智能水面清洁器

一种水面视觉垃圾清理机器人的结构设计摘要：本文介绍一种基于视觉的水面垃圾清理机器人以及该装置的基本结构，工作原理和工作特色。

具体阐述了该装置的设计方向，未来前景，以及对人类未来水污染处理方式的重大影响。

该装置基于摄像头的人工智能视觉算法使得垃圾清理机器人能自动发现并识别垃圾，之后通过目标追踪使小船行驶到垃圾所在位置并通过传送带，压缩装置和粉碎装置对垃圾进行收集和加工以达到清理垃圾的作用。

结果表明，该机器人适合多种复杂水域环境，具有稳定性强、作业效率高、原材料清洁环保等优点，可广泛应用于水环境治理领域。

关键词:人工智能；机器视觉；自动控制；垃圾清理船1.引言海洋因其空间广阔成为人们生活和生产的活动场所，但水面漂浮垃圾的问题也接踵而至。

偌大的江河湖海水面之上，漂浮着各种垃圾，严重影响水域环境。

为更绿色地利用水资源，各国对水面的垃圾清理也较为重视，但效果不是太理想。

【1】根据调查，目前小型水域的漂浮垃圾清理仍以人工驾驶船只打捞为主，存在效率低、成本高和劳动强度大等问题，而且小型水域经常存在水面狭窄或者深浅不一的区域，打捞具有一定的危险性。

为了克服现有技术的缺点．针对小型水域特点和现有清理装置的不足，我们团队设计一种小型水面垃圾清理装置。

【2】2.主体设计本文所设计的视觉跟踪水上垃圾清理船是由动力模块、功能模块、视觉模块、电源模块组成。

小船的工作流程为小船首先进行目标识别，即通过卡尔曼滤波将目标框处理为预测框，再通过距离代价矩阵进行匈牙利匹配，将特征值、检测框与匈牙利匹配共同作用，追踪 ids 系统，寻找目标 ids。

随后进行目标跟踪，移动小船行驶到目标地，将垃圾送入小船内部，使垃圾最后被送到储存箱。

主要结构包括两个1.5KG 推力的直流转向推进器，传送带，垃圾储存箱，摄像头探照灯组成的视觉模组，压实装置，24v 磷酸铁锂电池，电源转换器等部件。

3.结构设计本文所设计的水面视觉垃圾清理机器人装置如图1所示。

水面垃圾清理装置研究目标随着城市化和人口增长的加剧，水质受到越来越多的污染，水面上的垃圾污染是解决之道之一。

因此，设计和使用水面垃圾清理装置成为当前环境保护领域内的一个关键问题。

本文将阐述研究目标以及期望的成果。

首先，我们的研究目标是设计并制造高效、智能的水面垃圾清理装置。

该装置可以通过人工或自动操作在海洋或水道中清理垃圾，实现快速、高效而且可持续的清理。

为实现这一目标，我们需要考虑以下关键问题：1. 清理装置的类型和结构设计。

在设计过程中，我们将选择适合地点和操作需求的清理装置类型和结构，确保其可以有效地捕捉和清理水面的各种垃圾。

2. 清理装置的动力系统。

清理装置必须具备充足的动力、灵活性和定位精度，以确保其可以穿越各种水域，包括湖泊、河流和海洋等。

3. 控制系统的设计。

通过设计一种先进的集成控制系统，我们可以为清理装置提供精确的控制和操作，从而确保清理行动的顺利完成。

4. 人工和自动运维技术的整合。

清理装置必须适应复杂多变的水质、不同类型的垃圾和不同环境条件等要素，同时集成创新的自动化技术，包括自主导航、垃圾分类和回收等。

通过解决以上问题，我们期望实现以下几方面的成果：1. 环保水质：水质可以得到有效的保护，水表垃圾问题的得到有效解决，使水体的污染得到最大限度的降低，同时为清理水体垃圾提供可靠的手段。

