阅读说明：本技术 一种海岸线垃圾回收机器人 (Coastline rubbish recovery robot ) 是由 李�东 明平象 李明聪 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及环保设备领域,具体是涉及一种海岸线垃圾回收机器人,包括有无人机,无人机包括有机身和安装在机身内部的定位系统、多种传感器以及蓄电池、工业电脑,机身的两侧安装有机翼,机身的尾端和机翼的悬空端均安装有引擎,引擎的输出轴上安装有螺旋桨,机身的内部设置有设备舱和网舱,设备舱内安装有收网器,网舱内安装有拦截网,机翼、引擎、收网器均与工业电脑电连接；该技术方案解决了传统技术中清理海面漂浮垃圾需要人工驾驶打捞船前去打捞,费时费力成本高昂的问题。(The invention relates to the field of environment-friendly equipment, in particular to a coastline garbage recycling robot which comprises an unmanned aerial vehicle, wherein the unmanned aerial vehicle comprises a machine body, a positioning system, a plurality of sensors, a storage battery and an industrial computer, wherein the positioning system, the plurality of sensors, the storage battery and the industrial computer are arranged in the machine body; according to the technical scheme, the problem that time and labor are wasted and the cost is high because the fishing vessel needs to be driven manually to salvage the floating garbage on the sea surface in the traditional technology is solved.)

一种海岸线垃圾回收机器人

技术领域

本发明涉及环保设备领域，具体是涉及一种海岸线垃圾回收机器人。

背景技术

海洋垃圾是指海洋和海岸环境中具持久性的、人造的或经加工的固体废弃物。海洋垃圾影响海洋景观，威胁航行安全，并对海洋生态系统的健康产生影响，进而对海洋经济产生负面效应，这些海洋垃圾一部分停留在海滩上，一部分可漂浮在海面或沉入海底。

仅是太平洋上的海洋垃圾就已达300多万平方公里，甚至超过了印度的国土面积，在太平洋上形成了一个面积有得克萨斯州那么大的以塑料为主的“海洋垃圾带”。如果不采取措施，海洋将无法负荷，而人类也将无法生存。

海洋中的塑料垃圾主要有三个来源，一是暴风雨把陆地上掩埋的塑料垃圾冲到大海里；二是海运业中的少数人缺乏环境意识，将塑料垃圾倒入海中；第三就是各种海损事故，货船在海上遇到风暴，甲板上的集装箱掉到海里，其中的塑料制品就会成为海上“流浪者”。

2008年的海洋垃圾监测统计结果表明，人类在海岸活动和娱乐活动，航运、捕鱼等海上活动是海滩垃圾的主要来源，分别占57％和21％；人类海岸活动和娱乐活动，其它弃置物是海面漂浮垃圾的主要来源，分别占57％和31％。

塑料袋、塑料瓶等塑料包装如今充斥着我们的生活，“白色污染”笼罩之下，塑料已被英国某媒体评为20世纪“最糟糕的发明”。监测结果表明，海面漂浮垃圾主要为塑料袋、漂浮木块、浮标和塑料瓶等。

海面漂浮的大块和特大块垃圾平均个数为0.001个/百平方米；表层水体小块及中块垃圾平均个数为0.12个/百平方米。海面漂浮垃圾的分类统计结果表明，塑料类垃圾数量最多，占41％，其次为聚苯乙烯塑料泡沫类和木制品类垃圾，分别占19％和15％。表层水体小块及中块垃圾的总密度为2.2克/百平方米，其中，木制品类、玻璃类和塑料类垃圾密度最高，分别为0.9克/百平方米、0.5克/百平方米和0.4克/百平方米。

海洋垃圾不仅会造成视觉污染，还会造成水体污染，造成水质恶化。我们所消耗的每一片塑料，都有可能流入大海。光是太平洋上的海洋垃圾就已经达到350万平方公里，超过了印度的国土面积，如果再不采取措施的话，海洋将无法负荷，而人类也终将无法生存。

对于沉入海底的垃圾，以人类现有的技术手段尚无力回收，但是，对于漂浮在海面上的垃圾，以人类现有的技术手段可以做到有效地收集，为此，我们需要能够打捞海面漂浮垃圾的设备。

