智能垃圾打捞船的结构设计

摘 要：本文涉及一种智能垃圾打捞船，包括船体和智能控制设备，所述船体的顶部设有分别与所述智能控制设备连接的摄像头、WIFI模块和定位模块，所述船体的底部固定设有分别与所述智能控制设备连接的检测设备和驱动设备；所述船体的外侧壁上设有垃圾入口，所述船体内设有传动设备和收集箱，所述传动设备由下至上包括通过传送带传动连接的下转动轮和上转动轮，所述下转动轮靠近垃圾入口设置，所述收集箱上設有开口，所述开口与所述上转动轮对应设置。本文的智能垃圾打捞船具有能实现有效的智能控制，从而快速完成垃圾收集操作的优点。

关键词：垃圾打捞船；智能；结构

一、智能垃圾打捞船设计背景

现有技术中，由于人为原因，一些不能被分解的垃圾被倾倒进河流（例如景区的湖泊等），包括能浮于水面的白色垃圾和沉于水底的重型垃圾。而倒入水中的垃圾会跟随着水体一起流动或者下沉，为水体垃圾的清理工作带来了难题。传统的清理方式是利用人工捕捞的方式，这种方式不仅人工作业量大，而且人常需与垃圾直接接触，从而造成皮肤伤害，另外，在恶劣条件下也难以搜寻捕捞垃圾。同时也存在打捞速度慢，打捞针对性不够的问题。

二、智能垃圾打捞船设计目的

现阶段国内大江大河使用的多是打捞船，打捞船机身庞大并较适用于大面积的湖、海区域；面对景区、公园、封闭区域的人工湖则多是人工打捞，这样不仅加重管理区域的负担，也不能很好地保障打捞人员的安全。因此，本文通过研究国内外水上垃圾清洁器的现状，深入挖掘其数据蕴含的内在规律和潜在信息的同时，研究现有水上垃圾清洁器的各个特点再分析其共同点，并且研究水上垃圾清洁器使用的安全程度、复杂程度、长度、内部结构、产品特征、产品外观、定位及发展空间等各方面为垃圾打捞船提供创新思维。

三、智能垃圾打捞船国内外研究现状

目前国内使用的打捞船都具有以下几个特点：首先是定位准确、运行省力；再者，行驶速度快，快速到达打捞区域；最后是容量大，能最大程度储藏工具、设备以及打捞的垃圾。近年来，国内也渐渐自主研发了具有较高效率的水面垃圾自动打捞船。这些垃圾打捞船大多集自动清扫、收集、储存打捞垃圾于一体，以电为动力，行动灵活，高效、节能、环保，克服了以往人工打捞的缺点，提高了打捞速度，减轻了劳动力度，并且可以较长时间的连续工作，减少了运转过程的能源浪费。从打捞到转运全部实现机械化作业，大大提高了工作效率，并减轻了工人的劳动强度，比较适用于大面积水域中水生植物的污染治理。国外水上垃圾清洁器多以大型打捞船为主，不管在国内或国外都还只是针对大型面积区域的垃圾清理，并不完善、成熟。现有的垃圾打捞船还没有进入深层次的研发阶段，一般占地面积较大，不利于现代城市绿化的发展、高效率环保工作的进程。因此如何加强我国城市生态水上垃圾打捞船智能化、人性化成为设计研究的关键。

四、智能垃圾打捞船的设计方案

本文设计的智能打捞船所要解决的技术问题是：提供一种便于垃圾清理、避免伤害皮肤且打捞速度快的智能垃圾打捞船，本文采用的技术方案为：

一种智能垃圾打捞船，包括船体和智能控制设备，船体的顶部设有分别与智能控制设备连接的摄像头、WIFI模块和定位模块，摄像头设于顶部；

船体的底部固定设有分别与智能控制设备连接的检测设备和驱动设备，检测设备包括用于检测水环境的水质指标的传感器，驱动设备包括第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置，三个驱动装置分别设于互不相同的三个平面上，驱动装置用于驱动智能垃圾打捞船移动；

