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原文传递一种用于水面垃圾清洁与分类的水面机器人及分类打捞方法

专利名称：	一种用于水面垃圾清洁与分类的水面机器人及分类打捞方法
摘要：	本发明公开了一种用于水面垃圾清洁与分类的水面机器人及分类打捞方法，包括电动船的船体，所述船体的内部设置有垃圾仓，垃圾仓内拆卸式安装有分类垃圾桶；船体一端的底部安装有垃圾收集传输装置，垃圾收集传输装置的一端位于垃圾仓内并与分类垃圾桶的位置相对应、另一端伸出船体的外部；垃圾收集传输装置的包括转动连接在船体上的支撑架，所述支撑架的表面铺设有一圈传送带，所述传送带表面开设有栅格；所述支撑架连接有升降装置驱使其一端做上下运动，所述传送带连接有转动装置使其转动；位于船体外部的支撑架端部两侧分别固设有固定挡板；位于传送带顶端面设置有活动挡板。实现水面垃圾的打捞与分类倾倒入分类垃圾桶中，减轻后期垃圾分类工作。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	安徽;34
申请人：	中国科学院合肥物质科学研究院
发明人：	张凯;余道洋;刘锦淮
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910223183.6
公开号：	CN110001875A
代理机构：	合肥天明专利事务所(普通合伙)
代理人：	汪贵艳
分类号：	B63B35/32(2006.01);B;B63;B63B;B63B35
申请人地址：	230031 安徽省合肥市蜀山湖路350号
主权项：	1.一种用于水面垃圾清洁与分类的水面机器人，包括电动船的船体（1），其特征在于：所述船体（1）的内部设置有垃圾仓（13），所述垃圾仓（13）内拆卸式安装有分类垃圾桶（7）；所述船体（1）一端的底部安装有垃圾收集传输装置（4），所述垃圾收集传输装置（4）的一端位于所述垃圾仓（13）内并与所述分类垃圾桶（7）的位置相对应，垃圾收集传输装置（4）的另一端伸出船体（1）的外部；所述垃圾收集传输装置（4）的包括转动连接在船体（1）上的支撑架（47），所述支撑架（47）的表面铺设有一圈传送带（44），所述传送带（44）表面开设有栅格（45）；所述支撑架（47）连接有升降装置（42）驱使其一端做上下运动，所述传送带（44）连接有转动装置（43）使其转动；位于船体（1）外部的支撑架（47）端部两侧分别固设有固定挡板（6）；位于传送带（44）顶端面设置有活动挡板（5）。 2.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于：所述升降装置（42）安装在位于支撑架（47）两外侧的船体（1）内部；所述升降装置（42）为升降电机，其输出端通过丝杆组件（48）与支撑架（47）端部连接，升降电机转动通过丝杆组件（48）转化为支撑架（47）的上下运动。 3.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于：所述支撑架（47）的底端活动套设在转轴（41）上，所述转轴（41）的两端安装在固设在船体（1）上的底座（49）上。 4.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于：所述支撑架（47）的两端架设有用于支撑所述传送带（44）的传动辊（46）；所述转动装置（43）为电机，其对称安装在位于支撑架两外侧的船体（1）内部；转动装置（43）的输出端与其中一个传动辊（46）的端部连接驱使传送带（44）转动。 5.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于：位于船体（1）一端的活动挡板（5）的端部固定在支撑轴（51）上，所述活动挡板（5）的末端固设有与支撑架（47）侧壁相吸合的磁扣（53）；所述支撑轴（51）的一端与固设在船体（1）上的驱动装置（52）连接，驱使活动挡板（5）的末端沿着传送带（44）表面做左右摆动。 6.根据权利要求5所述的水面机器人，其特征在于：所述驱动装置（52）为正反转电机；支撑轴（51）所述支撑轴（51）位于传送带（44）的中轴线上；所述活动挡板（5）将传送带（44）的出口端一分为二成两个分类口，位于所述分类口的位置分别对应设置一个分类垃圾桶（7）；所述分类垃圾桶（7）内安装有用于检测所装垃圾量的感应器（71）。 7.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于：所述船体（1）顶端架设有安装架（2），所述安装架（2）上分别安装有高清摄像头（21）、红外摄像头（22）、红外传感器（23），所述高清摄像头（21）、红外摄像头（22）和红外传感器（23）的输出端均与主控板连接，所述主控板的输出端分别与升降装置（42）、转动装置（43）、活动挡板（5）和驱动器连接。 8.根据权利要求7所述的水面机器人，其特征在于：所述船体（1）的内部还设置有电机仓（11）和控制仓（12），所述电机仓（11）内设有锂电池、发电机，所述控制仓（12）内安装有主控板、通信模块和驱动器；所述船体（1）的顶表面铺设有太阳能电池板（3），所述太阳能电池板（3）的电流输出端与锂电池连接，所述锂电池通过UPS电源与发电机交互式连接，所述锂电池和发电机为船体（1）提供电源。 9.一种如权利要求8所述的水面机器人的分类打捞方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）一级图像识别：红外摄像头（22）对水面进行扫描，通过图像识别从水面图像中识别出漂浮在水面上的垃圾，如果发现目标，则主控板控制船体（1）以带有自主蔽障的方式航行到目标垃圾处；（2）二级红外识别：红外传感器（23）对该垃圾进行二级红外识别，对垃圾材质进行识别；如果识别出为可回收垃圾则进入步骤（4）打捞模式；如果识别为不可回收垃圾，则进入步骤（3）三级图像识别；（3）三级图像识别：再次启动红外摄像头（22）对目标垃圾进行三级图像识别，再次确定该垃圾的类别为可回收垃圾或者不可回收垃圾；（4）打捞模式：活动挡板（5）在驱动装置（52）的作用下向一侧移动，其末端的磁扣（53）与支撑架吸合而固定，从而将传送带（44）的出口端一个分类口封闭；传送带（44）在转动电机（43）的作用下向船内滚动，从而将垃圾输送到分类口处；而将垃圾倾倒入相应的可分类或不可分类垃圾桶（7）中。 10.根据权利要求9所述的垃圾分类打捞方法，其特征在于：所述步骤（1）中识别出水面上的垃圾的方法如下： a、对红外摄像头（22）扫描的水面图像通过背景差法进行背景建模，消除水面背景； b、对消除水面背景后的图像再进行图像分割，得到具有单一目标的子图像； c、计算子图像的面积，如其面积在规定的阈值范围内，则视为有效垃圾；所述步骤（2）中二级红外识别的方法如下： a、通过红外传感器（23）对识别出的有效垃圾进行扇形扫描； b、在该扇形扫描面积内再进行一次扫描，找到光谱稳定的位置，对有效垃圾进行定位； c、根据扫描所得到的红外光谱阈值对垃圾材质进行分析，判断垃圾类别是否为可回收；所述步骤（3）中三级图像识别的方法如下： a、使用红外摄像头（22）对目标垃圾所在区域再次进行扫描，从扫描图像中截取有效垃圾图像； b、使用OTSU法对该有效垃圾图像进行分割，得到具有单一目标的子图像； c、对子图像进行图像预处理，其中图像预处理包括图像降噪处理和图像形态学处理； d、对预处理后的图像进行颜色特征、文理特征、形态特征以及SURF局部特征的提取，并将这些特征与模板库中可回收垃圾的特征进行匹配，得出垃圾类别；其中形态特征包括几何特征和不变矩阵特征。
所属类别：	发明专利