中国专利CN107117268B公开了一种异构系统的海洋垃圾回收方法及系统，该系统包括用于采集飞行区域内的海洋环境信息，定位海洋垃圾并发送给船的多旋翼飞行器，以及用于与飞行器进行通信并进行垃圾回收的船。本发明通过多旋翼飞行器在海洋上空进行监控，视野范围广，解决了传统的定位和回收方法中海洋垃圾的小范围、低效率的问题，同时通过采用多旋翼飞行器和船的协作，多层次、空间立体搜索海洋垃圾，有效的解决了海洋垃圾的快速清理问题，对海洋环境的保护具有重要意义。

通过该专利公开的海洋垃圾搜索设备可以有效地搜索海面上的漂浮垃圾，因此仅需要开发能够在海面上收集垃圾的无人机，尤其是能够自行在海岸线附近收集垃圾的无人机，因为海岸线附近的漂浮垃圾会给人带来直观的感受，能够显著的影响到依靠海岸线旅游业发展的城市和国家，任何漂浮至海岸线附近的垃圾或者被人为抛弃至海岸线上并且被潮汐卷入海面的垃圾，都应该被立即处理，避免出现垃圾围堵海岸线的情况。

中国专利CN201910765691.7公开了一种水上垃圾回收机器人，包括船体，所述船体中部对称设有左浮筒和右浮筒，所述左浮筒和右浮筒与船体之间通过垃圾回收装置连接，所述垃圾回收装置包括斜垃圾档杆、垃圾档杆、回转拨杆及垃圾储存箱，当机器人在水上行走时斜垃圾档杆可以将垃圾挡住，垃圾被挡住后，回转拨杆绕其顶部旋转，将垃圾沿着垃圾回收装置的回转路径拨至上端，垃圾被垃圾档杆拨至垃圾储存箱内。其主要特点是可以在回收拨动垃圾的同时，利用其旋转至下端时拨动水面，水给予回转拨杆的反作用力可以作为机器前进的一部分动力，实现水上垃圾自动收集，节约人力，提高垃圾收集效率。

该专利公开的水上垃圾回收机器人仅适用于平缓的水面，在小范围内收集少量的漂浮垃圾，不适用于广阔和海浪巨大的海面，为此需要一种能够在海岸线附近工作，适应较大海浪并且能够大范围收集垃圾的回收机器人。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种海岸线垃圾回收机器人，该技术方案解决了传统技术中清理海面漂浮垃圾需要人工驾驶打捞船前去打捞，费时费力成本高昂的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种海岸线垃圾回收机器人，包括有无人机，无人机包括有机身和安装在机身内部的定位系统、多种传感器以及蓄电池、工业电脑，机身的两侧安装有机翼，机身的尾端和机翼的悬空端均安装有引擎，引擎的输出轴上安装有螺旋桨，机身的内部设置有设备舱和网舱，设备舱内安装有收网器，网舱内安装有拦截网，机翼、引擎、收网器均与工业电脑电连接。

作为一种一种海岸线垃圾回收机器人的一种优选方案，拦截网包括有渔网和安装在渔网底部的若干配重球，配重球沿着渔网的长度方向等间距排列，收网器的工作端和渔网的顶部固定连接。

作为一种一种海岸线垃圾回收机器人的一种优选方案，渔网的顶部安装有若干浮漂，浮漂沿着渔网的长度方向等间距排列。

作为一种一种海岸线垃圾回收机器人的一种优选方案，机身的尾部设置有连通至网舱的开口，开口底部安装有可翻转的舱门和驱动舱门翻转的直线驱动器，舱门包括有门板、横杆、第一铰链和第二铰链，横杆固定安装在网舱内部，横杆位于开口旁侧的上方，第一铰链固定安装在开口的底部两侧，门板的底端与第一铰链固定连接，第二铰链固定安装在门板的中部两侧，第二铰链位于门板靠近开口的一面，直线驱动器分别设置于舱门的两侧，直线驱动器的两端分别与横杆、第二铰链铰接；门板封闭开口状态下，门板的自由端向上并且朝向远离机身的方向倾斜，门板开启开口状态下，门板的自由端向下并且朝向远离机身的方向倾斜。

