一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置

1.本发明涉及环境清洁领域，具体为一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置。


背景技术：

2.对于水面垃圾的清理，目前我国和世界上其他国家基本采用人工乘船打捞的方法，针对机械打捞而言,比较先进的有：美国umi公司研制的trash cat系列清洁船采用双体船型、配置双螺旋浆推进；西班牙的beach-trollers公司所提供的solid系列清洁船采用单体船,主要用于水面漂浮和悬浮固体垃圾的打捞，但是上面所述的设备有一定的限制，海岸区域，小型河流、人工湖和水上游乐场等场所经常会存在水面较窄或水深较浅的区域，船体无法通过导致打捞困难；水面反光的影响，无人船上的视觉识别难以识别水面垃圾；同时，一些污染比较严重的水域也不适合工人前往打捞；此外，对于部分景观湖和河流，人工打捞也会影响周围环境的美观。而目前的水面垃圾清理装置大多为自动化水平较高的大型综合清污船等水面固体垃圾收集机械,其航行能力好、功能强大，却因体积庞大而在狭小水域移动不便、检测垃圾范围小，工作效率低、动力消耗和使用成本过高等，无法适应小型河流、人工湖和水上游乐场等场所的水面垃圾清理需要。在现代化社会进程的发展下，人们的生活水平得到很大程度的改善，与此同时，生活中产生的垃圾量逐年增加，水上漂浮的垃圾逐渐引起社会大众的重视。而当前人工清理垃圾的方式，一方面效率较低，另一方面也存在很大的安全隐患。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置，解决了无法能够对很好的在检测围绕海岸区域、淡水湖泊、水上游乐场和部分景观湖后对水面垃圾清理，同时无法实现动态路线规划最优清理路线和高效率自动清理水面垃圾功能的问题。
4.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置，包括无人机，所述无人机的外周焊接有四轴并联臂螺旋桨驱动机构，所述无人机的前侧中部转动连接有双目摄像头识别机构，所述无人机的底部安装有充电机构，所述充电机构的底部卡合连接有充电站机构，所述充电站机构的下端中部设置有无人船，所述无人船的外侧设置有左右相对的电线圈，所述电线圈的上端中部安装有前后相对的电磁固定机构一，所述电磁固定机构一的上端中部安装有起落架机构，所述起落架机构的上端中部安装有无人机，所述的电磁固定机构一下端中部安装有电磁固定机构二。
5.优选的，所述充电机构的下端中部安装有无人船，所述无人船的外周设置左右相对的电磁固定机构一，所述电磁固定机构一的下端中部设置有检测器，所述检测器的上端中部安装有电线圈。
6.优选的，所述无人船的中部卡合连接有电线圈，所述无人船的下端设置有左右相对的两螺旋桨驱动机构，所述两螺旋桨驱动机构的上端左侧安装有控制器。
7.优选的，所述控制器的后侧中部安装有垃圾箱收集机构，所述控制器的左端中部设置有滚筒垃圾清理机构，所述滚筒垃圾清理机构的后侧中部设置有垃圾箱收集机构。
8.优选的，所述垃圾箱收集机构的上端中部设置有无人船，所述无人船的上端中部设置有无人机。
9.优选的，所述充电站机构的下端中部设置有无人船，所述充电站机构的上端中部设置有无人机。
10.一种基于人工智能控制的水面垃圾清理系统，包括检测器，所述检测器与控制器相连，用于能够对无人机需要在无人船上进行充电续航的时候，能够通过检测器对外部的情况进行检测，所述控制器与控制模块相连，用于能够对无人机进行充电的时间进行把控，所述控制模块与控制器相连，用于能够对不同的人员进行启动，同时能够把控在通过无人船对无人机充电的时候进行续航时间，所述控制模块与启动模块相连，用于能够便于在对无人船进行控制的时候，能够降低人员对无人机与无人船的操作。
11.优选的，所述控制模块包括逻辑单元，所述逻辑单元与错误处理单元相连，用于在对无人机充电续航的时候，能够对无人机续航的时候数据信号进行自行判断，所述错误处理单元与日志单元一相连，用于能够将无人机充电的时候可以将存储的续航所产生的数据错误进行收集，所述日志单元一与故障保护单元相连，用于能够将产生的数据错误收集传输进入到日志单元一中，便于后续能够更好的进行观察，所述故障保护单元与输出信号控制单元相连，用于能够对产生的故障通过ai对数据信息进行分析处理，同时能够通过输出信号控制单元将维修与错误的日志进行上传。
