用于近海垃圾收集的两栖机器人

微型机器人在海洋垃圾回收中的应用研究随着人类活动的增加，海洋垃圾问题日益严重，给海洋生态环境带来巨大的压力和威胁。

传统的海洋垃圾清理方式需要大量人力物力，效率低下且耗时长。

为了解决这一问题，微型机器人在海洋垃圾回收中的应用成为了研究的重点。

一、微型机器人的概述微型机器人是指体积小、功能强大、能够在复杂环境中操作的机器人。

它们通常具有自主导航、控制、感知和执行任务的能力。

由于其小巧灵活的特点，微型机器人在海洋垃圾回收中具有巨大的潜力。

二、微型机器人在海洋垃圾定位中的应用1. 声纳定位技术微型机器人可以搭载声纳设备，通过发送和接收声波信号来定位海洋垃圾的位置。

声纳技术有较高的精度和准确性，可以帮助人们快速准确地确定垃圾的位置，并指导微型机器人进行回收作业。

2. 视觉识别技术微型机器人可以配备高清摄像头和图像识别算法，通过对垃圾的外观特征进行识别，准确判断其类别和材质。

这将有助于对垃圾进行分类回收和处理，提高回收效率和资源利用率。

三、微型机器人在海洋垃圾回收中的实际应用1. 海洋垃圾监测与巡航微型机器人可以通过自主导航技术进行海洋巡航，收集高精度的海洋垃圾分布数据，为垃圾的排查和回收提供准确的信息。

同时，它们还可以配备传感器，监测水质、海洋生态环境等指标，从而为环境保护工作提供重要参考。

2. 垃圾清理与回收微型机器人可以通过操作臂、夹爪等装置，将海洋垃圾捡拾起来，并进行分类回收。

在垃圾回收过程中，微型机器人可以根据分类进行不同的处理，将可回收垃圾送往回收站，无法回收的垃圾进行压缩和封装，减小对海洋环境的污染。

3. 海底垃圾清理微型机器人可以通过潜水器等装置，下潜到海底进行垃圾清理。

它们可以搭载视觉识别技术，对海底垃圾进行识别和捡拾。

同时，还可以利用机械臂和吸附装置，将垃圾收集起来，并进行后续处理。

四、微型机器人在海洋垃圾回收中面临的挑战和解决方法1. 高精确度的定位技术微型机器人需要具备高精确度的定位技术，以确保准确找到海洋垃圾的位置。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202021487500.X(22)申请日 2020.07.24(73)专利权人 大连理工大学地址 124221 辽宁省盘锦市辽东湾新区大工路2号(72)发明人 黄晓明　吴照志　陈露　章科举　马梦瑶　魏子谋　高阳　(74)专利代理机构 大连理工大学专利中心21200代理人 李晓亮　潘迅(51)Int.Cl.B63B 35/32(2006.01)B63B 1/12(2006.01)B63B 11/00(2006.01)B63H 1/14(2006.01)B63H 21/17(2006.01)(54)实用新型名称一种双体船式的水面垃圾收集机器人(57)摘要一种双体船式的水面垃圾收集机器人，本实用新型属于运输技术领域，采用小型双体船结构，利用船体行进过程中的相对运动收集水面垃圾。

双体船结构包括：双体船主体，电子仓，电池组件盒，双体船密封上盖，螺旋桨推进器，连接板，垃圾仓。

本实用新型采用了全新的垃圾搜集方式，利用水的相对运动，达到了节能减排的效果。

本实用新型中采用的双体船结构稳定性好，有利于垃圾收集；模块式设计使得垃圾仓与船体互不相扰；垃圾仓自浮式设计使得收集得垃圾漂浮于水面，极大地减小了垃圾收集对船体稳定性的影响。

