申请/专利权人：杭州电子科技大学

申请日：2018-12-18

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN109515636B

主分类号：B63B35/32

分类号：B63B35/32

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2019.04.19#实质审查的生效;2019.03.26#公开

摘要：本发明公开了一种海洋垃圾自动清理水面船系统和方法，系统包括母船一艘和子船若干艘，母船包括太阳能发电板若干个、天线、视觉靶标若干个、通道若干个、推进器若干个、重块若干个、水泵、垃圾倾倒机构、垃圾池、停靠平台和防水电子舱；视觉靶标和通道设置在母船的侧面，视觉靶标引导子船回坞入通道；通道内设置有停靠平台，子船回坞入通道后在停于停靠平台；停靠平台上方设置有垃圾倾倒机构，将子船内的垃圾搜集框提起到垃圾池上方并进行倾倒。本发明采用自动控制和无线充电技术，以实现对子船的控制、子船垃圾回收、海面状况的识别、子船充电，无需人力干预，实用性强。

主权项：1.一种海洋垃圾自动清理方法，其特征在于，采用的一种海洋垃圾自动清理水面船系统，包括母船一艘和子船若干艘，母船包括太阳能发电板若干个、天线、视觉靶标若干个、通道若干个、推进器若干个、重块若干个、水泵、垃圾倾倒机构、垃圾池、停靠平台和防水电子舱；所述太阳能发电板若干个设置在母船的顶部，对母船的其他部分和子船供电；所述天线设置在母船的顶部，接收和发送无线信号；所述视觉靶标设置在母船的侧面，所述通道亦设置在母船的侧面，视觉靶标的下方，视觉靶标引导子船回坞入通道；所述通道内设置有停靠平台，子船回坞入通道后在停于停靠平台；停靠平台上方设置有垃圾倾倒机构，将子船内的垃圾搜集框提起到所述垃圾池上方并进行倾倒；所述推进器设置在母船的一面，用于推动母船；所述重块和气囊设置在母船的下方，用于调节母船的浮力；所述水泵设置在垃圾池的底部，用于排出垃圾池中侵入的海水；所述防水电子舱设置在母船内部，其中设置电池和控制电路；所述垃圾倾倒机构包括导轨和装夹部，装夹部将子船内的垃圾搜集框夹持，导轨将夹持住的垃圾搜集框提起至垃圾池的上方，装夹部将垃圾搜集框翻转，使其中的垃圾倾倒入垃圾池；所述垃圾池和母船之间设置第一固定机构，松开第一固定机构，垃圾池从母船脱离；所述停靠平台上设置第二固定机构，对子船进行固定；停靠平台还设置有无线电能传输线圈，能够对停靠的子船进行无线充电；所述母船和子船均设置GPS装置和电子罗盘，获取实时位置和航向角；所述母船上还设置有震动监测装置，在海面风浪大于设定阈值时，回收子船，关闭通道门和进入自我保护状态；清理方法包括以下步骤：S10，投放前，通过重块和气囊调节母船的吃水深度，使水面位置漫过通道的一半高度；S20，将母船投放到目标海域，母船的状态通过卫星通信实时监测，或对母船发送远程控制指令；S30，母船向子船发送任务指令，子船离开母船，在距离母船限定的距离内，进行漂浮塑料搜集任务；S40，子船完成垃圾搜集后，通过GPS和无线电通信返回母船，并通过机器视觉系统识别母船上的靶标完成回坞；S50，母船固定子船，并通过无线电能传输系统给子船充电，同时，子船松开垃圾搜集框的固定机构，母船上的垃圾倾倒机构抓起垃圾搜集框，将垃圾倒入垃圾池中；S60，完成倾倒后，垃圾倾倒机构将垃圾搜集框放回子船，由子船进行固定。

