智能垃圾打撈船的結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘 要：本文涉及一種智能垃圾打撈船，包括船體和智能控制設(shè)備，所述船體的頂部設(shè)有分別與所述智能控制設(shè)備連接的攝像頭、WIFI模塊和定位模塊，所述船體的底部固定設(shè)有分別與所述智能控制設(shè)備連接的檢測設(shè)備和驅(qū)動設(shè)備；所述船體的外側(cè)壁上設(shè)有垃圾入口，所述船體內(nèi)設(shè)有傳動設(shè)備和收集箱，所述傳動設(shè)備由下至上包括通過傳送帶傳動連接的下轉(zhuǎn)動輪和上轉(zhuǎn)動輪，所述下轉(zhuǎn)動輪靠近垃圾入口設(shè)置，所述收集箱上設(shè)有開口，所述開口與所述上轉(zhuǎn)動輪對應(yīng)設(shè)置。本文的智能垃圾打撈船具有能實現(xiàn)有效的智能控制，從而快速完成垃圾收集操作的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：垃圾打撈船；智能；結(jié)構(gòu)

一、智能垃圾打撈船設(shè)計背景

現(xiàn)有技術(shù)中，由于人為原因，一些不能被分解的垃圾被傾倒進河流（例如景區(qū)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。而倒入水中的垃圾會跟隨著水體一起流動或者下沉，為水體垃圾的清理工作帶來了難題。傳統(tǒng)的清理方式是利用人工捕撈的方式，這種方式不僅人工作業(yè)量大，而且人常需與垃圾直接接觸，從而造成皮膚傷害，另外，在惡劣條件下也難以搜尋捕撈垃圾。同時也存在打撈速度慢，打撈針對性不夠的問題。

二、智能垃圾打撈船設(shè)計目的

現(xiàn)階段國內(nèi)大江大河使用的多是打撈船，打撈船機身龐大并較適用于大面積的湖、海區(qū)域；面對景區(qū)、公園、封閉區(qū)域的人工湖則多是人工打撈，這樣不僅加重管理區(qū)域的負(fù)擔(dān)，也不能很好地保障打撈人員的安全。因此，本文通過研究國內(nèi)外水上垃圾清潔器的現(xiàn)狀，深入挖掘其數(shù)據(jù)蘊含的內(nèi)在規(guī)律和潛在信息的同時，研究現(xiàn)有水上垃圾清潔器的各個特點再分析其共同點，并且研究水上垃圾清潔器使用的安全程度、復(fù)雜程度、長度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品特征、產(chǎn)品外觀、定位及發(fā)展空間等各方面為垃圾打撈船提供創(chuàng)新思維。

三、智能垃圾打撈船國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)使用的打撈船都具有以下幾個特點：首先是定位準(zhǔn)確、運行省力；再者，行駛速度快，快速到達打撈區(qū)域；最后是容量大，能最大程度儲藏工具、設(shè)備以及打撈的垃圾。近年來，國內(nèi)也漸漸自主研發(fā)了具有較高效率的水面垃圾自動打撈船。這些垃圾打撈船大多集自動清掃、收集、儲存打撈垃圾于一體，以電為動力，行動靈活，高效、節(jié)能、環(huán)保，克服了以往人工打撈的缺點，提高了打撈速度，減輕了勞動力度，并且可以較長時間的連續(xù)工作，減少了運轉(zhuǎn)過程的能源浪費。從打撈到轉(zhuǎn)運全部實現(xiàn)機械化作業(yè)，大大提高了工作效率，并減輕了工人的勞動強度，比較適用于大面積水域中水生植物的污染治理。國外水上垃圾清潔器多以大型打撈船為主，不管在國內(nèi)或國外都還只是針對大型面積區(qū)域的垃圾清理，并不完善、成熟?，F(xiàn)有的垃圾打撈船還沒有進入深層次的研發(fā)階段，一般占地面積較大，不利于現(xiàn)代城市綠化的發(fā)展、高效率環(huán)保工作的進程。因此如何加強我國城市生態(tài)水上垃圾打撈船智能化、人性化成為設(shè)計研究的關(guān)鍵。