作为一种一种海岸线垃圾回收机器人的一种优选方案，门板的底部设置有收纳框，收纳框为弯曲成C型的长条形状，收纳框位于舱门朝向网舱的一面,收纳框的开口方向始终朝向门板的自由端方向。

作为一种一种海岸线垃圾回收机器人的一种优选方案，机翼包括有主轴、副轴、翼部、第一旋转驱动器，翼部设置在机身外部的两侧，主轴可水平旋转地安装在设备舱内部，副轴固定安装在主轴的两端，主轴与副轴同轴设置，副轴贯穿机身的壳体与翼部固定连接，第一旋转驱动器固定安装在设备舱内部，第一旋转驱动器的输出轴与主轴传动连接。

作为一种一种海岸线垃圾回收机器人的一种优选方案，第一旋转驱动器包括有伺服电机、蜗轮、蜗杆，蜗轮固定安装在主轴上，蜗杆可旋转地安装在设备舱内部，蜗杆与蜗轮啮合并且通过刚性联轴器与伺服电机的输出轴传动连接。作为一种一种海岸线垃圾回收机器人的一种优选方案，机身的两侧设置有底面位于机身底面下方的浮筒。

作为一种一种海岸线垃圾回收机器人的一种优选方案，机身的底部设置有万向轮，万向轮一共有四个，四个万向轮分别分布于机身的四角，万向轮固定安装在机身的底面或者浮筒的底面上。

作为一种一种海岸线垃圾回收机器人的一种优选方案，收网器包括有转轴，转轴可旋转地安装在设备舱内部，转轴上固定安装有一对绞盘，每个绞盘均卷绕有钢丝绳，钢丝绳分别与拦截网的两端固定连接，转轴的旁侧还设置有与转轴的轴部传动连接的第二旋转驱动器。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

定位系统用于向工业电脑发出位置信号，传感器用于向工业电脑发送视觉、听觉信号以及风力、高度等信号，使得无人机能够在定位系统指引下并根据传感器的反馈来矫正路线从而移动，蓄电池用于向工业电脑、引擎、收网器供电，引擎通过螺旋桨产生升力使得无人机能够飞行，机身内部通过隔板隔离出设备舱和网舱，收网器用于收放拦截网，拦截网拖挂在无人机的尾部并漂浮在海面上，通过无人机的移动拖拽着拦截网移动；

无人机有三种不同的工作状态，分别适应于海陆空三种不同的工作环境，监控控制中心对海岸线附近的海面实时监控，检测海面是否有漂浮垃圾；

非工作状态下，无人机停靠在机库内，当监控控制中心发现海面上有漂浮垃圾时，监控控制中心发出信号给无人机，无人机启动，机翼向前旋转使得引擎和螺旋桨朝向无人机的前方，引擎驱动螺旋桨旋转产生向后的推力，无人机通过万向轮在路面上行驶，需要转向时通过调整机身两侧的引擎输出功率，使得机身两侧获得不同的推力实现转向；

当无人机来到路面的尽头时，机翼向上旋转使得引擎和螺旋桨均朝向无人机的顶端，引擎驱动螺旋桨旋转产生向下的推力，无人机通过其机翼两端和尾部安装的引擎垂直升起；

无人机升空后，机翼向前旋转使得引擎和螺旋桨产生向后的推力，无人机通过机翼产生的浮力飞行；

无人机来到漂浮着垃圾的海面上空后，直线驱动器驱动舱门开启，收纳框中放置的配重球在重力的作用下向下滑动并坠落到海中，配重球拖拽着渔网和浮漂一起坠落至海中，形成一片范围广阔的拦截网；

随后无人机飞行到漂浮着垃圾的海面前方，通过拦截网将垃圾网兜在内部，接着无人机降落至海面上，机翼向前旋转使得引擎和螺旋桨朝向无人机的前方，引擎驱动螺旋桨旋转产生向后的推力，无人机通过浮筒在海面上航行，需要转向时通过调整机身两侧的引擎输出功率，使得机身两侧获得不同的推力实现转向；

