一种智能环保无人船及其运行方法与流程

技术特征：
1.一种智能环保无人船，其特征在于，包括：多功能融合船体（1）、连接装置（2）、水质采样装置（3）、菌剂投放装置（4）、垃圾清理装置（5）和控制系统（6）；所述多功能融合船体（1）为移动式双船体结构，并通过所述连接装置（2）保持左右两个船体相连接，且两个船体的间距可调；所述多功能融合船体（1）的两个船体上分别至少设有一个激光雷达（11）、摄像头（12）、gps/imu传感器模块（13）、浊度测定仪（14）和超声波传感器（15）；所述菌剂投放装置（4）至少设有两个，分别对称安装在左右两个船体之间的侧臂上，并通过排液导管将菌剂投放到水中，且在排液导管出口的下方设置有驱动机构（16）；所述垃圾清理装置（5）安装在多功能融合船体（1）中间，且前端呈外八字形状伸出船体；所述水质采样装置（3）安装在多功能融合船体（1）的船舱后部；所述控制系统（6）用于对本发明智能环保无人船的整体控制。2.根据权利要求1所述一种智能环保无人船，其特征在于，所述控制系统（6）包括：主控制器（61）、主驱动器（62）、图像处理模块（63）、信息传输模块（64）和电源模块（65）；所述主控制器（61）用于针对上述图像处理模块（63）、信息传输模块（64）、激光雷达（11）、gps/imu传感器模块（13）、浊度测定仪（14）和超声波传感器（15）发来的信息进行综合分析并向主驱动器（62）发出处理指令；所述主控制器（61）内设有全局路径规划器和局部路径规划器，用于全局和局部路径规划；所述主驱动器（62）用于根据主控制器（61）发出的指令驱动所述驱动机构（16）、连接装置（2）、水质采样装置（3）、菌剂投放装置（4）和垃圾清理装置（5）；所述图像处理模块（63）用于所述摄像头（12）的图像处理；所述信息传输模块（64）用于同远程控制云台或者遥控器与主控制器（61）之间的信息交互；所述电源模块（65）为本发明智能环保无人船的各个装置或模块提供电压大小合适且稳定的电源。3.根据权利要求2所述一种智能环保无人船，其特征在于，所述连接装置（2）包括：z型连接杆（201）、转轴（202）和伸缩套筒（203），所述z型连接杆（201）对称设置在左右两个船体之间的固定槽内，一端通过转轴（202）与船体转动连接，另一端通过伸缩套筒（203）连接；所述伸缩套筒（203）与z型连接杆（201）滑动配合，用于调节z型连接杆（201）的宽度，改变左右两个船体的间距大小。4.根据权利要求2所述一种智能环保无人船，其特征在于，所述水质采样装置（3）包括：水质采样导管（301）、水质采样瓶（303）、带齿转盘（304）、从动齿座（307）和挤压锤（309），所述水质采样导管（301）底端深入到河道内，上端设有电动阀门（302），输出口正对所述水质采样瓶（303）的瓶口；若干个所述水质采样瓶（303）圆周均布排列安装在带齿转盘（304）上方设置的滑槽内，所述带齿转盘（304）下方设有驱动电机（306），所述驱动电机（306）固定安装在船体上，输出端与带齿转盘（304）固定连接；所述从动齿座（307）与带齿转盘（304）相啮合，且通过转轴与船体转动连接；所述从动齿座（307）上方固定设有双向丝杆（308），所述双向丝杆（308）的滑块的前端固定连接有挤压锤（309），后端设有导向板（305）；双向丝杆（308）的滑块与导向板（305）滑动配合，所述挤压锤（309）随着双向丝杆（308）转动而沿着双向丝杆（308）上下反复运动；在双向丝杆（308）与水质采样导管（301）之间设有加盖机构（310）。5.根据权利要求4所述一种智能环保无人船，其特征在于，所述加盖机构（310）包括：瓶塞竖管（311）、输送板（312）、推动电缸（313）和滑动盖板（314），所述瓶塞竖管（311）内底部设有弹起件（315），所述弹起件（315）上方依次正向排列一竖管的瓶塞；所述瓶塞竖管（311）上端固定连接输送板（312），所述输送板（312）的前端设有正对所述水质采样瓶（303）瓶口