四、智能垃圾打撈船的設(shè)計方案

本文設(shè)計的智能打撈船所要解決的技術(shù)問題是：提供一種便于垃圾清理、避免傷害皮膚且打撈速度快的智能垃圾打撈船，本文采用的技術(shù)方案為：

一種智能垃圾打撈船，包括船體和智能控制設(shè)備，船體的頂部設(shè)有分別與智能控制設(shè)備連接的攝像頭、WIFI模塊和定位模塊，攝像頭設(shè)于頂部；

船體的底部固定設(shè)有分別與智能控制設(shè)備連接的檢測設(shè)備和驅(qū)動設(shè)備，檢測設(shè)備包括用于檢測水環(huán)境的水質(zhì)指標(biāo)的傳感器，驅(qū)動設(shè)備包括第一驅(qū)動裝置、第二驅(qū)動裝置和第三驅(qū)動裝置，三個驅(qū)動裝置分別設(shè)于互不相同的三個平面上，驅(qū)動裝置用于驅(qū)動智能垃圾打撈船移動；

船體的外側(cè)壁上設(shè)有垃圾入口，垃圾入口處設(shè)有兩個相向設(shè)置的葉片，葉片相對船體可轉(zhuǎn)動設(shè)置，船體內(nèi)設(shè)有傳動設(shè)備和收集箱，傳動設(shè)備由下至上包括通過傳送帶傳動連接的下轉(zhuǎn)動輪和上轉(zhuǎn)動輪，下轉(zhuǎn)動輪靠近垃圾入口設(shè)置，收集箱上設(shè)有開口，開口與上轉(zhuǎn)動輪對應(yīng)設(shè)置。攝像頭相對船體可360°旋轉(zhuǎn)設(shè)置。船體表面設(shè)有太陽能電池板，用于將吸收的太陽能轉(zhuǎn)化成驅(qū)動智能垃圾打撈船移動的動力。水質(zhì)指標(biāo)包括pH值和/或EC值。智能控制設(shè)備為單片機。第一驅(qū)動裝置、第二驅(qū)動裝置和第三驅(qū)動裝置圍成三角形區(qū)域。傳動設(shè)備還包括第四驅(qū)動裝置，第四驅(qū)動裝置驅(qū)動下轉(zhuǎn)動輪或上轉(zhuǎn)動輪轉(zhuǎn)動，第四驅(qū)動裝置與智能控制設(shè)備電連接。定位模塊為北斗衛(wèi)星定位芯片。

五、智能垃圾打撈船的結(jié)構(gòu)上設(shè)計

本次設(shè)計的作品蛟龍?zhí)枺L800mm，寬300mm，高500mm，由金屬機械、電子傳感器與有機玻璃等結(jié)合而成，其主要工作與湖泊海洋等水源地，與白色污染、綠藻等污染物“作戰(zhàn)”。

本次制作的作品，可以將其自上而下分為三個功能區(qū)域：

（1）最頂端為設(shè)有攝像頭、Wi.Fi模塊、北斗衛(wèi)星定位芯片的智能尋找區(qū)；依靠其快速定位自身位置及發(fā)現(xiàn)污染物。外框架貼有太陽能電池板，為其行動提供源源不斷的動力。

（2）中部為主要收集區(qū)，依托自主設(shè)計的收集結(jié)構(gòu)，將靠近的“白色垃圾”等污染物快速的收集起來。

（3）底部分為前后兩端，前端設(shè)有PH值、EC值等水源質(zhì)量檢測傳感器，實時記錄水質(zhì)數(shù)據(jù)。后端為動力輸出原件，由安裝在三個不同平面的水下電機為其提供多角度多方向動力。

