本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種無線充電自動(dòng)清理水面機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，我國水域漂浮物污染問題日益嚴(yán)重。河道、近海、湖泊、水庫等水域漂浮漂浮物隨處可見。漂浮漂浮物已經(jīng)成為水體污染的重要來源，不僅影響了海洋江河湖泊生態(tài)系統(tǒng)，危害到居民健康，還對(duì)生態(tài)景觀造成了嚴(yán)重的損害。目前水域漂浮物的清理方式主要有機(jī)械清理和人工清理兩種。機(jī)械清理主要采用水面漂浮物清理船，這種清理方式效率高、清理量大，適用于漂浮物集中區(qū)域的清理。但是對(duì)于分散的漂浮物，采用漂浮物清理船的性價(jià)比和清理效率顯然很低，目前多采用人工清理方式。但是，人工清理也需要耗費(fèi)很高的人力、物力，并存在安全隱患。也有一些自動(dòng)漂浮物清理船可以在水面自主巡航，對(duì)沿途漂浮物進(jìn)行清理。但是這些漂浮物清理船沒有主動(dòng)搜索、捕獲漂浮物的能力，且都沒有考慮漂浮物的最終卸放和清理船的持續(xù)作業(yè)能力，距離實(shí)用應(yīng)用相距甚遠(yuǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種無線充電自動(dòng)清理水面機(jī)器人系統(tǒng)，采用自動(dòng)控制和無線充電技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)清理機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，漂浮物的識(shí)別、追蹤和捕獲，返航充電和漂浮物捕獲，無需人力干預(yù)，實(shí)用性強(qiáng)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種無線充電自動(dòng)清理水面機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人和基站，其中，

所述機(jī)器人包括防水電路部、推進(jìn)器、攝像模塊、漂浮物捕獲模塊、WiFi模塊和GPS模塊，所述推進(jìn)器、攝像模塊、漂浮物捕獲模塊、WiFi模塊和GPS模塊皆與防水電路部連接，其中，

所述防水電路部包括防水電路箱、第一線圈和第一磁鐵陣列，第一線圈和第一磁鐵陣列均固定在防水電路箱下方；

所述推進(jìn)器設(shè)置在防水電路箱兩側(cè)，用于實(shí)現(xiàn)所述機(jī)器人的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎；

所述攝像模塊包括攝像頭和與攝像頭連接的轉(zhuǎn)向電機(jī)，攝像頭為360°平面轉(zhuǎn)動(dòng)式，轉(zhuǎn)向電機(jī)為360°平面轉(zhuǎn)動(dòng)式；

所述漂浮物捕獲模塊包括活動(dòng)收集板、閘板、繩索、漂浮物收集籃、旋轉(zhuǎn)軸、電機(jī)、支撐框架和失電型電磁鐵，活動(dòng)收集板、漂浮物收集籃、旋轉(zhuǎn)軸和電機(jī)均與支撐框架連接；閘板通過繩索與旋轉(zhuǎn)軸連接；繩索還與活動(dòng)收集板連接；電機(jī)與旋轉(zhuǎn)軸連接，控制其正反轉(zhuǎn)；漂浮物收集籃通過失電型電磁鐵吸合在防水電路箱上方；

所述WiFi模塊固定在支撐框架上，用于和遙控終端通信；

所述GPS模塊固定在支撐框架上，用于得到機(jī)器人的實(shí)時(shí)位置；

所述基站包括支架、設(shè)置在支架前端的平臺(tái)、設(shè)置在支架上的轉(zhuǎn)軸、與轉(zhuǎn)軸垂直方向固定連接的轉(zhuǎn)桿、與轉(zhuǎn)桿前端固定連接的電磁鐵和與轉(zhuǎn)桿上部固定連接的靶標(biāo)，所述平臺(tái)上設(shè)置第二線圈和第二磁鐵陣列。

優(yōu)選地，所述防水電路箱中設(shè)置控制電路、監(jiān)測(cè)電路、無線充電電路、電池組和電子羅盤，監(jiān)測(cè)電路、無線充電電路、電池組和電子羅盤皆與控制電路連接。