2. 改进清洁效率：清理装置的智能化设计使其可以在短时间内完成更多的清理工作，减少清理工作所需的人力和时间成本，提高清洁工作的效率。

3. 保护环境：水面垃圾清理装置对于水上环境的保护和改善具有积极意义，它可以帮助维护水生动物和水上植被的生态平衡，保护海洋和水道中的生态系统。

4. 促进经济发展：水面垃圾清理装置同样促进了新技术的开发和运用，此外，清理装置所产生的相关材料也可以再生使用，让垃圾变废为宝，创造经济效益。

总之，通过设计和使用高效智能的水面垃圾清理装置，我们可以实现多个方面的目标，创造出一个更加美好干净的环境。

小型水面垃圾清理机器人摘要：小型水面垃圾清理机器人立足于旅游景区、城市内河等狭长的静水水域，主要用于解决目前缺少高效率、高安全系数的打捞设备而给水面垃圾打捞带来的种种问题。

该机器人可对水面漂浮物等垃圾进行集拢收集、提升和储运等，可解决人工清理效率低、成本高、效果差等诸多问题，对营造绿色的生态环境有着重要的意义。

关键词：水面清理；自动化；小型水域；高效环保引言随着工业化的发展，环境问题逐渐走进了人们的视野并受到了极大的关注。

近年来，水域的污染问题越来越受到重视，尤其是旅游景区、城市内河等狭长的静水水域，由于游人或行人众多，很容易在水面积累垃圾。

目前国内对于城市河道和景区湖泊的清理主要靠人工进行，即工人驾驶机动或非机动船舶对湖面垃圾进行打捞，耗时耗力不说，而且受限颇多，无法在狭窄的水面和一些危险水域开展工作且装载垃圾较少，并且工人长期在水面劳作，安全问题也难以保证。

国外和一些国内大厂采用机动船舶进行垃圾采集，净化水域的同时又污染了空气，尽管这种方式效率很高，但仅局限于大型海面或湖面，对于城市河道和景点湖泊并不很实用。

不符合当今社会科技和工业发展的需求。

1.国内外研究现状分析1.1国外研究现状一位来自南非的企业家Richard Hardiman发明了一款名为“垃圾鲨鱼” （WasteShark）的水上机器人，它可以在港口附近自主巡游，可以“吃”掉大部分海洋垃圾。

WasteShark的出现可以持续有效地清理水面，因为水面垃圾清理的越及时，就会有更少的垃圾沉入海底。

还具备收集数据的功能，像水质、水深和天气情况等等，这些数据都能实时反馈给港口提高行船安全。

1.2国内研究现状中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所研究员刘锦淮课题组研发出“风光互补”自主式水面机器人。

其采用了风力和太阳能发电动力技术，解决了续航问题，并且可以清理水面油污。

2.整体结构设计2.1垃圾清理模块采用机械臂抓取水面垃圾，传送带辅助作业。

• 50•随着社会的发展进步，人们为满足自身利益的同时却往往不重视他们对环境的污染，严重影响水质甚至危害生命。

为了更加方便的进行水面垃圾清理的工作，设计了这种微型水面垃圾清理机器人，用来代替人工打捞垃圾的工作。

为了让垃圾清理船适应各种水域的工作，采用了双船体结构来增加船体的稳定性，使用远距离遥控的技术来实现对垃圾的清理。

该船的主控芯片采用的是意法半导体的STM32F103C8T6来控制，遥控器使用Arduino 遥控手柄，采用433M 无线串口通信，使能在陆地上控制远处水面的清理船。

水是生命的源泉，随着社会经济不断地发展，人们越来越注重物质层面带来的享受，然而在身心得到满足后，往往忽视了自己行为对环境造成了不良影响，河流湖泊等受到的污染程度正愈发严重。

