[发明专利]一种水面清洁机器人

摘要

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。

主权项

1.一种水面清洁机器人，其特征在于，包括控制系统(1)、驱动装置(2)、执行装置(3)、导航系统(4)、传感器模块、电源模块(8)和无线通信模块(9)；其中，传感器模块包括超声波测距传感器(5)、压力传感器(6)和视觉传感器(7)；所述控制系统(1)用于水面清洁机器人的所有决策处理；所述驱动装置(2)用于提供船体和机械臂运动的动力；所述执行装置(3)用于完成垃圾的收放；所述导航系统(4)用于提供船体行驶的航线；所述超声波测距传感器(5)测量船体头部和障碍物之间的距离；所述压力传感器(6)检测垃圾箱已经容纳垃圾的重量；所述视觉传感器(7)识别水面上的垃圾；所述电源模块(8)为水面清洁机器人提供电源；所述无线通信模块(9)用于水面清洁机器人和地面控制站之间的信息通信；所述超声波测距传感器(5)将超声波从发射到接收的时间发送给控制系统(1)，控制系统(1)通过时间和超声波传播的速度，计算出船体头部和障碍物之间的距离；在行驶过程中，控制系统(1)向超声波测距传感器(5)发出一个10μs以上的高电平，作为超声波测距传感器(5)的触发信号，然后超声波测距传感器(5)内部将发出8个40Hz周期电平并检测回波，检测到有回波信号后向处理器输出回响信号，回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比；处理器通过测量回响信号的脉冲宽度，计算出船体到障碍物的距离；所述超声波测距传感器(5)选用的模块是HC‑SR04，TTL接口，测距范围达8米，精度达0.3cm；所述压力传感器(6)将垃圾箱容纳的垃圾的重量转换为电信号，传送给控制系统(1)，控制系统(1)通过AD转换并进行换算，得到垃圾箱已经容纳垃圾的重量；所述压力传感器(6)选用的模块是HX711AD；所述视觉传感器(7)将湖面环境转换为电信号，然后利用AD转换将电信号转换为数字信号；每个像素都有一个数值，记录了该像素点的亮度，通过设置阈值，将采集到的图像信息进行二值化；对于二值化的数据，通过滤波算法排除掉噪点，然后利用边缘提取的方法，确定物体的形状，控制系统(1)对形状进行分析判断，如果判定为垃圾，则操作机器臂去捡该垃圾；所述控制系统(1)与驱动装置(2)连接，驱动装置(2)通过接收控制系统(1)送出的PWM控制信号，驱动电机带动螺旋桨转动，用于控制船体和机械臂的运动；所述控制系统(1)与执行装置(3)连接用于实现对垃圾的抓取和放置动作；所述控制系统(1)与导航系统(4)连接，导航系统(4)将获得的经纬度信息数据传输给控制系统(1)用于提供船体行驶的航线；所述控制系统(1)与传感器模块连接：其中控制系统(1)与超声波测距传感器(5)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(1)与压力传感器(6)连接用于检测垃圾箱容纳垃圾的重量；所述控制系统(1)与视觉传感器(7)连接用于识别水面上的垃圾位置；所述控制系统(1)与电源模块(8)连接用于为整个控制系统(1)提供电能，电源模块(8)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输出3.3V、5V、24V的电压；所述控制系统(1)与无线通信模块(9)连接用于水面清洁机器人和地面控制站之间的信息通信；所述驱动装置(2)包括手腕舵机(21)、前臂舵机(22)、后臂舵机(23)、电机减速器(24)、转向云台电机(25)，所述转向云台电机(25)通过齿轮轴和电机减速器(24)相连，用于驱动转向云台(34)转向；所述后臂舵机(23)安装在后臂(33)的后端，驱动后臂(33)上下摆动；所述前臂舵机(22)安装在后臂(33)和前臂(32)的连接处，用于驱动前臂(32)上下摆动；所述手腕舵机(21)安装在前臂(32)的最前端，用于控制机械手(31)抓取目标。