在无人机抵达海岸时，无人机再次飞起并将漂浮垃圾通过拦截网拉扯至海岸上，等待工作人员前来处理。

该机器人能够自动完成海面垃圾回收工作中的收集工序，大大提高了海岸线环保清洁工作的效率。

附图说明

图1和图2为本发明所述的一种海岸线垃圾回收机器人的飞行状态两种不同视角的立体图；

图3为本发明所述的一种海岸线垃圾回收机器人的工作状态立体图；

图4为本发明所述的一种海岸线垃圾回收机器人的工作状态侧视图；

图5为本发明所述的一种海岸线垃圾回收机器人的工作状态后视图；

图6为图5的A处局部放大图；

图7为图5的B-B方向剖视图；

图8为图7的C处局部放大图；

图9为本发明所述的一种海岸线垃圾回收机器人的机翼立体图；

图10为本发明所述的一种海岸线垃圾回收机器人的收网器立体图；

图中标号为：

1-机身；1a-舱门；1a1-收纳框；1b-直线驱动器；1c-浮筒；1d-万向轮；

2-机翼；2a-主轴；2b-副轴；2c-翼部；2d-第一旋转驱动器；2d1-伺服电机；2d2-蜗轮；2d3-蜗杆；

3-引擎；

4-螺旋桨；

5-收网器；5a-转轴；5b-绞盘；5c-钢丝绳；5d-第二旋转驱动器；

6-拦截网；6a-渔网；6b-配重球；6c-浮漂。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参照图1至图10所示的一种海岸线垃圾回收机器人，包括有无人机，无人机包括有机身1和安装在机身1内部的定位系统、多种传感器以及蓄电池、工业电脑，机身1的两侧安装有机翼2，机身1的尾端和机翼2的悬空端均安装有引擎3，引擎3的输出轴上安装有螺旋桨4，机身1的内部设置有设备舱和网舱，设备舱内安装有收网器5，网舱内安装有拦截网6，机翼2、引擎3、收网器5均与工业电脑电连接。

无人机通过监控控制中心遥控控制，监控控制中心检测到海面上有漂浮垃圾时向无人机的工业电脑发出工作信号，定位系统用于向工业电脑发出位置信号，传感器用于向工业电脑发送视觉、听觉信号以及风力、高度等信号，使得无人机能够在定位系统指引下并根据传感器的反馈来矫正路线从而移动，蓄电池用于向工业电脑、引擎3、收网器5供电，引擎3通过螺旋桨4产生升力使得无人机能够飞行，机身1内部通过隔板隔离出设备舱和网舱，收网器5用于收放拦截网6，拦截网6拖挂在无人机的尾部并漂浮在海面上，通过无人机的移动拖拽着拦截网6移动，从而使得拦截网6能够网兜海岸线附近的海面上的垃圾，再通过无人机将垃圾拖拽到岸上等待工作人员处理。

拦截网6包括有渔网6a和安装在渔网6a底部的若干配重球6b，配重球6b沿着渔网6a的长度方向等间距排列，收网器5的工作端和渔网6a的顶部固定连接。

配重球6b的密度大于海水的密度，收网器5拖拽着渔网6a的顶部，使其不沉于水面，配重球6b在重力的作用下将渔网6a的底部向下拖拽，使得渔网6a在海面上竖直摊开，使其能够尽可能地多的网兜海面上的漂浮垃圾。

渔网6a的顶部安装有若干浮漂6c，浮漂6c沿着渔网6a的长度方向等间距排列。

浮漂6c的密度小于海水的密度，浮漂6c用于确保渔网6a顶部的每个部位均位于海面上，不会出现渔网6a两端被收网器5拉扯着浮于海面，而渔网6a中部则沉入海面下方的情况，同时，当无人机转向或减速，导致收网器5的工作端与渔网6a之间的拉扯力松弛时，浮漂6c能够确保渔网6a的顶部位于海面上方。