目前水面上的废弃物主要是一些塑料、泡沫等难以降解的白色垃圾，而这些难以降解的垃圾不但不美观，对水里的生物也带来挑战。

用人工清理水面的漂浮垃圾受限颇多，无法在狭窄的河道和一些危险水域开展工作。

为更好的代替人工清理水面垃圾清理，我们以经济、可行、绿色、环保、简洁为主要设计理念，完成本次作品的设计加工。

水面漂浮垃圾的清理长期以来耗用了大量的人力物力，已有的机器人成果也因制作成本昂贵未能量产。

在这种背景之下，对机器人的环境应变能力，市场接轨程度都提出了更高的要求。

随着科学技术的不断更新发展，对不同环境的具体要求，笔者以此为基础，研究设计出了一种微型水面垃圾清理机器人。

1 技术分析与设计1.1 可行性分析为完成小型水域漂浮垃圾清理任务作为工作背景，笔者主要以机器人的操作简便，制作成本低廉，与市场接轨程度高为设计基调。

在保证合理满足水面垃圾清理功能的需求下，尽可能做到清洁、环保、易推广。

在此理念下，设计的水面垃圾清理机器人具有以下特性：（1）安全性，机器人采用遥控方式控制，可实现危险区域的远程操作，避免了人员在危险区域清理垃圾存在的安全隐患；（2）机动性，泵喷推进器可适应多种复杂水域环境，利用差速控制确保了机器人的回转；（3）实时监控，采用网桥连接树莓派进行图像传输，可远距离在线实时查看水面状况；（4）信息采集，通过远距离无线串口通信模块，采集船周围的水浊度、温度、湿度，并将数据上传至串口屏实时显示，以供使用者查看；（5）GPS 定位，使用北斗LBS 多重定位模块。

智能水面垃圾清洁机器人作者：耿若楠陈沛李志文程继航卞宇宸来源：《科学导报·学术》2020年第48期随着社会的快速发展，人们的生活质量不断提高，制造的生活垃圾也越来越多。

由于环保意识的缺乏，很多生活垃圾直接或者间接被弃入江、河、湖泊之中，致使江、河、湖泊的水面上经常漂浮大量生活垃圾，部分区域如航运河道、发电站前池水污染特别严重，这些垃圾如果不及时清理，将会影响航道运行、发电机组正常运转。

另一方面，由于生活污水和工业废水大量排放，河水严重营养富集，导致水面出现了大量的浮游藻类，如不及时清理，将严重打破区域生态平衡。

为了清理这些水面漂浮垃圾，环保部门每年都要投入大量的人力、财力和物力，定时进行人工打捞。

现有的人工打捞工具均为捞勺、捞网或简单小型的打捞设备，致使人工打捞劳动强度大，工作效率低，缺乏灵活性，清理效果也不是很理想。

例如在清理河、湖水面的草生植物或是清理较大体积的垃圾时，会采用机械清理的方式，但几乎都是采用较大型机械，不仅浪费能源，而且还会产生二次污染，难以普及使用。

水是生命不可或缺的自然資源，治理水污染势在必行，因此设计一款清理人流较大的河流和湖上等一切有水域的地方的垃圾，实用性很强的水面垃圾清洁机器人是社会的需要。

（一）国、内外研究现状和发展动态目前，国内外对水面垃圾的清洁主要采用人工打捞和机械打捞两种方式。

人工打捞利用半舱式或甲板机动驳船，由环卫工人手持网兜站在甲板边上直接把垃圾捞上来，这种作业方式劳动强度大、工作环境恶劣、人身安全没有保障，不仅清理难度大、综合成本高，而且无法治理在大雨台风季节暴发的水葫芦等海域污染。

而机械打捞装置具有间断性、笨拙性、耗时性等明显缺点，并且会造成严重污染，无法适应小型河流、湖泊等水面垃圾清理的需要。

国内外在水面垃圾清理方面也有少数自动清理无人船（清洁机器人），但是船体小、垃圾收集量小、垃圾不能太大、续航时间有限。

国内的垃圾清理无人船太小，只能清理小体积较轻的漂浮物，动力不足，一次清理的时间和垃圾量都很有限，而且智能化程度低，基本上都是基于嵌入式系统，没有通用计算机平台，无法运行人工智能和复杂智能感知系统，例如没有用于复杂障碍探测和识别的激光雷达或者图像识别系统，无法在复杂河道中自主巡航和避障，因此只能算是初级无人船。