優(yōu)選地，所述防水電路箱還包括水密線，所述防水電路箱通過所述水密線與推進(jìn)器、攝像模塊、漂浮物捕獲模塊、WiFi模塊和GPS模塊連接。

優(yōu)選地，所述第一線圈和第一磁鐵陣列通過環(huán)氧樹脂灌封，所述第一線圈和第一磁鐵陣列皆與防水電路箱固定連接。

優(yōu)選地，所述第一線圈采用多股利茲線繞制。

優(yōu)選地，所述活動(dòng)收集板的中部設(shè)置有彈簧，與支撐框架的連接處設(shè)置有彈簧。

優(yōu)選地，所述活動(dòng)收集板呈八字張開。

優(yōu)選地，所述第二線圈和第二磁鐵陣列通過環(huán)氧樹脂灌封，所述第二線圈和第二磁鐵陣列皆與平臺(tái)固定連接。

優(yōu)選地，所述第二線圈采用多股利茲線繞制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開的機(jī)器人系統(tǒng)具備自主漂浮物捕獲能力和自主回航充電能力，可以完全脫離人工自主、不間斷工作，并且可以與遙控終端進(jìn)行通信，可設(shè)定自主巡航清理路線，非常適合河道、湖泊、海洋等自然水面和水庫、泳池等人工水面的漂浮漂浮物清理。此外，該機(jī)器人還具備漂浮物自動(dòng)傾倒能力，可以將收集到的漂浮物集中到岸邊基站上的漂浮物堆放點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)無人運(yùn)作。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例無線充電自動(dòng)清理機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例無線充電自動(dòng)清理機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例無線充電自動(dòng)清理機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)仰視圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例無線充電自動(dòng)清理機(jī)器人系統(tǒng)的基站結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例無線充電自動(dòng)清理機(jī)器人系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

參見圖1-5所示，為本發(fā)明實(shí)施例的無線充電自動(dòng)清理機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖、機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖、仰視圖、基站結(jié)構(gòu)示意圖和系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖，本系統(tǒng)包括機(jī)器人1和基站2，其中，

所述機(jī)器人1包括防水電路部11、推進(jìn)器12、攝像模塊13、漂浮物捕獲模塊14、WiFi模塊15和GPS模塊16，所述推進(jìn)器12、攝像模塊13、漂浮物捕獲模塊14、WiFi模塊15和GPS模塊16皆與防水電路部11連接，其中，

防水電路部11包括防水電路箱111、第一線圈112和第一磁鐵陣列113，第一線圈112和第一磁鐵陣列113均固定在防水電路箱111下方；

推進(jìn)器12設(shè)置在防水電路箱111兩側(cè)，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人1的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎；

攝像模塊13包括攝像頭和與攝像頭連接的轉(zhuǎn)向電機(jī)，攝像頭為360°平面轉(zhuǎn)動(dòng)式，轉(zhuǎn)向電機(jī)為360°平面轉(zhuǎn)動(dòng)式；

漂浮物捕獲模塊14包括活動(dòng)收集板141、閘板142、繩索143、漂浮物收集籃144、旋轉(zhuǎn)軸145、電機(jī)146、支撐框架147和失電型電磁鐵，活動(dòng)收集板141、漂浮物收集籃144、旋轉(zhuǎn)軸145和電機(jī)146均與支撐框架147連接；閘板142通過繩索143與旋轉(zhuǎn)軸145連接；繩索143還與活動(dòng)收集板141連接；電機(jī)146與旋轉(zhuǎn)軸145連接，控制其正反轉(zhuǎn)；漂浮物收集籃144通過失電型電磁鐵吸合在防水電路箱上方；

WiFi模塊15固定在支撐框架147上，用于和遙控終端通信；

GPS模塊16固定在支撐框架147上，用于得到機(jī)器人1的實(shí)時(shí)位置；

基站2包括支架21、設(shè)置在支架21前端的平臺(tái)22、設(shè)置在支架21上的轉(zhuǎn)軸23、與轉(zhuǎn)軸23垂直方向固定連接的轉(zhuǎn)桿24、與轉(zhuǎn)桿24前端固定連接的電磁鐵25和與轉(zhuǎn)桿24上部固定連接的靶標(biāo)26，平臺(tái)22上設(shè)置第二線圈221和第二磁鐵陣列222。