全文数据：一种海洋垃圾自动清理水面船系统和方法技术领域本发明属于海洋领域，特别涉及一种海洋垃圾自动清理水面船系统和方法。背景技术目前，人类生产、生活活动产生的海洋漂浮塑料已经成为破坏海洋生态系统的重要元凶，清理海洋漂浮垃圾刻不容缓。然而，由于海洋空间巨大，用现有的技术清理海洋垃圾需要花费巨大的人力物力，困难重重。本发明公开了一种全新全自动的海洋垃圾清理系统，该系统由水面垃圾自动清理母船和子船组成。母船上可以停靠多艘子船，子船负责搜集漂浮塑料，搜集完成后，返回母船将漂浮塑料集中到母船的垃圾池中。母船和子船均能够全自动运行。通过该系统，能够长期、有效的清理海洋漂浮塑料，特别适用于海洋零散漂浮塑料的清理。发明内容有鉴于此，本发明的目的在于提供一种海洋垃圾自动清理水面船系统，采用自动控制和无线充电技术，以实现对子船的控制、子船垃圾回收、海面状况的识别、子船充电，无需人力干预，实用性强。为达到上述目的，本发明提供了一种海洋垃圾自动清理水面船系统，包括母船一艘和子船若干艘，其特征在于，母船包括太阳能发电板若干个、天线、视觉靶标若干个、通道若干个、推进器若干个、重块若干个、水泵、垃圾倾倒机构、垃圾池、停靠平台和防水电子舱；所述太阳能发电板若干个设置在母船的顶部，对母船的其他部分和子船供电；所述天线设置在母船的顶部，接收和发送无线信号；所述视觉靶标设置在母船的侧面，所述通道亦设置在母船的侧面，视觉靶标的下方，视觉靶标引导子船回坞入通道；所述通道内设置有停靠平台，子船回坞入通道后在停于停靠平台；停靠平台上方设置有垃圾倾倒机构，将子船内的垃圾搜集框提起到所述垃圾池上方并进行倾倒；所述推进器设置在母船的一面，用于推动母船；所述重块和气囊设置在母船的下方，用于调节母船的浮力；所述水泵设置在垃圾池的底部，用于排出垃圾池中侵入的海水；所述防水电子舱设置在母船内部，其中设置电池和控制电路。优选地，所述垃圾倾倒机构包括导轨和装夹部，装夹部将子船内的垃圾搜集框夹持，导轨将夹持住的垃圾搜集框提起至垃圾池的上方，装夹部将垃圾搜集框翻转，使其中的垃圾倾倒入垃圾池。优选地，所述垃圾池和母船之间设置第一固定机构，松开第一固定机构，垃圾池从母船脱离。优选地，所述停靠平台上设置第二固定机构，对子船进行固定；停靠平台还设置有无线电能传输线圈，能够对停靠的子船进行无线充电。优选地，所述母船和子船均设置GPS装置和电子罗盘，获取实时位置和航向角。优选地，所述母船上还设置有震动监测装置，在海面风浪大于设定阈值时，回收子船，关闭通道门和进入自我保护状态。基于上述目的，本发明还提供了一种海洋垃圾自动清理方法，包括以下步骤：S10，投放前，通过重块和气囊调节母船的吃水深度，使水面位置漫过通道的一半高度；S20，将母船投放到目标海域，母船的状态通过卫星通信实时监测，或对母船发送远程控制指令；S30，母船向子船发送任务指令，子船离开母船，在距离母船限定的距离内，进行漂浮塑料搜集任务；S40，子船完成垃圾搜集后，通过GPS和无线电通信返回母船，并通过机器视觉系统识别母船上的靶标完成回坞；S50，母船固定子船，并通过无线电能传输系统给子船充电，同时，子船松开垃圾搜集框的固定机构，母船上的垃圾倾倒机构抓起垃圾搜集框，将垃圾倒入垃圾池中；S60，完成倾倒后，垃圾倾倒机构将垃圾搜集框放回子船，由子船进行固定。优选地，在S10-60步骤中，当收集大量漂浮塑料后，母船的自重会增加，此时抛开若干重块，使得母船的吃水深度保持不变。优选地，在S10-60步骤中，遇到恶劣天气时，母船通过无线电发送命令召回子船，并关闭通道门进入自我保护状态。优选地，在S10-60步骤中，当母船上的垃圾池装满，母船驶回港口或者由特定的船只更换新的空垃圾池。与现有技术相比，本发明公开的海洋垃圾自动清理水面船系统和方法，母船具备自主调节能力和控制子船能力，可以完全脱离人工自主、不间断工作，并且可设定自主巡航清理路线，非常适合河道、湖泊、海洋等自然水面和水库、泳池等人工水面的漂浮漂浮物清理。