船体的外侧壁上设有垃圾入口，垃圾入口处设有两个相向设置的叶片，叶片相对船体可转动设置，船体内设有传动设备和收集箱，传动设备由下至上包括通过传送带传动连接的下转动轮和上转动轮，下转动轮靠近垃圾入口设置，收集箱上设有开口，开口与上转动轮对应设置。摄像头相对船体可360°旋转设置。船体表面设有太阳能电池板，用于将吸收的太阳能转化成驱动智能垃圾打捞船移动的动力。水质指标包括pH值和/或EC值。智能控制设备为单片机。第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置围成三角形区域。传动设备还包括第四驱动装置，第四驱动装置驱动下转动轮或上转动轮转动，第四驱动装置与智能控制设备电连接。定位模块为北斗卫星定位芯片。

五、智能垃圾打捞船的结构上设计

本次设计的作品蛟龙号，长800mm，宽300mm，高500mm，由金属机械、电子传感器与有机玻璃等结合而成，其主要工作与湖泊海洋等水源地，与白色污染、绿藻等污染物“作战”。

本次制作的作品，可以将其自上而下分为三个功能区域：

（1）最顶端为设有摄像头、Wi.Fi模块、北斗卫星定位芯片的智能寻找区；依靠其快速定位自身位置及发现污染物。外框架贴有太阳能电池板，为其行动提供源源不断的动力。

（2）中部为主要收集区，依托自主设计的收集结构，将靠近的“白色垃圾”等污染物快速的收集起来。

（3）底部分为前后两端，前端设有PH值、EC值等水源质量检测传感器，实时记录水质数据。后端为动力输出原件，由安装在三个不同平面的水下电机为其提供多角度多方向动力。

主要结构如下：

由图1可知，一种智能垃圾打捞船，包括船体1和智能控制设备，船体1的顶部设有分别与所述智能控制设备连接的摄像头2、WIFI模块和定位模块，摄像头2设于顶部；船体1的底部固定设有分别与智能控制设备连接的检测设备3和驱动设备4，检测设备3包括用于检测水环境的水质指标的传感器，驱动设备4包括第一驱动装置41、第二驱动装置42和第三驱动装置43，驱动装置4用于驱动智能垃圾打捞船移动；

船体1的外侧壁上设有垃圾入口5，设有两个相向设置的叶片51，叶片51相对船体1可转动设置，船体1内设有传动设备6和收集箱7，传动设备6由下至上包括通过传送带61传动连接的下转动轮62和上转动轮63，下转动62轮靠近垃圾入口5设置，收集箱7上设有开口71，开口71与上转动轮63对应设置。

述摄像头2相对船体1可360°旋转设置。船体1顶部表面设有太阳能电池板，用于将吸收的太阳能转化成驱动智能垃圾打捞船移动的动力。水质指标包括pH值和/或EC值。智能控制设备为单片机。第一驱动装置41、第二驱动装置42和第三驱动装置43围成三角形区域，根据需要，驱动三个驱动装置中的至少一个，以实现打捞船沿一定向的纠偏移动。传动设备6还包括第四驱动装置，第四驱动装置驱动下转动轮62或上转动轮63转动，第四驱动装置与智能控制设备电连接。定位模块为北斗卫星定位芯片。

六、智能垃圾打捞船工作过程

（1）本实用新型的智能垃圾打捞船，通过两个相向设置的叶片的转动将船身前端垃圾仅由垃圾入口推向内部，然后由传动设备由下至上带动垃圾经由开口进入收集箱内，以实现垃圾收集；

（2）安装在三个不同平面的第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置可为打捞船提供多角度多方向的动力；

（3）设有摄像头、定位模块、检测设备和驱动设备，摄像头可自动捕捉垃圾并记录垃圾数量，定位模块可为垃圾打捞船提供定位信息，检测设备可实时记录水源PH值、EC值等水质数据，驱动设备负责驱动垃圾打捞船移动；智能控制设备与摄像头、定位模块、检测设备和驱动设备连接，通过智能控制设备采集垃圾数量、定位以及水质数据，可以实现有效的智能控制，從而快速完成垃圾收集操作；

（4）设有WIFI模块，可依托物联网平台，将智能控制设备采集的垃圾数量、定位以及水质数据通过市政WIFI接入物联网，简单直观的了解垃圾打捞船所在的水环境的“健康”信息。

