[發明專利]基于機器視覺的水陸兩棲清潔無人船及其清潔方法

在審

• 申請號: 201911181111.6
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN112848823A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 熊新紅;吳林翼;李方軒;李怡函
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B60F3/00
• 分類號: B60F3/00;B63B35/32;B63B3/00;E02B15/10;H04N5/225;G06K9/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡琳萍

1.一種基于機器視覺的水陸兩棲清潔無人船，其特征在于：包括雙槳輪無人船船體和安裝在無人船船體上的圖像獲取裝置、垃圾收集裝置、垃圾粉碎裝置、可伸縮式履帶底盤和槳輪、可收起的邊刷和滾刷、數據交互裝置、自主控制器、蓄電裝置；

船體和船體上方的頂蓋之間夾合一個船體前部開口的空腔；

所述的圖像獲取裝置包括紅外熱成像相機、彩色可見光相機、黑白可見光相機組合電動云臺而成，通過云臺設置于船體上方的頂蓋上；

垃圾收集裝置，由固定于空腔內船體前中部的鏈帶式電動垃圾收集器、位于空腔前部開口處的可收起的滾刷、以及開口外部兩側可收起的邊刷組成；

所述的垃圾粉碎裝置由置于船體空腔內部的金屬粉碎刀和垃圾收集箱組成，金屬粉碎刀與垃圾收集裝置的鏈帶式電動垃圾收集器對接；

可伸縮式履帶底盤和槳輪置于船體底板下方兩側并間隔分置，所述的可伸縮式履帶底盤由船體延伸出的伸縮式固定架、固定架末端的減震彈簧和各連接于固定架兩端的分體式橡膠履帶動力裝置組成，可伸縮式履帶底盤在工作狀態時向下方伸出而使分體式橡膠履帶與地面接觸，并和槳輪交替處于工作狀態，槳輪工作時，可伸縮式履帶底盤向上收回到緊貼船體位置；

所述的數據交互裝置由置于船體內部的數據收發器和置于船體頂端的信號天線組成，用于無人船與工作人員之間的數據交互；

所述的自主控制器由船體內部的傳感裝置和自主控制決策微型計算機組成，用于通過數據交互接收工作人員的指令；

所述蓄電裝置由船體內部的大容量鋰電池組成。

2.根據權利要求1所述的基于機器視覺的水陸兩棲清潔無人船，其特征在于：在船體底板下方的中后部位置設置負重輪，所述負重輪分置于船體兩側對稱設置，并與在伸出工作狀態時的可伸縮式履帶底盤底部平齊。

3.根據權利要求1所述的基于機器視覺的水陸兩棲清潔無人船，其特征在于：兩個大功率無刷直流電機密封固定在船體兩側并與微型計算機的傳動系統相連，在水面或陸地時分別為槳輪、可伸縮式履帶底盤提供動力。

4.根據權利要求1所述的基于機器視覺的水陸兩棲清潔無人船，其特征在于：垃圾粉碎裝置由粉碎刀輥系、承載機箱、料斗、動力系統組成并與船體的自主控制器連接；當垃圾被收集進入船內時，垃圾粉碎裝置啟動，粉碎垃圾。

5.根據權利要求1所述的基于機器視覺的水陸兩棲清潔無人船，其特征在于：蓄電裝置配合設置充電裝置，充電裝置與無人船存放平臺的充電樁配合插充。

6.一種自識別污染物清理方法，其特征在于采用上述權利要求1-5任一項所述基于機器視覺的水陸兩棲清潔無人船，無人船按照預設路線和巡航范圍巡航并自主進行水面和陸地作業，無人船利用紅外熱成像相機、彩色可見光相機和黑白可見光相機監測指定區域內的垃圾污染物、障礙物和人員，獨立完成圖像識別和決策，并自主行進到目標區域，通過鏈帶式垃圾收集器和邊刷、滾刷對污染物進行有效清除；完成巡航作業后自動返航回到原位。

7.根據權利要求6所述的一種自識別污染物清理方法，其特征在于包括以下步驟：

無人船接收到開始作業信號的指令，由無人船存放平臺自主出發，開始按照預設路線和巡航范圍巡航，同時GPS、圖像獲取裝置開始作用，獲取無人船周圍環境信息，對周圍環境中的污染物、障礙物和人員進行檢測，并由自主控制器進行運動狀態調控；

自主控制器根據獲取的圖像信息判斷此時周圍環境，當檢測到周圍環境存在污染物時，無人船會通過微型計算機制定巡航路線靠近污染物并進行垃圾清理；當無人船檢測到陸地環境時，則下達指令信號以控制分體式履帶底盤下降與地面接觸，由履帶和負重輪保持船體前行；當無人船檢測到水面環境時，則下達指令信號以控制分體式履帶底盤上升收起到船體底部，通過槳輪讓船體前行；作業完成后繼續按預設路線完成巡航。

8.根據權利要求6所述的一種自識別污染物清理方法，其特征在于當無人船檢測到周圍存在障礙物時，會通過微型計算機制定避讓路線；當無人船檢測到有人員活動時，會優先避讓，并進行語音提示，以防人員受傷或對巡航作業造成影響；當檢測到電池電量不足，則自動返航并自動充電。