母船的上电池的电能由太阳能发电板和其他发电装置提供，子船的电能主要由母船提供。子船和母船之间通过无线电进行通信，母船和陆地上的操控中心之间通过卫星进行通信。母船和子船上均装有GPS装置和电子罗盘，能够获取自身的实时位置和航向角。母船上还装有震动监测装置，如果海面风浪太大，船体晃动剧烈，可以回收子船，关闭通道门，进入自我保护状态。附图说明为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：图1为本发明实施例海洋垃圾自动清理水面船系统的母船结构示意图；图2为本发明实施例海洋垃圾自动清理水面船系统内部结构示意图；图3为本发明实施例又一海洋垃圾自动清理水面船系统内部结构示意图；图4为本发明实施例海洋垃圾自动清理水面船方法步骤流程图。下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。系统实施例参见图1-3，包括母船一艘和子船若干艘，母船包括太阳能发电板11若干个、天线12、视觉靶标13若干个、通道14若干个、推进器15若干个、重块16若干个、水泵18、垃圾倾倒机构19、垃圾池20、停靠平台21和防水电子舱22；太阳能发电板11若干个设置在母船的顶部，对母船的其他部分和子船供电；天线12设置在母船的顶部，接收和发送无线信号；视觉靶标13设置在母船的侧面，通道14亦设置在母船的侧面，视觉靶标13的下方，可以与视觉靶标13个数相同，视觉靶标13引导子船回坞入通道14；通道14内设置有停靠平台21，子船回坞入通道14后在停于停靠平台21；停靠平台21上方设置有垃圾倾倒机构19，将子船内的垃圾搜集框提起到垃圾池20上方并进行倾倒；推进器15设置在母船的一面，用于推动母船；重块16和气囊17设置在母船的下方，用于调节母船的浮力；水泵18设置在垃圾池20的底部，用于排出垃圾池20中侵入的海水；防水电子舱22设置在母船内部，其中设置电池和控制电路。具体实施例中，垃圾倾倒机构19包括导轨和装夹部，装夹部将子船内的垃圾搜集框夹持，导轨将夹持住的垃圾搜集框提起至垃圾池20的上方，装夹部将垃圾搜集框翻转，使其中的垃圾倾倒入垃圾池20。母船的中间是垃圾池20，垃圾池20空间很大，延伸到水下3-5m，用于储存子船搜集到的海面漂浮物，垃圾池20和母船之间设置第一固定机构，松开第一固定机构，垃圾池20从母船脱离。停靠平台21上装有无线电能传输线圈，能够对停靠的子船进行无线充电。停靠平台21上设置第二固定机构，对子船进行固定；停靠平台21还设置有无线电能传输线圈，能够对停靠的子船进行无线充电。母船和子船均设置GPS装置和电子罗盘，获取实时位置和航向角。母船上还设置有震动监测装置，在海面风浪大于设定阈值时，回收子船，关闭通道14门和进入自我保护状态。方法实施例的步骤流程图参见图4，包括以下步骤：S10，投放前，通过重块和气囊调节母船的吃水深度，使水面位置漫过通道的一半高度；S20，将母船投放到目标海域，母船的状态通过卫星通信实时监测，或对母船发送远程控制指令；S30，母船向子船发送任务指令，子船离开母船，在距离母船限定的距离内，进行漂浮塑料搜集任务；S40，子船完成垃圾搜集后，通过GPS和无线电通信返回母船，并通过机器视觉系统识别母船上的靶标完成回坞；S50，母船固定子船，并通过无线电能传输系统给子船充电，同时，子船松开垃圾搜集框的固定机构，母船上的垃圾倾倒机构抓起垃圾搜集框，将垃圾倒入垃圾池中；S60，完成倾倒后，垃圾倾倒机构将垃圾搜集框放回子船，由子船进行固定。具体实施例中，在S10-60步骤中，当收集大量漂浮塑料后，母船的自重会增加，此时抛开若干重块，使得母船的吃水深度保持不变。遇到恶劣天气时，母船通过无线电发送命令召回子船，并关闭通道门进入自我保护状态。母船完成指定海域的漂浮塑料清理后，可以航行到下一目标区域进行清理。当母船上的垃圾池装满，母船驶回港口或者由特定的船只更换新的空垃圾池。