机身1的尾部设置有连通至网舱的开口，开口底部安装有可翻转的舱门1a和驱动舱门1a翻转的直线驱动器1b，舱门1a包括有门板1a1、横杆1a2、第一铰链1a3和第二铰链1a4，横杆1a2固定安装在网舱内部，横杆1a2位于开口旁侧的上方，第一铰链1a3固定安装在开口的底部两侧，门板1a1的底端与第一铰链1a3固定连接，第二铰链1a4固定安装在门板1a1的中部两侧，第二铰链1a4位于门板1a1靠近开口的一面，直线驱动器1b分别设置于舱门1a的两侧，直线驱动器1b的两端分别与横杆1a2、第二铰链1a4铰接；门板1a1封闭开口状态下，门板1a1的自由端向上并且朝向远离机身1的方向倾斜，门板1a1开启开口状态下，门板1a1的自由端向下并且朝向远离机身1的方向倾斜。

直线驱动器1b为电动推杆，直线驱动器1b伸长或缩短分别可以导致门板1a1顺时针开启或者逆时针关闭，门板1a1封闭时，门板1a1的自由端向上并且朝向远离机身1的方向倾斜，配重球6b搭在门板1a1的底端，门板1a1开启时，门板1a1的自由端向下并且朝向远离机身1的方向倾斜，使得网舱暴露在外，从而使得配重球6b能够从机身1内部朝向海面坠落。

门板1a1的底部设置有收纳框1a5，收纳框1a5为弯曲成C型的长条形状，收纳框1a5位于舱门1a朝向网舱的一面,收纳框1a5的开口方向始终朝向门板1a1的自由端方向。

收纳框1a5的开口方向倾斜朝上时，收纳框1a5用于收纳配重球6b，当直线驱动器1b驱动舱门1a向外翻转使收纳框1a5开口方向倾斜朝下时，配重球6b在重力的作用下顺着舱门1a的内壁向下滑落，同时收网器5释放对渔网6a的固定，配重球6b拖拽着渔网6a落入海面中，从而完成撒网，收纳框1a5的功能相当于伴随着舱门1a翻转工作的机械手，用于将配重球6b从网舱内部移动至网舱外部。

机翼2包括有主轴2a、副轴2b、翼部2c、第一旋转驱动器2d，翼部2c设置在机身1外部的两侧，主轴2a可水平旋转地安装在设备舱内部，副轴2b固定安装在主轴2a的两端，主轴2a与副轴2b同轴设置，副轴2b贯穿机身1的壳体与翼部2c固定连接，第一旋转驱动器2d固定安装在设备舱内部，第一旋转驱动器2d的输出轴与主轴2a传动连接。

主轴2a将第一旋转驱动器2d输出的转矩传递给副轴2b，副轴2b用于安装翼部2c，工作时，第一旋转驱动器2d用于驱动主轴2a旋转，主轴2a旋转带动副轴2b旋转，副轴2b旋转带动翼部2c旋转，翼部2c旋转带动引擎3和螺旋桨4旋转，引擎3和螺旋桨4变向使得无人机能够垂直起降，也能够像正常的双翼飞机一样飞行。

第一旋转驱动器2d包括有伺服电机2d1、蜗轮2d2、蜗杆2d3，蜗轮2d2固定安装在主轴2a上，蜗杆2d3可旋转地安装在设备舱内部，蜗杆2d3与蜗轮2d2啮合并且通过刚性联轴器与伺服电机2d1的输出轴传动连接。

蜗杆2d3可旋转地安装在两个轴承座上，伺服电机2d1驱动蜗杆2d3旋转带动蜗轮2d2旋转，涡轮蜗杆副具有很高的传动比，使得伺服电机2d1能够以较小的功率驱动体积庞大的翼部2c旋转，同时涡轮蜗杆副可以自锁，使得伺服电机2d1不工作时，翼部2c不会自行转动。

机身1的两侧设置有底面位于机身1底面下方的浮筒1c。

浮筒1c用于向机身1提供浮力，使得无人机降落于海面上时，无人机可以通过浮筒1c漂浮在海面上，当无人机漂浮在海面上时，第一旋转驱动器2d工作驱动主轴2a带动副轴2b、翼部2c向前旋转，使得引擎3和螺旋桨4水平朝向无人机的前方，无人机通过引擎3和螺旋桨4向后输出的风力在海面上前行，将网兜在拦截网6内部的海面漂浮垃圾拖拽到海岸上，该工作状态相比较于无人机飞行状态，能够大幅度地为无人机省电，提高了蓄电池的工作续航。