该克服了现阶段水面垃圾收集设备在垃圾收集过程中收集的垃圾影响设备稳定性、垃圾收集占用设备资源、设备不适用于小型水域等缺陷。

权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 212605697 U 2021.02.26C N 212605697U1.一种双体船式的水面垃圾收集机器人，其特征在于，所述的水面垃圾搜集机器人包括双体船主体(2)、电子舱(6)、电池组件盒(5)、双体船密封上盖(1)、螺旋桨推进器(3)、连接板(9)、垃圾仓(4)；所述的双体船主体(2)包括左右两个船体结构和贯穿过道；所述双体船主体(2)前端位于水下部分，采用球鼻艏结构；中后部设有贯穿过道，用于将两个船体结构连通；后端通过垃圾仓连接螺栓(7)与垃圾仓(4)连接，与垃圾仓(4)连接部分采用燕尾型结构；所述左右两个船体结构之间的通道为垃圾通道，水面垃圾通过此通道进入双体船主体(2)后部的垃圾仓(4)中；所述两个船体结构上端内侧用于纵向定位双体船密封上盖(1)，同时放置密封垫圈(12)，双体船密封上盖(1)通过密封上盖固定螺栓(8)与双体船主体(2)连接；所述两个船体结构下端后部使用连接板(9)与螺旋桨推进器(3)通过连接板固定螺栓(10)固接；所述电池组件盒(5)内设有电池组，对称放置在左右两个船体内部，电池组件的导线分别与电子舱(6)和螺旋桨推进器(3)连接；所述电子舱(6)设于贯穿过道内，电子舱包括控制单片机，其信号线与螺旋桨推进器(3)连接，控制螺旋桨推进器(3)运转，进而使螺旋桨推进器驱动双体船船体驶向水面垃圾附近，进一步驱动双体船船体使水面垃圾位于双体船船体中间过道，垃圾在水流的带动下通过双体船的中间过道进入垃圾仓，实现对垃圾的收集；所述的垃圾仓(4)与船体单独设计，互不相扰，与双体船主体(2)连接部分采用铝合金板块结构，后端采用铝合金管架结构；垃圾仓(4)外壁面设有自浮装置。