华北水利水电大学大学生创新训练项目研究报告项目名称：水面垃圾智能联合收集装置项目负责人：沈杰项目所属学院：机械学院指导教师：一、研究目标传统的清洁方式是人工打捞清理，这种方式效率低且劳动强度大，适用于各种水域范围。

随着科技的进步与社会的发展，人工打捞清理的效率低下和劳动强度大的缺点越来越突出了，随后出些了自动垃圾打捞船。

自动打捞船对漂浮废物可自动打捞，也就是在船只航行的过程中依托水流的力气将打捞的树枝、水生植物、塑料袋等漂浮废物送入船舱内，可快速的大量清理废物，缩短保洁时刻。

比起人工打捞有显着的优势，节省人力，降低劳动强度。

但是为了保证清洁效率这些船设计的都很大，适用于大中型水域环境，无法使用于人们日常生活总经常接触到的小型水域环境。

我们的项目为解决目前城市河道及风景区水域及小流域水面垃圾收集的问题，本项目拟设计一款小型全自动的水面垃圾收集装置，采用视觉传输技术，自动控制技术，特殊的结构方案等，将垃圾识别，收集，实现垃圾打捞的智能化、一体化、高效化，从而真正实现智能化作业。

二、研究过程本次设计想要设计出一套水面垃圾自动清洁船控制系统，最终欲实现的主要任务目标有：（1）小船的基本航行功能，包括前进、后退、停止、加减速等；（2）识别水面垃圾并能进行回收。

整个系统设计由船体及推进装置、主控制芯片、电机和电机驱动电路、供电电源以及图像识别传感器等构成。

1.船体及推进装置船体的构造与设计直接决定小船能否安全运行以及运行是否顺畅，推进装置的选择与设计将影响小船的运行效率以及安全性、稳定性等。

为了保证小船能够安全、稳定、高效地在水面行驶，我们必须对智能小船的外型构造以及推动装置进行合理的选择与设计，保证各个组成部分能够相互配合。

船体应按空间大小，运行稳定，坚固性等要求来设计，我们使用过纯3D打印船体（重量小），雪弗板拼装船体（空间大，重量大），DIY塑料船体（重量小，使用方便）。

2.主要控制系统主控系统是实现智能船无线控制的中枢，主控系统的工作正常与否直接关系到整个系统的运行状况。

一种水面垃圾清理机器人设计
张芙蓉;汤泽军
【期刊名称】《技术与市场》
【年(卷),期】2022(29)9
【摘要】针对城市生活体中的人工湖、水上游乐区、湿地公园等水面垃圾人工清
理方式效率低的问题,设计了一种专用于水面垃圾清理的机器人方案。

机器人能在
狭小或较浅且有水草分布的水域自动识别水面垃圾,并快速将漂浮垃圾打捞到垃圾
收集袋,并运至指定地点。

机器人系统由驱动模块、垃圾收集模块、中央控制模块、传感模块组成(垃圾收集舱、动力装置、捕捞机构和控制舱等),具有安装容易、故障率低、稳定性高的优点。

【总页数】4页(P8-11)
【作者】张芙蓉;汤泽军
【作者单位】长沙航空职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.一种水面垃圾清理机器人
2.一种节能环保型水面垃圾清理船设计
3.一种微型水面垃圾清理机器人的设计
4.小型水面垃圾清理机器人的设计与实现
5.一种小型水域
水面垃圾清理机器人
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水面垃圾收集器原理嘿，咱今儿就来唠唠水面垃圾收集器原理这档子事儿。