的下料口（316）；所述滑动盖板（314）呈“z”字形，顶部与底部间距为一个瓶塞的高度；所述滑动盖板（314）的底部滑动安装在输送板（312）上，并由设置在输送板（312）上的推动电缸（313）进行前后推拉；所述推动电缸（313）上设有三个停止位，在推动电缸（313）带动下，当处于中间停止位时，滑动盖板（314）底部将瓶塞竖管（311）的上口封住，当处于后停止位时，滑动盖板（314）底部与瓶塞竖管（311）的上口错开，瓶塞弹出并贴合滑动盖板（314）顶部，当处于前停止位时，滑动盖板（314）将瓶塞输送到下料口（316），实现瓶塞落入到水质采样瓶（303）瓶口内。6.根据权利要求2所述一种智能环保无人船，其特征在于，所述菌剂投放装置（4）包括：菌剂箱（401）、安装板（402）、雾化喷洒器（403）、电动压力泵（404），所述菌剂箱（401）和雾化喷洒器（403）通过导管相连，菌剂在电动压力泵（404）的压力下从菌剂箱（401）进入到雾化喷洒器（403）内，在通过雾化喷洒器（403）喷洒入河道内；所述菌剂箱（401）通过安装板（402）固定在船体侧壁上；所述菌剂箱（401）设有液位传感器（405），所述液位传感器（405）向主控制器（61）发送菌剂箱（401）内液面信息。7.根据权利要求2所述一种智能环保无人船，其特征在于，所述垃圾清理装置（5）包括：折叠支撑架（520）和垃圾收集网；所述垃圾收集网包括：垃圾导入网（521）和垃圾收纳网（522），所述垃圾导入网（521）用于垃圾的导入，位于在船体前端；所述垃圾收纳网（522）位于垃圾导入网（521）后方，用于盛放垃圾，且垃圾收纳网（522）活动安装在船体之间，用于垃圾装满后能够及时拆卸更换。8.根据权利要求7所述一种智能环保无人船，其特征在于，所述折叠支撑架（520）包括：固定块（501）、旋转杆（503）、传动杆（504）、位移杆（505）、从动杆（506）、固定杆（507）和旋转支架（510）；所述固定块（501）固定安装在一侧船体的前端，且设有旋转电机（502）；所述旋转杆（503）转动安装在固定块（501）上，且由旋转电机（502）带动其转动；所述传动杆（504）一端固定在旋转杆（503）的底端，另一端与位移杆（505）铰接；所述位移杆限制在左右两个船体之间，且另一端与从动杆（506）铰接；所述从动杆（506）的另一端转动连接在固定杆（507）的后端；所述固定杆（507）通过固定夹（508）固定在同侧船体的内侧，且固定杆（507）和位移杆（505）上方均固定设有门型框架（509），所述门型框架（509）周围活动安装垃圾收纳网（522）。9.根据权利要求8所述一种智能环保无人船，其特征在于，所述旋转支架（510）包括：支撑杆（511）、安装框架（512）和调节电机（513），所述支撑杆（511）固定在旋转杆（503）的顶端，且支撑杆（511）下方的左右两端分别设有两个铰接点；两个所述安装框架（512）对称设置，分别转动安装在支撑杆（511）的两个铰接点处，并通过调节电机（513）调节其与支撑杆（511）的夹角；两个所述安装框架（512）内部均固定安装垃圾导入网（521），且下端设有下连杆（514），所述下连杆（514）铰接在两个所述安装框架（512）之间，保证两个所述安装框架（512）的相对角度。10.一种智能环保无人船的运行方法，其特征在于：（一）建立全局路径地图及导航更新：本发明智能环保无人船进入陌生环境，主控制器（61）向主驱动器（62）发出无人船巡航指令，主驱动器（62）启动驱动机构（16）实现无人船的全路径巡航及环境探索；工作人员通过遥控器或者控制云台开启建图功能，融合gps/imu传感器模块（13）进行
初步定位，激光雷达（11）开启在主控制器内形成点云数据，与此同时建图算法和自动探索建图算法同步展开，无人船利用自动建图算法实现激光雷达（11）点云数据的全图覆盖，当点云地图形成闭环结构后，无人船停止建图，并把建立的高精度点云地图保存；建图结束后，导航功能方可开启，无人船需要去到目标点时，无人船在地图中利用全局规划器，规划出到从船体到目标点的最优路径，并驱动船体前往；在导航过程中，超声波传感器（15）同时开启，根据上述建立的全局路径地图进行导航，当遇到障碍时，主控制器（61）根据激光雷达（11）、超声波传感器（15）以及摄像头（12）进行障碍物距离和大小判断，若障碍物大小在某一设定值以内，伸缩套筒（203）调节z型连接杆（201）的宽度，改变左右两