创新的海洋垃圾回收设备与技术海洋垃圾污染是当前全球面临的严峻环境问题之一。

废弃物在海洋中的堆积严重破坏了海洋生态系统，并对海洋生物和人类健康造成了威胁。

为了解决这一问题，科学家们积极研发和应用创新的海洋垃圾回收设备与技术，以减少和清除海洋中的垃圾。

一、垃圾拾取机器人垃圾拾取机器人是一种具有智能化和自主性的设备，可以在海洋中定位、识别和收集垃圾。

该机器人配备有高分辨率摄像头和机器视觉算法，能够准确识别不同种类的垃圾，并且具有高精度的抓取能力。

通过与自主潜水器或遥控器配合使用，垃圾拾取机器人可以深入水下，对海底和水体中的垃圾进行全面的清理。

二、海洋吸附材料海洋吸附材料是一种具有吸附能力的材料，可以吸附和固定在水体中漂浮的垃圾。

常见的海洋吸附材料包括有机材料和无机材料。

有机材料通常是纤维或海藻等可降解材料，而无机材料则是一些具有吸附性能的材料，如活性炭和聚苯乙烯泡沫。

这些吸附材料可以使用不同的方法固定在海洋表面或水下，有效地收集海洋中的漂浮垃圾。

三、海洋清洁船海洋清洁船是一种专门用于海洋垃圾回收的船只。

它通常配备有垃圾收集装置、分选系统和垃圾处理设备等设施。

清洁船可以在海洋表面巡航，收集漂浮的垃圾，并通过分选系统将垃圾分类处理。

例如，可将可回收物品分离出来，进行再利用，而将无法回收的废弃物进行处理和处置。

海洋清洁船的使用可以大大加速垃圾回收的效率，并减少了对海洋环境的进一步污染。

四、海洋垃圾再利用技术除了海洋垃圾的回收清理，科学家们还着重研究海洋垃圾的再利用技术，以减少对环境的负面影响。

其中一项重要技术是废塑料的再生利用。

通过先进的塑料回收技术，废塑料可以被分解、过滤和再加工，制成新的塑料制品。

这种技术不仅可以减少塑料垃圾的堆积，还可以减少对新塑料的需求，降低塑料生产过程中的能源消耗和环境污染。

总结：随着海洋垃圾问题的日益突出，创新的海洋垃圾回收设备与技术成为了解决这一问题的关键。

垃圾拾取机器人、海洋吸附材料、海洋清洁船和海洋垃圾再利用技术的应用，为海洋垃圾的清理和再利用提供了新的方法和手段。

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。

水下垃圾清理机器人的设计摘要：为了有效地进行水域的治理，本文提出了一种基于水流动性的双体船型水面垃圾清理机器人。

本文对此机器人的功能、机械构造、工作原理等进行了详尽的说明。

主要功能是利用水泵产生的局部水流推动垃圾进入清洁舱内，从而实现对垃圾的清理。

关键词：水下垃圾；清理；机器人；设计由于海洋拥有广阔的空间，它已成为人类在陆地上生活、生产的必经之路。

大量的垃圾，在这片海域之中飘荡，对周围的环境造成了极大的影响。

为了达到更好的环保目的，世界各地对水域中的垃圾进行了大量的处理，但是效果并不是很好。

为了清除水上的浮物，各类水上垃圾清洁机器人相继问世。

大多数的机器人，都是将垃圾收集起来，这样的话，效率就会降低，打扫起来也会很麻烦。

为了有效地清除和提高工作效率，开发了一种能使垃圾自动进入的流动式表面垃圾清理机器人。

一、结构设计从图1可以看出，流动表面的垃圾清除机械装置包括一个垃圾清除装置、动力、操纵等部件构成，利用水流的流动特性，采用了双体船的结构，通过对机身和附体的形状进行了最优的优化，使船舶的稳定性得到了很大的改善，同时也减小了航行的阻力。

在工作台前面设置了一个摄像机和一个天线，24V安装在工作台中央、16Ah大容量的锂离子电池，控制电路，导航设备置于电子箱内；推进装置由推进马达、导管螺旋桨及螺旋桨防护装置构成；垃圾处理装置是一种垃圾收集斗、高度调节板及抽水装置，安装在机械手的两个浮动缸之间，而抽油泵则设在垃圾收集斗的后面。

垃圾收集器的底端设在水平面以下，其底面为倾斜状，便于产生水流量，而水位调整盘则将货柜与集料箱相连，并能调整料仓的落点及流速，以满足在各种水域条件下进行日常回收工作的可能性。

双壳式船用泡沫填充泡沫材料，不仅能达到对应的浮动压力，而且能对浮动容器进行密闭，确保不渗漏，提高船舶的稳定性能。

（a）3维示意图二、推进系统本系统采用STM32单片机为主要控制单元，NEO-M8NPixhawkAPM为主要控制器，采用内置GPS和罗盘的N-M8NPixhawkAPM微控制器，采用FPV700单板高清摄像机。

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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灵感来自海滩上的弹涂鱼作者：陈彦希王佳佳来源：《大学生》2024年第05期退潮时，厦门的沙坡尾海滩上常常可以看到一些黑乎乎的、爬来爬去，还不停跳跃的鱼，那就是弹涂鱼。

弹涂鱼不仅可以在岸上爬，还能在水里游，这种两栖的特点吸引了厦门大学海洋与地球学院的张宇教授，并让他产生了发明“两栖机器人”的想法。

经过长时间设计研发，这一想法终于成真。

不久前，张宇团队及其合作者研发的“仿生弹涂鱼两栖机器人（MIARF）”终于亮相。

实地测试证明，该机器人能够根据水陆两种不同的运动环境，采用不同的运动模式——通过胸鳍-尾鳍的协调作用，实现陆地及水下复杂环境中的高能量效率与高机动性。

近日，相关成果发表于Cell旗下期刊《CellReportsPhysicalScience》。

专门研究鱼的团队实际上，这不是张宇团队第一次研究仿生机器鱼了。

在此之前，团队就曾开展过许多关于仿生鱼的研究——仿生鲨鱼、仿生刀鱼、仿生金枪鱼、仿生水母为什么要研究仿生鱼？海洋约占地球表面积的71%，但对于人类来说，约95%的海洋是未知的。