七、智能垃圾打捞船所能实现的功能

本作品的主要功能如下：

1）快速收集。蛟龙打捞船依靠双边扇叶转动将船身前端垃圾推向内部，由内部履带带动垃圾进入收集区。

2）单片机控制。蛟龙打捞船船顶设有摄像头模块，自动捕捉垃圾、记录垃圾数量，中部设有北斗卫星定位模块，为蛟龙打捞船提供定位信息，底部设有水质检测传感器，实时记录水源PH值、EC值等水质数据。

3）智能供电。天气晴朗是，蛟龙打捞船顶端的太阳能电池板开始工作，为内部蓄电池组供电。

4）接入One Net物联网。依托One Net物联网平台，将单片机采集的垃圾数量、定位以及水质数据通过市政Wi.Fi接入物联网，简单直观的了解湖泊的“健康”信息。

八、智能打捞船的特点

1）一种智能垃圾打捞船，其特征在于，包括船体和智能控制设备，所述船体的顶部设有分别与所述智能控制设备连接的摄像头、WIFI模块和定位模块，所述摄像头设于顶部；

2）根据权利要求1所述的智能垃圾打捞船，其特征在于，所述摄像头相对船体可360°旋转设置。

3）根据权利要求1所述的智能垃圾打捞船，其特征在于，所述船体表面设有太阳能电池板，用于将吸收的太阳能转化成驱动智能垃圾打捞船移动的动力。

4）根据权利要求1所述的智能垃圾打捞船，其特征在于，所述水质指标包括pH值和/或EC值。

5）根据权利要求1所述的智能垃圾打捞船，其特征在于，所述智能控制设备为单片机。

6）根据权利要求1所述的智能垃圾打捞船，其特征在于，所述第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置围成三角形区域。

7）根据权利要求1所述的智能垃圾打捞船，其特征在于，所述传动设备还包括第四驱动装置，所述第四驱动装置驱动下转动轮或上转动轮转动，所述第四驱动装置与智能控制设备电连接。

8）根据权利要求1所述的智能垃圾打捞船，其特征在于，所述定位模块为北斗卫星定位芯片。

九、对于智能垃圾打捞船的展望

1）智能垃圾打捞船船体可选择自降解的材料，消耗结束后，自降解不影响环境。

2）智能打捞船尺寸较其他打捞船更为结构紧凑精致，因此可以大范围、多数量进行布控，快速、持续有效的监控水源水质、治理水源污染。

十、结语

智能垃圾打捞船相对于传统的垃圾打捞船具有明显的优势，其面向人们生活与水生态环境的和谐发展需求。智能垃圾打捞船是旅游景区水域生态环境的重要保护设施，对于改善水域环境、提升景区水质量起着不可或缺的作用。结合“以人为本”的设计方法，将水面垃圾收集的工作原理与生态美学造型结合，设计出解决现代社会水生态污染问题的智能垃圾打捞船。智能垃圾打捞船具有能实现有效的智能控制，从而快速完成垃圾收集操作的优点。智能垃圾打捞船收集水面垃圾，既省力又避免了人工打捞所存在的不安全因素，是新时代的科技产物，更符合社会发展、美化城市的需要。

参考文献：

[1]王耐新.一种环保型河道垃圾打捞船[P].中国专利：CN206885287U，2018.01.16.

[2]王文新.一种用于水面垃圾打捞的小型打捞船[P].中国专利：CN206885288U，2018.01.16.

[3]王昱淇，扆冰蕾.一种水面垃圾打捞船[P].中国专利：CN107628206A，2018.01.26.

[4]董建军，董毅.一种清除水面漂浮物打捞船[P].中国专利：CN206466131U，2017.09.05.

[5]严光亮，邱江，周占群，李春芳，薛沂蒙，梁超，徐清光，池恒，朱建斌，杨春勤，张季平，王燮仁，胡林平，张更生，锅启才.水面漂浮物打捞船的研制[Z].国家科技成果.

作者简介：邓远洋（2001.），男，汉族，福建福州人，高三学生，就读于福州市第八中学。