采用如上設(shè)置，防水電路部11和推進(jìn)器12全部處于水下，活動(dòng)收集板141、閘板142和漂浮物收集籃144在正常狀態(tài)下一半處于水下。

1、機(jī)器人1實(shí)現(xiàn)巡視功能。

機(jī)器人1的推進(jìn)通過兩個(gè)對(duì)稱的推進(jìn)器12實(shí)現(xiàn)，并通過控制兩個(gè)推進(jìn)器12的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人1的前進(jìn)和后退，控制兩個(gè)推進(jìn)器12的不同轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)機(jī)器人1的轉(zhuǎn)彎。機(jī)器人1可設(shè)置終端(手機(jī)或平板電腦)遙控和自主巡航兩種模式。終端遙控模式中，終端通過WiFi跟機(jī)器人1的WiFi模塊15通訊，并且控制機(jī)器人1的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎，并可以通過攝像模塊13看到攝像頭傳回的實(shí)時(shí)畫面，此外，可以通過終端給機(jī)器人1設(shè)定巡航、返航、捕獲等任務(wù)。自主巡航模式中，機(jī)器人1根據(jù)設(shè)定好的路徑點(diǎn)進(jìn)行漂浮物清理，當(dāng)機(jī)器人1到達(dá)設(shè)定點(diǎn)后，攝像模塊13進(jìn)行水平和豎直方向的360°旋轉(zhuǎn)掃描，如發(fā)現(xiàn)漂浮物，則進(jìn)行清理，清理完成后，前往下一個(gè)設(shè)定點(diǎn)。

2、機(jī)器人1實(shí)現(xiàn)漂浮物識(shí)別、追蹤和捕獲功能。

在機(jī)器人1的巡航和搜索過程中，采用機(jī)器視覺算法進(jìn)行水面漂浮物識(shí)別，并獲取水面漂浮物在圖像平面中的坐標(biāo)；然后以漂浮物的坐標(biāo)信息為反饋量，控制機(jī)器人1追蹤漂浮物前進(jìn)，直至機(jī)器人駛于漂浮物所在區(qū)域。

當(dāng)機(jī)器人1通過水面漂浮物所在位置時(shí)，漂浮物由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)被導(dǎo)入到兩塊活動(dòng)收集板141之間的區(qū)域，由電機(jī)146帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸145軸向順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸145上纏繞的兩股繩索143被收緊，一股繩索143帶動(dòng)閘板142向上運(yùn)動(dòng)，另一股繩索143帶動(dòng)活動(dòng)收集板141向內(nèi)并攏，此時(shí)，機(jī)器人1繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，漂浮物隨著水流滑入漂浮物收集籃144中；經(jīng)過適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，電機(jī)146反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸145軸向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，活動(dòng)收集板141回到默認(rèn)張開位置，與此同時(shí)，閘板142在重力的作用下回落，將漂浮物阻擋在漂浮物收集籃144內(nèi)，完成漂浮物捕獲。

3、機(jī)器人系統(tǒng)完成返航充電和漂浮物傾倒功能。

具有充電和傾倒漂浮物功能的基站2建在岸邊，其結(jié)構(gòu)示意圖參見圖4?；?的支架21上設(shè)置有轉(zhuǎn)軸23，轉(zhuǎn)桿24與轉(zhuǎn)軸23垂直固定連接，轉(zhuǎn)桿24上設(shè)置有靶標(biāo)26，用于引導(dǎo)機(jī)器人1返航。返航充電的第一步是根據(jù)路徑點(diǎn)巡航行駛到基站2前方的位置。攝像頭旋轉(zhuǎn)180°正對(duì)機(jī)器人1的后方，對(duì)基站2上的靶標(biāo)26進(jìn)行識(shí)別；然后采用視覺引導(dǎo)技術(shù)使機(jī)器人1從正面退入基站2；機(jī)器人進(jìn)入基站后，轉(zhuǎn)桿24的前端裝有電磁鐵25，吸住機(jī)器人1的鐵磁性漂浮物收集籃144，通過轉(zhuǎn)軸23旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)轉(zhuǎn)桿24將漂浮物收集籃144抬起傾倒。漂浮物收集籃144通過失電型電磁鐵吸合在防水電路箱111上方，需要卸載漂浮物時(shí)，給失電型電磁鐵通電，吸力消失，漂浮物收集籃144就可以被移開。