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种海洋垃圾自动清理水面船系统，包括母船一艘和子船若干艘，其特征在于，母船包括太阳能发电板若干个、天线、视觉靶标若干个、通道若干个、推进器若干个、重块若干个、水泵、垃圾倾倒机构、垃圾池、停靠平台和防水电子舱；所述太阳能发电板若干个设置在母船的顶部，对母船的其他部分和子船供电；所述天线设置在母船的顶部，接收和发送无线信号；所述视觉靶标设置在母船的侧面，所述通道亦设置在母船的侧面，视觉靶标的下方，视觉靶标引导子船回坞入通道；所述通道内设置有停靠平台，子船回坞入通道后在停于停靠平台；停靠平台上方设置有垃圾倾倒机构，将子船内的垃圾搜集框提起到所述垃圾池上方并进行倾倒；所述推进器设置在母船的一面，用于推动母船；所述重块和气囊设置在母船的下方，用于调节母船的浮力；所述水泵设置在垃圾池的底部，用于排出垃圾池中侵入的海水；所述防水电子舱设置在母船内部，其中设置电池和控制电路。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述垃圾倾倒机构包括导轨和装夹部，装夹部将子船内的垃圾搜集框夹持，导轨将夹持住的垃圾搜集框提起至垃圾池的上方，装夹部将垃圾搜集框翻转，使其中的垃圾倾倒入垃圾池。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述垃圾池和母船之间设置第一固定机构，松开第一固定机构，垃圾池从母船脱离。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述停靠平台上设置第二固定机构，对子船进行固定；停靠平台还设置有无线电能传输线圈，能够对停靠的子船进行无线充电。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述母船和子船均设置GPS装置和电子罗盘，获取实时位置和航向角。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述母船上还设置有震动监测装置，在海面风浪大于设定阈值时，回收子船，关闭通道门和进入自我保护状态。7.一种采用权利要求1-6之一所述系统的海洋垃圾自动清理方法，其特征在于，包括以下步骤：S10，投放前，通过重块和气囊调节母船的吃水深度，使水面位置漫过通道的一半高度；S20，将母船投放到目标海域，母船的状态通过卫星通信实时监测，或对母船发送远程控制指令；S30，母船向子船发送任务指令，子船离开母船，在距离母船限定的距离内，进行漂浮塑料搜集任务；S40，子船完成垃圾搜集后，通过GPS和无线电通信返回母船，并通过机器视觉系统识别母船上的靶标完成回坞；S50，母船固定子船，并通过无线电能传输系统给子船充电，同时，子船松开垃圾搜集框的固定机构，母船上的垃圾倾倒机构抓起垃圾搜集框，将垃圾倒入垃圾池中；S60，完成倾倒后，垃圾倾倒机构将垃圾搜集框放回子船，由子船进行固定。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在S10-60步骤中，当收集大量漂浮塑料后，母船的自重会增加，此时抛开若干重块，使得母船的吃水深度保持不变。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在S10-60步骤中，遇到恶劣天气时，母船通过无线电发送命令召回子船，并关闭通道门进入自我保护状态。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在S10-60步骤中，当母船上的垃圾池装满，母船驶回港口或者由特定的船只更换新的空垃圾池。

百度查询： 杭州电子科技大学 一种海洋垃圾自动清理水面船系统和方法

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