个船体的间距大小，保证无人船顺利通过；若障碍物大小超出某一设定值，主控制器（61）则进行局部路径重新规划，形成避障路线，完成无人船避障行进；（二）垃圾清理及折叠避障：通过遥控器或者控制云台向无人船发出垃圾清理指令后，首先摄像头（12）开启进行实时图像监测，并通过图像处理模块（63）处理将图像数据信息上传至主控制器（61），主控制器（61）通过信息传输模块（64）将图像数据信息远程传输至控制云台或遥控器，工作人员通过控制云台或遥控器指定需清理的水面垃圾；主驱动器（62）启动旋转电机（502）调节旋转杆（503）的角度，使垃圾导入网（521）和垃圾收纳网（522）张开，启动调节电机（513）调节两个安装框架（512）的相对角度，实现垃圾导入网（521）整体呈外八型结构，方便垃圾进入到垃圾收纳网（522）中，并防止船体后退时，垃圾倒流；当遇到的障碍物过大时，需要将垃圾清理装置（5）进行临时聚拢折叠，主驱动器（62）启动调节电机（513）调节两个安装框架（512）相对船体内侧平行，启动旋转电机（502）调节旋转杆（503）回转，使垃圾导入网（521）和垃圾收纳网（522）聚拢到船体一侧；当通过障碍物后，重复上述动作复位，继续清理水面垃圾；当摄像头（12）监测到垃圾收纳网（522）垃圾过多时，图像处理模块（63）分析情况并将信息上传到更换信息到主控制器（61），主控制器（61）发动指令到控制云台，提醒工作人员及时更换；当间隔设定时间没有收到工作人员指令时，无人船自动返回至系统设定的默认垃圾收集点，等待垃圾收纳网（522）更换，并将具体位置信息发送至控制云台；（三）定点、定量水质检测：当无人船接收遥控器或者控制云台发出的水质检测任务指令时，无人船前往目标点进行抽样；浊度测定仪（16）先对该目标点进行水质浑浊程度检查，并将分析数据上传至主控制器（61）进行记录；随后主驱动器（62）启动电动阀门（302），将水质样本通过水质采样导管301传输至空的水质采样瓶（303）内；收集完毕，关闭电动阀门（302）并启动驱动电机（306），移动水质采样瓶（303）到达加盖机构（310）处的同时触发推动电缸（313）将采集好的水质采样瓶（303）用瓶塞封口；继续移动水质采样瓶（303）将其运送到挤压锤（309）下方，通过齿轮传动，挤压锤（309）下落对瓶塞进行压紧；同时另一个空的水质采样瓶（303）将移动到水质采样导管301出口正下方，为下一次采样做准备；（四）精准均匀投放菌剂：当无人船接收遥控器或者控制云台发出的菌剂投放任务指令时，无人船前往目标点进行浊度检测；浊度测定仪（16）先对该目标点进行水质浑浊程度初步检查，并结合摄像头
（12）拍摄画面将分析数据上传至主控制器（61）进行分析判定；启动电动压力泵（404）将菌剂箱（401）中的菌剂通过导管流向雾化喷洒器（403），菌剂从雾化喷洒器（403）流出，以扇形的形状喷出与湖面中；主控制器（61）根据浑浊程度向主驱动器（62）发出调节指令，调节电动压力泵（404）和驱动机构（16）的功率大小，进而改变菌剂的喷洒流量和无人船的行进速度，实现菌剂的精准均匀投放；当液位传感器（405）检测到菌剂箱（401）中的菌剂不足时，及时反馈信息到主控制器（61），并传递到控制云台提醒工作人员注意。

技术总结
一种智能环保无人船及其运行方法，包括多功能融合船体、连接装置、水质采样装置、菌剂投放装置、垃圾清理装置和控制系统；多功能融合船体为移动式双船体结构，且间距可调；菌剂投放装置安装在左右两个船体之间的侧臂上，菌剂投放装置下方设置有驱动机构；垃圾清理装置安装在多功能融合船体中间，水质采样装置安装在多功能融合船体的船舱后部；控制系统用于对无人船的整体控制；本发明通过控制系统建立全局路径地图及导航更新，实现了无人船的智能全局导航及局部避障导航；通过采用双船体结构对多功能模块进行搭载，以此实现了无人船的自动化，多动能化，并使其具备了良好治理效果，减少了成本投入，提高了无人船的利用率。提高了无人船的利用率。提高了无人船的利用率。


技术研发人员：李勇 陶雄明 顾夏 双丰
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：2021.08.16
技术公布日：2021/10/8