具體應(yīng)用實(shí)例中，防水電路箱采用非金屬有機(jī)材料制作，可以為機(jī)器人提供足夠的浮力。

供機(jī)器人1停靠的平臺(tái)22位于水下，其內(nèi)或其上封有第二線圈222和第二磁鐵陣列221，當(dāng)機(jī)器人1順利回航到基站2，平臺(tái)22上的第二磁鐵陣列221跟機(jī)器人1防水電路箱111底部的第一磁鐵陣列113相互吸引，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人1的固定。此時(shí)，平臺(tái)22上的第二線圈222跟機(jī)器人1防水電路箱111底部的第一線圈112正好對(duì)準(zhǔn)，可以進(jìn)行無線充電，?？客瓿傻臋C(jī)器人1和基站2位置狀態(tài)參見圖5所示。如果機(jī)器人1要開始新的任務(wù)，只需控制推進(jìn)器12開動(dòng)到預(yù)定轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生的推進(jìn)力可以使機(jī)器人1掙脫磁鐵的吸力而前進(jìn)。

防水電路箱111還包括水密線，防水電路箱111通過水密線與推進(jìn)器12、攝像模塊13、漂浮物捕獲模塊14、WiFi模塊15和GPS模塊16連接。

第一線圈112和第一磁鐵陣列113通過環(huán)氧樹脂灌封，第一線圈112和第一磁鐵陣列113皆與防水電路箱111固定連接，第一線圈112采用多股利茲線繞制。

活動(dòng)收集板141的中部設(shè)置有彈簧，與支撐框架147的連接處設(shè)置有彈簧，活動(dòng)收集板141呈八字張開。

第二線圈221和第二磁鐵陣列222通過環(huán)氧樹脂灌封，第二線圈221和第二磁鐵陣列222皆與平臺(tái)22固定連接，第二線圈221采用多股利茲線繞制。

進(jìn)一步地，防水電路箱111中設(shè)置控制電路、監(jiān)測(cè)電路、無線充電電路、電池組和電子羅盤，監(jiān)測(cè)電路、無線充電電路、電池組和電子羅盤皆與控制電路連接。監(jiān)測(cè)電路隨時(shí)監(jiān)測(cè)電池組的電量、漂浮物捕獲次數(shù)等數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測(cè)值達(dá)到閾值，開啟回航充電任務(wù)，機(jī)器人1的實(shí)時(shí)位置通過GPS模塊16獲得。防水電路箱111還包括水密線，防水電路箱111通過水密線與推進(jìn)器12、攝像模塊13、漂浮物捕獲模塊14、WiFi模塊15和GPS模塊16連接。

第一線圈112和第一磁鐵陣列113通過環(huán)氧樹脂灌封，第一線圈112和第一磁鐵陣列113與防水電路箱111固定連接。第一線圈112采用多股利茲線繞制。第二線圈221和第二磁鐵陣列222通過環(huán)氧樹脂灌封，第二線圈221和第二磁鐵陣列222與平臺(tái)22固定連接。第二線圈221采用多股利茲線繞制。

活動(dòng)收集板141默認(rèn)狀態(tài)下呈八字張開，其中部和與支撐框架147的連接處設(shè)置有彈簧，使活動(dòng)收集板141的張開和閉合更加靈活。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的示例性實(shí)施例是說明性的而非限制性的。盡管結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離通過所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出各種形式和細(xì)節(jié)的改變。