理難度大，綜合成本高。

目前已有無人船涉及水上清理領域，若是無人船在距離岸邊較遠的水域工作時，因無人船裝載完畢難免需要來回卸載垃圾，如此一來，使得無人船續航能力降低，清理效率低下。

技術實現要素：

發明目的：為解決背景技術中存在的問題，本發明提供一種與無人機聯合作業的無人船清潔系統及其工作方法。

技術方案：一種與無人機聯合作業的無人船清潔系統，包括無人機、無人船、連接裝置、水上清掃裝置以及處理器，所述無人機包括攝像裝置以及導航裝置，所述攝像裝置以及導航裝置與所述處理器連接，所述連接裝置用於連接所述無人機與所述無人船，所述水上清掃裝置設置在所述無人船前部，所述無人船包括驅動裝置、控制裝置、定位裝置、電源裝置以及速度傳感器，所述驅動裝置用於驅動所述水上清掃裝置，所述處理器與驅動裝置、控制裝置、定位裝置連接以及速度傳感器連接，所述無人船還包括第一輸料管、第二輸料管、第一集料箱、第二集料箱，所述第一輸料管一端與所述水上清掃裝置連接，另一端與所述第一集料箱連通，所述第二輸料管一端與所述水上清掃裝置連接，另一端與所述第二集料箱連通，所述第一輸料管上設置有第一電控閥門，所述第二輸料管上設置有第二電控閥門，所述第一電控閥門以及所述第二電控閥門與所述控制裝置連接，無人機通過鐵鏈與連接裝置連接。

作為本發明的一種優選方式，所述連接裝置頂部設置有停機板，無人船正常工作時，所述無人機進入休眠模式，降落在所述停機板上。

作為本發明的一種優選方式，所述無人機底部設置有真空吸盤裝置，所述真空吸盤裝置用於吸附所述第一集料箱以及所述第二集料箱。

作為本發明的一種優選方式，所述第一集料箱頂部設置有第一雷射測距儀，所述第二集料箱頂部設置有第二雷射測距儀，所述第一雷射測距儀以及所述第二雷射測距儀與所述處理器連接。

作為本發明的一種優選方式，所述第一集料箱底部設置有第一電控開關，所述第二集料箱底部設置有第二電控開關，所述第一電控開關以及所述第二電控開關與所述控制裝置連接。

作為本發明的一種優選方式，所述第一集料箱以及所述第二集料箱底部設置有金屬濾網，所述金屬濾網用於過濾垃圾物中的海水。

作為本發明的一種優選方式，包括以下工作步驟：

a）先設定無人機以及無人船的運動行程；

b）速度傳感器檢測無人船的運動速度並將其發送給處理器，處理器向無人機輸出信號，控制無人機與無人船保持相同的速度；

c）第一雷射測距儀檢測垃圾與第一集料箱頂部的距離並將其發送給處理器；

d）若處理器判斷第一集料箱內已填充完畢，則向控制裝置以及無人機輸出控制信號，控制裝置控制第一電控閥門關閉，同時控制第二電控閥門開啟；

e）無人機脫離連接裝置，吸附裝置吸附第一集料箱，無人機將第一集料箱帶至離當前位置最近的垃圾站進行卸料，第二集料箱開始收集；

f）定位裝置將無人船的坐標發送給處理器，處理器嚮導航裝置輸出導航信號，無人機根據導航信號返回無人船所在位置。

作為本發明的一種優選方式，步驟b）還包括：

攝像裝置將航拍畫面傳送給處理器，處理器判斷無人船前方是否有船或者礁石，若有則向無人船輸出避讓信號，無人船接收到信號時繞開障礙物。

作為本發明的一種優選方式，步驟e）還包括：

預先在導航裝置中標記出本地所有垃圾站的位置，定位裝置將無人船的位置坐標發送給處理器，處理器判斷接收到的無人船坐標與垃圾站坐標之間的距離，將距離最近的一個垃圾站在導航裝置中選取出來，無人機根據導航飛向所述垃圾站。

本發明實現以下有益效果：無人機與無人船在指定的海面或河面進行巡邏，無人機搜尋需要清理的水域，無人船將水上垃圾進行清掃收納，第一集料箱收納完畢後無人機進行卸料，同時第二集料箱開始收納，本發明通過無人機與無人船聯合作業，保證了卸料的同時無人船能夠持續進行清理工作，大大提高的清理效率。

附圖說明

此處的附圖被併入說明書中並構成本說明書的一部分，示出了符合本公開的實施例，並於說明書一起用於解釋本公開的原理。

圖1為本發明提供的一種與無人機聯合作業的無人船結構示意圖；

圖2為本發明提供的收納垃圾結構示意圖；

圖3為本發明提供的一種與無人機聯合作業的無人船工作方法示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