主要結(jié)構(gòu)如下：

由圖1可知，一種智能垃圾打撈船，包括船體1和智能控制設(shè)備，船體1的頂部設(shè)有分別與所述智能控制設(shè)備連接的攝像頭2、WIFI模塊和定位模塊，攝像頭2設(shè)于頂部；船體1的底部固定設(shè)有分別與智能控制設(shè)備連接的檢測設(shè)備3和驅(qū)動設(shè)備4，檢測設(shè)備3包括用于檢測水環(huán)境的水質(zhì)指標(biāo)的傳感器，驅(qū)動設(shè)備4包括第一驅(qū)動裝置41、第二驅(qū)動裝置42和第三驅(qū)動裝置43，驅(qū)動裝置4用于驅(qū)動智能垃圾打撈船移動；

船體1的外側(cè)壁上設(shè)有垃圾入口5，設(shè)有兩個相向設(shè)置的葉片51，葉片51相對船體1可轉(zhuǎn)動設(shè)置，船體1內(nèi)設(shè)有傳動設(shè)備6和收集箱7，傳動設(shè)備6由下至上包括通過傳送帶61傳動連接的下轉(zhuǎn)動輪62和上轉(zhuǎn)動輪63，下轉(zhuǎn)動62輪靠近垃圾入口5設(shè)置，收集箱7上設(shè)有開口71，開口71與上轉(zhuǎn)動輪63對應(yīng)設(shè)置。

述攝像頭2相對船體1可360°旋轉(zhuǎn)設(shè)置。船體1頂部表面設(shè)有太陽能電池板，用于將吸收的太陽能轉(zhuǎn)化成驅(qū)動智能垃圾打撈船移動的動力。水質(zhì)指標(biāo)包括pH值和/或EC值。智能控制設(shè)備為單片機。第一驅(qū)動裝置41、第二驅(qū)動裝置42和第三驅(qū)動裝置43圍成三角形區(qū)域，根據(jù)需要，驅(qū)動三個驅(qū)動裝置中的至少一個，以實現(xiàn)打撈船沿一定向的糾偏移動。傳動設(shè)備6還包括第四驅(qū)動裝置，第四驅(qū)動裝置驅(qū)動下轉(zhuǎn)動輪62或上轉(zhuǎn)動輪63轉(zhuǎn)動，第四驅(qū)動裝置與智能控制設(shè)備電連接。定位模塊為北斗衛(wèi)星定位芯片。

六、智能垃圾打撈船工作過程

（1）本實用新型的智能垃圾打撈船，通過兩個相向設(shè)置的葉片的轉(zhuǎn)動將船身前端垃圾僅由垃圾入口推向內(nèi)部，然后由傳動設(shè)備由下至上帶動垃圾經(jīng)由開口進入收集箱內(nèi)，以實現(xiàn)垃圾收集；

（2）安裝在三個不同平面的第一驅(qū)動裝置、第二驅(qū)動裝置和第三驅(qū)動裝置可為打撈船提供多角度多方向的動力；

（3）設(shè)有攝像頭、定位模塊、檢測設(shè)備和驅(qū)動設(shè)備，攝像頭可自動捕捉垃圾并記錄垃圾數(shù)量，定位模塊可為垃圾打撈船提供定位信息，檢測設(shè)備可實時記錄水源PH值、EC值等水質(zhì)數(shù)據(jù)，驅(qū)動設(shè)備負(fù)責(zé)驅(qū)動垃圾打撈船移動；智能控制設(shè)備與攝像頭、定位模塊、檢測設(shè)備和驅(qū)動設(shè)備連接，通過智能控制設(shè)備采集垃圾數(shù)量、定位以及水質(zhì)數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)有效的智能控制，從而快速完成垃圾收集操作；

（4）設(shè)有WIFI模塊，可依托物聯(lián)網(wǎng)平臺，將智能控制設(shè)備采集的垃圾數(shù)量、定位以及水質(zhì)數(shù)據(jù)通過市政WIFI接入物聯(lián)網(wǎng)，簡單直觀的了解垃圾打撈船所在的水環(huán)境的“健康”信息。