机身1的底部设置有万向轮1d，万向轮1d一共有四个，四个万向轮1d分别分布于机身1的四角，万向轮1d固定安装在机身1的底面或者浮筒1c的底面上。

万向轮1d用于提供支撑作用，使得无人机能够在地面上移动，使得无人机降落于地面上时，无人机可以通过万向轮1d行驶在路面上，当无人机停留在路面上时，第一旋转驱动器2d工作驱动主轴2a带动副轴2b、翼部2c向前旋转，使得引擎3和螺旋桨4水平朝向无人机的前方，无人机通过引擎3和螺旋桨4向后输出的风力在路面上前行，方便无人机进出机库，该工作状态相比较于无人机飞行状态，能够大幅度地为无人机省电，提高了蓄电池的工作续航；待无人机移动至无路面的区域时，无人机切换为飞行状态，第一旋转驱动器2d驱动主轴2a带动副轴2b和翼部2c使得引擎3和螺旋桨4竖直朝上设置，无人机垂直起降从而飞起。

收网器5包括有转轴5a，转轴5a可旋转地安装在设备舱内部，转轴5a上固定安装有一对绞盘5b，每个绞盘5b均卷绕有钢丝绳5c，钢丝绳5c分别与拦截网6的两端固定连接，转轴5a的旁侧还设置有与转轴5a的轴部传动连接的第二旋转驱动器5d。

第二旋转驱动器5d包括有伺服电机和齿轮副，具体地，齿轮副为锥齿轮副，伺服电机通过锥齿轮副与转轴5a的中部传动连接，转轴5a旋转带动绞盘5b旋转，绞盘5b旋转卷绕钢丝绳5c，钢丝绳5c收卷至绞盘5b上，同时拦截网6被钢丝绳5c拉扯着回到网舱中。

本发明的工作原理：

无人机有三种不同的工作状态，分别适应于海陆空三种不同的工作环境，监控控制中心对海岸线附近的海面实时监控，检测海面是否有漂浮垃圾；

非工作状态下，无人机停靠在机库内，当监控控制中心发现海面上有漂浮垃圾时，监控控制中心发出信号给无人机，无人机启动，机翼2向前旋转使得引擎3和螺旋桨4朝向无人机的前方，引擎3驱动螺旋桨4旋转产生向后的推力，无人机通过万向轮1d在路面上行驶，需要转向时通过调整机身1两侧的引擎3输出功率，使得机身1两侧获得不同的推力实现转向；

当无人机来到路面的尽头时，机翼2向上旋转使得引擎3和螺旋桨4均朝向无人机的顶端，引擎3驱动螺旋桨4旋转产生向下的推力，无人机通过其机翼2两端和尾部安装的引擎3垂直升起；

无人机升空后，机翼2向前旋转使得引擎3和螺旋桨4产生向后的推力，无人机通过机翼2产生的浮力飞行；

无人机来到漂浮着垃圾的海面上空后，直线驱动器1b驱动舱门1a开启，收纳框1a5中放置的配重球6b在重力的作用下向下滑动并坠落到海中，配重球6b拖拽着渔网6a和浮漂6c一起坠落至海中，形成一片范围广阔的拦截网；

随后无人机飞行到漂浮着垃圾的海面前方，通过拦截网6将垃圾网兜在内部，接着无人机降落至海面上，机翼2向前旋转使得引擎3和螺旋桨4朝向无人机的前方，引擎3驱动螺旋桨4旋转产生向后的推力，无人机通过浮筒1c在海面上航行，需要转向时通过调整机身1两侧的引擎3输出功率，使得机身1两侧获得不同的推力实现转向；

在无人机抵达海岸时，无人机再次飞起并将漂浮垃圾通过拦截网6拉扯至海岸上，等待工作人员前来处理。