實施例一

如圖1、圖2所示，一種與無人機聯合作業的無人船清潔系統，包括無人機1、無人船2、連接裝置3、水上清掃裝置4以及處理器5，其特徵在於，所述無人機1包括攝像裝置6以及導航裝置7，所述攝像裝置6以及導航裝置7與所述處理器5連接，所述連接裝置3用於連接所述無人機1與所述無人船2，所述水上清掃裝置4設置在所述無人船2前部，所述無人船2包括驅動裝置8、控制裝置9、定位裝置10、電源裝置11以及速度傳感器12，所述驅動裝置8用於驅動所述水上清掃裝置4，所述處理器5與驅動裝置8、控制裝置9、定位裝置10連接以及速度傳感器12連接，所述無人船2還包括第一輸料管13、第二輸料管14、第一集料箱15、第二集料箱16，所述第一輸料管13一端與所述水上清掃裝置4連接，另一端與所述第一集料箱15連通，所述第二輸料管14一端與所述水上清掃裝置4連接，另一端與所述第二集料箱16連通，所述第一輸料管13上設置有第一電控閥門17，所述第二輸料管14上設置有第二電控閥門18，所述第一電控閥門17以及所述第二電控閥門18與所述控制裝置9連接，無人機1通過鐵鏈19與連接裝置3連接。所述連接裝置3頂部設置有停機板20，無人船2正常工作時，所述無人機1進入休眠模式，降落在所述停機板20上。所述無人機1底部設置有真空吸盤裝置21，所述真空吸盤裝置21用於吸附所述第一集料箱15以及所述第二集料箱16。所述第一集料箱15頂部設置有第一雷射測距儀22，所述第二集料箱16頂部設置有第二雷射測距儀23，所述第一雷射測距儀22以及所述第二雷射測距儀23與所述處理器5連接。所述第一集料箱15以及所述第二集料箱16底部設置有金屬濾網26，所述金屬濾網26用於過濾垃圾物中的海水。具體地，水上清掃裝置4安裝在無人船2前部，處理器5、驅動裝置8、控制裝置9、定位裝置10、電源裝置11、速度傳感器12、第一輸料管13、第二輸料管14、第一集料箱15以及第二集料箱16都安裝在無人船2內部，水上清掃裝置4能夠對水面上的垃圾進行清掃收納，所述第一輸料管13的一端與所述水上清掃裝置4的側下方連接，另一端與所述第一集料箱15側上方連通，所述第二輸料管14的一端與所述水上清掃裝置4的側下方連接，另一端與所述第二集料箱16側上方連通，所述水上清掃裝置4的水平高度高於所述第一集料箱15以及所述第二集料箱16，所述第一輸料管13以及所述第二輸料管14傾斜安裝且在水平方向保持平行，在靠近所述水上清掃裝置4的一端高於靠近所述第一集料箱15以及所述第二集料箱16的一端；連接裝置3垂直安裝在無人船2頂部，所述連接裝置3頂部設置有停機板20。

根據需要清理的水域位置設定無人機1以及無人船2的航線，速度傳感器12檢測無人船2的速度值並將其發送給處理器5，處理器5根據接受到的速度值向無人機1輸出信號，控制無人機1與無人船2保持相同的前進速度；無人機1在低空保持飛行，攝像裝置6拍攝周圍五百米範圍內的水面景象並將其發送給處理器5，處理器5根據接收到的航拍畫面判斷周圍水面是否存在垃圾，若存在垃圾，則向無人機1以及無人船2輸出信號，控制所述無人機1以及無人船2向垃圾區域駛去，若不存在垃圾，所述無人機1以及無人船2按照預定航線繼續行駛。

所述無人機1以及無人船2抵達垃圾區域後，驅動裝置8驅動水上清掃裝置4開始工作，控制裝置9控制第一電控閥門17開啟，所述水上清掃裝置4設置為左右兩個機械手，通過驅動兩個機械手來回擺動實現對水上漂浮垃圾的收納工作，第一電控閥門17開啟，第二電控閥門18關閉，垃圾順著第一輸料管13流向第一集料箱15，所述第一集料箱15頂部設置有第一雷射測距儀22，所述雷射測距儀測量垃圾與所述第一集料箱15頂部的距離值並將其發送給處理器5，處理器5中預設一個安全距離值，所述安全距離值需要確保垃圾與所述第一集料箱15頂部留有空隙，處理器5接收到的距離值逐漸變小，當所述距離值降為預設的安全距離值時，處理器5同時向控制裝置9以及無人機1輸出信號，控制裝置9控制第一電控閥門17關閉，控制第二電控閥門18開啟，垃圾順著第二輸料管14流向第二集料箱16，無人機1將所述第一集料箱15帶離卸料；所述第二集料箱16頂部設置有第二雷射測距儀23，所述雷射測距儀測量垃圾與所述第二集料箱16頂部的距離值並將其發送給處理器5，當處理器5接收到的距離值降為安全距離值時，處理器5同時向控制裝置9以及無人機1輸出信號，控制裝置9控制第二電控閥門18關閉，控制第一電控閥門17開啟，垃圾順著第一輸料管13流向第一集料箱15，所述第一集料箱15與第二集料箱16實現交替工作，所述第一集料箱15以及第二集料箱16底部設置有金屬濾網26，收納的垃圾會攜帶海水或者河水進入所述第一集料箱15以及第二集料箱16，造成負重過大，金屬濾網26將這部分海水或者河水過濾掉，使得所述第一集料箱15以及第二集料箱16能夠收納更多的垃圾。