你想啊，那水面上要是飘着各种垃圾，就像人的脸上长了痘痘一样，多难看呀！这时候水面垃圾收集器就好比是一位神奇的“清洁工”。

它工作起来呀，就像是一个勤劳的小蜜蜂，嗡嗡地在水面上飞来飞去，把垃圾都给搜罗起来。

它通常有个像大嘴巴一样的收集口，就像是小朋友张着嘴巴等好吃的一样，等着垃圾自己“跑”进去。

这收集口可神奇了呢！它能把各种大大小小的垃圾都吸进去，不管是轻飘飘的塑料袋，还是沉沉的瓶子啥的。

这就好像是一个超级大磁铁，把所有铁的、不铁的东西都给吸过来。

然后呢，垃圾就顺着一个通道，被乖乖地送进了“肚子”里。

这通道啊，就像是一条小小的运输带，稳稳当当地把垃圾运到该去的地方。

那它为啥能这么厉害呢？这就不得不说它背后的原理啦！它利用了水的流动呀，还有一些巧妙的设计。

就好像我们走路，顺着风走就会轻松很多，水面垃圾收集器也是利用了水的力量来帮忙。

而且呀，它还很智能呢！有些高级的还能自己识别垃圾的种类，然后分类存放。

这多牛呀！就像是一个有眼睛的机器人，能分辨出这个是苹果，那个是香蕉一样。

你说要是没有这水面垃圾收集器，那水面得乱成啥样呀？到处都是垃圾，那鱼呀虾呀还怎么愉快地玩耍呀？我们看着也不舒服呀！所以说呀，这水面垃圾收集器可真是个大功臣呢！它让我们的水面重新变得干净漂亮，让水生物们有了一个干净的家。

这不就像是给我们的大自然做了一次美容吗？让它重新焕发出美丽的光彩。

咱可得好好爱护这些水面垃圾收集器呀，不能让它们受到伤害。

毕竟它们在默默地为我们的环境做贡献呢！要是它们坏了，那水面上的垃圾不又得泛滥啦？那可不行！所以呀，我们要珍惜这来之不易的干净水面，也感谢水面垃圾收集器的辛勤工作。

让我们一起行动起来，保护好我们的水环境，让它们一直干净美丽下去吧！怎么样，是不是觉得水面垃圾收集器很了不起呀？。

河南科技Henan Science and Technology 机械与动力工程总第800期第6期2023年3月一种水面垃圾智能清理无人船的设计方案伍玲密梅奇铠蔡宏业（浙江安防职业技术学院，浙江温州325016）摘要：【目的目的】针对目前水面垃圾清理以人工作业为主、设备原始且效率低、可能破坏水域植物等问题，本研究提出一种水面垃圾智能清理无人船的设计方案。

【方法方法】利用价值与作用分析方法中的Pieuvre图表法对无人船的设计需求进行分析，并利用CATIA V5软件对无人船的结构进行三维建模。

【结果结果】本研究从无人船的设计需求分析出发，对无人船的机械结构进行设计，实现无人船的垃圾收集、压缩和打包等主要功能，以及观察、漂浮、避障、动力和控制等辅助功能。

【结论结论】该设计方案具有一定的创新性和可行性，对水面垃圾的自动清理设备的研发具有一定的工程指导意义。

关键词：无人船；结构设计；自动清理中图分类号：U664文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）06-0049-04 DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.06.009The Scheme Design of Unmanned Vessel for Intelligent Cleaning ofAquatic GarbageWU Lingmi MEI Qikai CAI Hongye(Zhejiang College of Security Technology,Wenzhou325016,China)Abstract:[Purposes]Aiming at the problems of the low efficiency of manual operation as well as primi⁃tive equipment,and possible damage to aquatic plants in the current water surface garbage cleaning,this study proposes a design scheme of an intelligent unmanned ship for water surface garbage cleaning. [Methods]The Pieuvre chart method in the value and effect analysis method is used to analyze the design requirements of the unmanned ship,and the CATIA V5software is used to model the structure of the un⁃manned ship.[Findings]Based on the analysis of the design requirements of unmanned ships,this study designs the mechanical structure of unmanned ships to realize the main functions of garbage collection, compression and packaging of unmanned ships,as well as auxiliary functions such as observation,float⁃ing,obstacle avoidance,power and control.[Conclusions]The design scheme has certain innovation and feasibility,and certain engineering guiding significance for the research and development of automatic cleaning equipment for surface garbage.Keywords:unmanned vessel;structure design;automatic cleaning0引言目前，水面垃圾清理是以单人乘坐小木船使用渔网或人工驾驶打捞船进行作业为主，这种清理方式较为原始，不仅效率较低，还有可能对水域植物造成破坏。