[發明專利]一種水面清潔機器人

有效

• 申請號: 201611157212.6
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106585904B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 李勝;郭嘉偉;許鳴吉;盧燁;伏姜;郭健
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B63B35/32
• 分類號: B63B35/32;B25J9/04;B25J13/08;E02B15/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種水面清潔機器人，包括控制系統、驅動裝置、執行裝置、導航系統、傳感器模塊：其中，傳感器模塊包括超聲波測距傳感器、壓力傳感器、視覺傳感器、電源模塊、無線通信模塊。所述控制系統用于所有決策處理；驅動裝置用于提供船體和機械臂工作的動力；執行裝置用于完成垃圾的收放；導航系統用于提供船體行駛的航線；超聲波測距傳感器測量船體頭部和障礙物之間的距離；壓力傳感器檢測垃圾箱已經容納垃圾的重量；視覺傳感器識別水面上的垃圾；電源模塊為整個控制系統提供電源；無線通信模塊用于清潔船和地面控制站之間的信息通信。本發明具有自動化程度高、功耗低、便于維護的優勢，利用太陽能電池和蓄電池的雙電池系統，更加節能環保。

技術領域

本發明屬于無人駕駛技術領域，特別是一種水面清潔機器人。

背景技術

無人駕駛船的技術涉及到水動力學、自主決策、自動控制、信號處理、網絡通信、傳感器技術方面問題，具有較高的技術難度。無人駕駛船要在復雜、危險的區域內具有穩定的航行能力和應對突發狀況的能力，就必須做到實時監控自身的設備運行狀況、感知外界信息、做出正確的決策并嚴格執行，而這些操作就要依靠與外界環境交互的傳感器系統、高級別的自主導航系統、精準的自動控制程序以及穩定快速的網絡通訊技術。同時，無人駕駛船還需具備自主選擇的模式切換功能，能夠在自主航行、遠程遙控、失效保護模式中進行自主地切換，以確保無人駕駛船的航行安全。

隨著經濟的發展，水體污染也日益嚴重。有很多的河流和湖泊的水面上都漂浮著塑料袋、泡沫、水藻等垃圾，嚴重污染了河流和湖泊的生態環境，進而影響人們的生活。因此，清理水面垃圾的難題迫在眉睫。因為河流和湖泊的水面具有面積大、視野廣的特點，并且傳統的清潔船成本高、消耗人力資源大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無人駕駛、節能環保的水面清潔機器人，以實現自動清潔垃圾，完成任務后自動返航的功能。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種水面清潔機器人，包括控制系統、驅動裝置、執行裝置、導航系統、傳感器模塊；其中，傳感器模塊包括超聲波測距傳感器、壓力傳感器、視覺傳感器、電源模塊和無線通信模塊；

所述控制系統用于水面清潔機器人的所有決策處理；所述驅動裝置用于提供船體和機械臂運動的動力；所述執行裝置用于完成垃圾的收放；所述導航系統用于提供船體行駛的航線；所述超聲波測距傳感器測量船體頭部和障礙物之間的距離；所述壓力傳感器檢測垃圾箱已經容納垃圾的重量；所述視覺傳感器識別水面上的垃圾；所述電源模塊為整個系統提供電源；所述無線通信模塊用于清潔船和地面控制站之間的信息通信。

進一步地，所述控制系統與驅動裝置連接，驅動裝置通過接收控制系統送出的PWM控制信號，驅動電機帶動螺旋槳的轉動，用于控制船體和機械臂的運動；所述控制系統與執行裝置連接用于實現對垃圾的抓取和放置動作；所述控制系統與導航系統連接，導航系統將獲得的經緯度信息數據傳輸給控制系統用于提供船體行駛的航線；所述控制系統與傳感器模塊連接：其中控制系統與超聲波測距傳感器連接用于測量船體頭部和障礙物之間的距離，以防船體發生碰撞；所述控制系統與壓力傳感器連接用于檢測垃圾箱容納垃圾的重量；所述控制系統與視覺傳感器連接用于識別水面上的垃圾位置；所述控制系統與電源模塊連接用于為整個控制系統提供電能，電源模塊根據電池電量信息來決定啟用太陽能電池還是蓄電池，并利用穩壓模塊穩定出3.3V、5V、24V的電壓；所述控制系統與無線通信模塊連接用于水面清潔機器人和地面控制站之間的信息通信。

進一步地，所述驅動裝置包括手腕舵機、前臂舵機、后臂舵機、電機減速器、轉向云臺電機，所述轉向云臺電機通過齒輪軸和電機減速器相連，用于驅動轉向云臺轉向；所述后臂舵機安裝在后臂的后端，驅動后臂上下擺動；所述前臂舵機安裝在后臂和前臂的連接處，用于驅動前臂上下擺動；所述手腕舵機安裝在前臂的最前端，用于控制機械手抓取目標。