[发明专利]一种水面清洁机器人

说明书

本发明公开了一种水面清洁机器人，包括控制系统、驱动装置、执行装置、导航系统、传感器模块：其中，传感器模块包括超声波测距传感器、压力传感器、视觉传感器、电源模块、无线通信模块。所述控制系统用于所有决策处理；驱动装置用于提供船体和机械臂工作的动力；执行装置用于完成垃圾的收放；导航系统用于提供船体行驶的航线；超声波测距传感器测量船体头部和障碍物之间的距离；压力传感器检测垃圾箱已经容纳垃圾的重量；视觉传感器识别水面上的垃圾；电源模块为整个控制系统提供电源；无线通信模块用于清洁船和地面控制站之间的信息通信。本发明具有自动化程度高、功耗低、便于维护的优势，利用太阳能电池和蓄电池的双电池系统，更加节能环保。

技术领域

本发明属于无人驾驶技术领域，特别是一种水面清洁机器人。

背景技术

无人驾驶船的技术涉及到水动力学、自主决策、自动控制、信号处理、网络通信、传感器技术方面问题，具有较高的技术难度。无人驾驶船要在复杂、危险的区域内具有稳定的航行能力和应对突发状况的能力，就必须做到实时监控自身的设备运行状况、感知外界信息、做出正确的决策并严格执行，而这些操作就要依靠与外界环境交互的传感器系统、高级别的自主导航系统、精准的自动控制程序以及稳定快速的网络通讯技术。同时，无人驾驶船还需具备自主选择的模式切换功能，能够在自主航行、远程遥控、失效保护模式中进行自主地切换，以确保无人驾驶船的航行安全。

随着经济的发展，水体污染也日益严重。有很多的河流和湖泊的水面上都漂浮着塑料袋、泡沫、水藻等垃圾，严重污染了河流和湖泊的生态环境，进而影响人们的生活。因此，清理水面垃圾的难题迫在眉睫。因为河流和湖泊的水面具有面积大、视野广的特点，并且传统的清洁船成本高、消耗人力资源大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人驾驶、节能环保的水面清洁机器人，以实现自动清洁垃圾，完成任务后自动返航的功能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种水面清洁机器人，包括控制系统、驱动装置、执行装置、导航系统、传感器模块；其中，传感器模块包括超声波测距传感器、压力传感器、视觉传感器、电源模块和无线通信模块；

所述控制系统用于水面清洁机器人的所有决策处理；所述驱动装置用于提供船体和机械臂运动的动力；所述执行装置用于完成垃圾的收放；所述导航系统用于提供船体行驶的航线；所述超声波测距传感器测量船体头部和障碍物之间的距离；所述压力传感器检测垃圾箱已经容纳垃圾的重量；所述视觉传感器识别水面上的垃圾；所述电源模块为整个系统提供电源；所述无线通信模块用于清洁船和地面控制站之间的信息通信。

进一步地，所述控制系统与驱动装置连接，驱动装置通过接收控制系统送出的PWM控制信号，驱动电机带动螺旋桨的转动，用于控制船体和机械臂的运动；所述控制系统与执行装置连接用于实现对垃圾的抓取和放置动作；所述控制系统与导航系统连接，导航系统将获得的经纬度信息数据传输给控制系统用于提供船体行驶的航线；所述控制系统与传感器模块连接：其中控制系统与超声波测距传感器连接用于测量船体头部和障碍物之间的距离，以防船体发生碰撞；所述控制系统与压力传感器连接用于检测垃圾箱容纳垃圾的重量；所述控制系统与视觉传感器连接用于识别水面上的垃圾位置；所述控制系统与电源模块连接用于为整个控制系统提供电能，电源模块根据电池电量信息来决定启用太阳能电池还是蓄电池，并利用稳压模块稳定出3.3V、5V、24V的电压；所述控制系统与无线通信模块连接用于水面清洁机器人和地面控制站之间的信息通信。

进一步地，所述驱动装置包括手腕舵机、前臂舵机、后臂舵机、电机减速器、转向云台电机，所述转向云台电机通过齿轮轴和电机减速器相连，用于驱动转向云台转向；所述后臂舵机安装在后臂的后端，驱动后臂上下摆动；所述前臂舵机安装在后臂和前臂的连接处，用于驱动前臂上下摆动；所述手腕舵机安装在前臂的最前端，用于控制机械手抓取目标。