實施例二

如圖3所示，一種與無人機聯合作業的無人船清潔系統的工作方法，其特徵在於，包括以下工作步驟：

a）先設定無人機1以及無人船2的運動行程；

b）速度傳感器12檢測無人船2的運動速度並將其發送給處理器5，處理器5向無人機1輸出信號，控制無人機1與無人船2保持相同的速度；

c）第一雷射測距儀22檢測垃圾與第一集料箱15頂部的距離並將其發送給處理器5；

d）若處理器5判斷第一集料箱15內已填充完畢，則向控制裝置9以及無人機1輸出控制信號，控制裝置9控制第一電控閥門17關閉，同時控制第二電控閥門18開啟；

e）無人機1脫離連接裝置3，吸附裝置吸附第一集料箱15，無人機1將第一集料箱15帶至離當前位置最近的垃圾站進行卸料，第二集料箱16開始收集；

f）定位裝置10將無人船2的坐標發送給處理器5，處理器5嚮導航裝置7輸出導航信號，無人機1根據導航信號返回無人船2所在位置。

步驟b）還包括：

攝像裝置6將航拍畫面傳送給處理器5，處理器5判斷無人船2前方是否有船或者礁石，若有則向無人船2輸出避讓信號，無人船2接收到信號時繞開障礙物。

具體地，無人機1搭載的攝像裝置6為360°攝像頭，能夠清楚拍攝無人船2周圍五百米範圍內的畫面並將其實時傳送的處理器5，在處理器5中預設第一安全值以及第二安全值，所述第一安全值大於所述第二安全值，例如，設置第一安全值為300米，設置第二安全值為100米；若處理器5判斷出接收到的畫面中有垃圾時，則向無人機1以及無人船2輸出信號，控制所述無人機1以及無人船2向垃圾區域駛去；若判斷出有船隻時，則計算無人船2與船隻的距離，當所述距離低於所述第一安全值時，處理器5向無人機1以及無人船2輸出待機信號，所述無人機1以及無人船2原地待命，若船隻並未駛離，當距離低於第二安全值時，處理器5向無人機1以及無人船2輸出躲避信號，所述無人機1以及無人船2向兩側駛去；若判斷出有人時，則計算無人船2與人的距離，當所述距離低於所述第二安全值時，處理器5向無人機1以及無人船2輸出躲避信號，所述無人機1以及無人船2向兩側駛去。

實施例三

如圖1、圖3所示，所述無人機1底部設置有真空吸盤裝置21，所述真空吸盤裝置21用於吸附所述第一集料箱15以及所述第二集料箱16。所述第一集料箱15底部設置有第一電控開關24，所述第二集料箱16底部設置有第二電控開關25，所述第一電控開關24以及所述第二電控開關25與所述控制裝置9連接。步驟e）還包括：預先在導航裝置7中標記出本地所有垃圾站的位置，定位裝置10將無人船2的位置坐標發送給處理器5，處理器5判斷接收到的無人船2坐標與垃圾站坐標之間的距離，將距離最近的一個垃圾站在導航裝置7中選取出來，無人機1根據導航飛向所述垃圾站。

具體地，當垃圾與第一集料箱15頂部的距離值降為預設的安全距離值時，處理器5同時向控制裝置9以及無人機1輸出信號，控制裝置9控制第一電控閥門17關閉，控制第二電控閥門18開啟，垃圾順著第二輸料管14流向第二集料箱16，無人機1將所述第一集料箱15帶離卸料，更進一步，無人機1與鐵鏈19斷開連接，第一集料箱15與第一輸料管13斷開連接，無人機1飛向第一集料箱15，真空吸盤裝置21吸附所述第一集料箱15；將本地所有垃圾站的位置在導航裝置7中標誌出來，定位裝置10將無人機1以及無人船2所在位置坐標發送的處理器5，處理器5將所述坐標導入導航裝置7中，將無人船2坐標與垃圾站坐標進行比對，計算出無人船2與各個垃圾站之間的距離，將距離最近的一個垃圾站在導航裝置7中挑選出來，無人機1根據導航飛向最近的垃圾站卸料，若無人機1電量不足以飛至最近的垃圾站，處理器5根據航拍畫面選擇岸邊的垃圾桶，控制無人機1飛至所述垃圾桶進行卸料，卸料時，處理器5控制第一電控開關24開啟傾倒垃圾。

上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的是讓熟悉該技術領域的技術人員能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此來限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作出的等同變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。