七、智能垃圾打撈船所能實現(xiàn)的功能

本作品的主要功能如下：

1）快速收集。蛟龍打撈船依靠雙邊扇葉轉(zhuǎn)動將船身前端垃圾推向內(nèi)部，由內(nèi)部履帶帶動垃圾進入收集區(qū)。

2）單片機控制。蛟龍打撈船船頂設(shè)有攝像頭模塊，自動捕捉垃圾、記錄垃圾數(shù)量，中部設(shè)有北斗衛(wèi)星定位模塊，為蛟龍打撈船提供定位信息，底部設(shè)有水質(zhì)檢測傳感器，實時記錄水源PH值、EC值等水質(zhì)數(shù)據(jù)。

3）智能供電。天氣晴朗是，蛟龍打撈船頂端的太陽能電池板開始工作，為內(nèi)部蓄電池組供電。

4）接入One Net物聯(lián)網(wǎng)。依托One Net物聯(lián)網(wǎng)平臺，將單片機采集的垃圾數(shù)量、定位以及水質(zhì)數(shù)據(jù)通過市政Wi.Fi接入物聯(lián)網(wǎng)，簡單直觀的了解湖泊的“健康”信息。

八、智能打撈船的特點

1）一種智能垃圾打撈船，其特征在于，包括船體和智能控制設(shè)備，所述船體的頂部設(shè)有分別與所述智能控制設(shè)備連接的攝像頭、WIFI模塊和定位模塊，所述攝像頭設(shè)于頂部；

2）根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能垃圾打撈船，其特征在于，所述攝像頭相對船體可360°旋轉(zhuǎn)設(shè)置。

3）根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能垃圾打撈船，其特征在于，所述船體表面設(shè)有太陽能電池板，用于將吸收的太陽能轉(zhuǎn)化成驅(qū)動智能垃圾打撈船移動的動力。

4）根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能垃圾打撈船，其特征在于，所述水質(zhì)指標(biāo)包括pH值和/或EC值。

5）根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能垃圾打撈船，其特征在于，所述智能控制設(shè)備為單片機。

6）根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能垃圾打撈船，其特征在于，所述第一驅(qū)動裝置、第二驅(qū)動裝置和第三驅(qū)動裝置圍成三角形區(qū)域。

7）根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能垃圾打撈船，其特征在于，所述傳動設(shè)備還包括第四驅(qū)動裝置，所述第四驅(qū)動裝置驅(qū)動下轉(zhuǎn)動輪或上轉(zhuǎn)動輪轉(zhuǎn)動，所述第四驅(qū)動裝置與智能控制設(shè)備電連接。

8）根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能垃圾打撈船，其特征在于，所述定位模塊為北斗衛(wèi)星定位芯片。

九、對于智能垃圾打撈船的展望

1）智能垃圾打撈船船體可選擇自降解的材料，消耗結(jié)束后，自降解不影響環(huán)境。

2）智能打撈船尺寸較其他打撈船更為結(jié)構(gòu)緊湊精致，因此可以大范圍、多數(shù)量進行布控，快速、持續(xù)有效的監(jiān)控水源水質(zhì)、治理水源污染。

十、結(jié)語

智能垃圾打撈船相對于傳統(tǒng)的垃圾打撈船具有明顯的優(yōu)勢，其面向人們生活與水生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展需求。智能垃圾打撈船是旅游景區(qū)水域生態(tài)環(huán)境的重要保護設(shè)施，對于改善水域環(huán)境、提升景區(qū)水質(zhì)量起著不可或缺的作用。結(jié)合“以人為本”的設(shè)計方法，將水面垃圾收集的工作原理與生態(tài)美學(xué)造型結(jié)合，設(shè)計出解決現(xiàn)代社會水生態(tài)污染問題的智能垃圾打撈船。智能垃圾打撈船具有能實現(xiàn)有效的智能控制，從而快速完成垃圾收集操作的優(yōu)點。智能垃圾打撈船收集水面垃圾，既省力又避免了人工打撈所存在的不安全因素，是新時代的科技產(chǎn)物，更符合社會發(fā)展、美化城市的需要。

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作者簡介：鄧遠(yuǎn)洋（2001.），男，漢族，福建福州人，高三學(xué)生，就讀于福州市第八中學(xué)。