因此，认识海洋、探测海洋成为一个迫切的问题。

而仿生机器人作为认识和探测海洋的前沿载体技术，起着重要作用。

相比起人，机器人更适合在复杂和缺氧的水下环境进行大量探测。

传统的工业机器人一般通过螺旋桨驱动或空轮式驱动，机动性较差，在狭小的空间内，传统工业机器人无法有效工作。

而真实的生物，比如鱼类，可以在远小于自身身体大小的空间里有效转向，这对于研究在复杂空间内作业的仿生机器人有重要借鉴意义。

两栖机器人既能入水，又可上地，灵活适应环境，能够完成需要跨介质的环境监测、搜索救援等工作。

但由于技术原因，大部分的两栖机器人难以实现有效的两极切换，且尺寸笨重、噪声较大、运动效率低下、隐蔽性不强。

于是，张宇团队基于弹涂鱼的生物灵感，设计了一款具有较高运动效率和环境适应性的机器鱼。

仿生弹涂鱼，银奖！这项颇具创新点的课题，最早要追溯到2019年的一次比赛。

探索海洋垃圾回收与再利用的新途径近年来，全球范围内海洋垃圾的问题日益严重，给海洋生态环境带来了严重的破坏。

为了解决海洋垃圾的积累问题，科学家和环保组织们不断地探索新的回收与再利用的途径。

本文将探讨一些新兴的海洋垃圾回收与再利用的方法和技术。

一、水下清洁机器人水下清洁机器人是一种利用智能控制和机器人技术清理海洋垃圾的设备。

它可以潜入水下，通过摄像头和传感器来监测和识别垃圾，然后利用机械臂等工具将垃圾捕捞上来。

该技术可以高效地清理深海和远洋中的垃圾，减少对生态环境的影响。

二、垃圾收集网和吸附材料垃圾收集网和吸附材料是另一种常见的海洋垃圾回收方法。

收集网可以在水面上或水下设置，通过自流、风力或潮汐等力量将漂浮的垃圾捕捞到网中。

吸附材料则可以通过吸附作用捕捉到水中的微小垃圾。

这些方法可以有效地收集表面和水下的垃圾，并阻止其进一步传播和积累。

三、垃圾降解技术海洋垃圾的降解是一个长期的过程，通常需要数十年甚至数百年的时间。

科学家们正在研究和开发各种垃圾降解技术，以加速垃圾的分解和还原过程。

例如，利用微生物降解或光生物降解等技术可以有效地将塑料等垃圾还原为无害的物质。

这些技术有望减少海洋垃圾对生态环境的潜在威胁。

四、垃圾转化再利用与简单的回收不同，垃圾转化再利用技术将垃圾转化为有价值的能源或原材料。

例如，将有机废物通过生物反应器转化为生物燃料，或者将塑料垃圾通过热解等技术转化为原料用于生产新的塑料制品。

这种技术不仅可以减少垃圾的数量，还可以为可再生能源行业提供新的来源。

五、国际合作与政策支持解决海洋垃圾问题需要全球范围内的合作和政策支持。

各国政府和国际组织应加强合作，共享技术和经验，并制定相关政策和法规，鼓励垃圾回收和再利用。

此外，加强公众的教育与宣传也是关键，提高人们的环保意识，减少海洋垃圾的产生和排放。

最后，海洋垃圾回收与再利用对保护海洋生态环境具有重要的意义。

通过不断创新和探索新的技术和方法，我们有望找到更加高效和可持续的方式来解决这一严峻的环境问题。