12.优选的，所述启动模块包括信息共享单元，所述信息共享单元与自检管理单元相连，用于便于对无人机传输下的信息进行共享，能够便于驱动无人船进行不同的使用，同时这些数据会被输入到机器学习算法中进行训练和优化，以便让系统可以自动地辨别垃圾和其他物体，并对垃圾进行分类和识别，所述自检管理单元与日志单元二相连，用于能够对电源充电的时候进行对不同的电量自行检测，所述日志单元二与驱动模块相连，用于能够将续航所产生的电量进行数据撰写随后存储进入到驱动模块中，所述驱动模块与检测模块相连，用于能够在将输送的进入到内部的数据进行自检，随后能够对两螺旋桨驱动机构进行驱动，便于将无人船进行移动，同时能够通过检测模块能够在对无人机进行续航的时候，对电量进行监测。
13.优选的，所述驱动模块与垃圾箱收集机构相连，用于能够通过驱动模块对控制器进行驱动，能够将通过滚筒垃圾清理机构收集的杂质与垃圾输送进入到垃圾箱收集机构中。
14.工作原理：首先，无人机和无人船上都搭载了摄像头和传感器等设备，通过这些设备收集垃圾的图像和相关数据。然后这些数据会被输入到机器学习算法中进行训练和优化，以便让系统可以自动地辨别垃圾和其他物体，并对垃圾进行分类和识别，同时当无人机内部出现电量不足的时候，人员会在无人机与无人船的之间固定连接有电线圈，使其能够通过电磁固定原理，无人机四个圆柱支架和无人船上四个圆柱支架都内置电线圈，便于将无人船内部含有的电量为其无人机提供电力，同时当无人机需要充电或者无任务执行时，无人机通过摄像头视觉识别无人船上充电站两个充电凹处的位置后，精确下降以至无人机充电站上的两个充电凸头对接到无人船充电站上的两个充电凹处，对接后，无人船进行给
无人机充电，同时无人机/船上圆柱支架内置的电线圈通电，电线圈中的电流产生磁场，两者的磁性发生相互作用，使得无人机紧紧地被吸附在无人船上，并且无人机可为无人船提供动力，无人机降落在无人船上的指定位置后，通过磁铁将无人机与无人船连为一体，再由电机机构将无人机旋转90
°
，转至与无人船的螺旋桨同一方向，无人机的电机开始反转工作时便可为无人船提供动力。
15.本发明提供了一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置。具备以下有益效果：
16.1、本发明通过，主要是通过无人机上的视觉识别水面垃圾并与无人船进行通信和控制、以wifi联网进行无人机/船的远程控制实现动态路线规划最优清理路线、高效率自动清理水面垃圾功能，本设备能够提高水面清洁效率，降低人们对水上垃圾的清理费用，提高该水面垃圾清理系统实用性，同时结构简单，易于操作，降低操作工人的劳动强度。
17.2、本发明控制模块、检测器、控制器与启动模块的配合通过这个系统，无人机和无人船之间可以完成更加复杂和高效的任务并实现更加精细的操作，同时能够无人机飞行在空中视野宽广，避免了波浪和水面反光对无人船识别垃圾的影响，并且承载能力强、刚度大、自重负荷比小、动态性能好，无人机降落于无人船上可以进行充电，也可以为船体提供动力，可使船的负载能力更强，巡航速度更好。
附图说明
18.图1为本发明的立体图；
19.图2为本发明的无人机主视结构示意图；
20.图3为本发明的无人机仰视结构示意图；
21.图4为本发明的无人机侧视结构示意图；
22.图5为本发明的充电站机构俯视结构示意图；
23.图6为本发明的无人船主视结构示意图；
24.图7为本发明的无人船侧视结构示意图；
25.图8为本发明的双目立体视觉2d投影原理示意图；
26.图9为本发明的单个像素目标点的深度示意图；
27.图10为本发明的双目系统三维测量基本原理示意图；
28.图11为本发明的双目视觉识别公式示意图；
29.图12为本发明的流程结构示意图；
30.图13为本发明的控制模块结构示意图；
31.图14为本发明的启动模块结构示意图。
32.其中，1、无人机；2、四轴并联臂螺旋桨驱动机构；3、双目摄像头识别机构；4、起落架机构；5、充电机构；6、电磁固定机构一；7、无人船；8、滚筒垃圾清理机构；9、垃圾箱收集机构；10、充电站机构；11、电磁固定机构二；12、电线圈；13、两螺旋桨驱动机构；14、检测器；15、控制器；16、控制模块；1601、逻辑单元；1602、错误处理单元；1603、日志单元一；1604、故障保护单元；1605、输出信号控制单元；17、启动模块；1701、信息共享单元；1702、自检管理单元；1703、日志单元二；1704、驱动模块；1705、检测模块。
具体实施方式
33.下面将结合本发明说明书中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.实施例：
35.请参阅附图1-附图7，本发明实施例提供一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置，包括无人机1，无人机1的外周焊接有四轴并联臂螺旋桨驱动机构2，四轴并联臂螺旋桨驱动机构2包括四个独立的并联臂螺旋桨组成，通过电机驱动四个螺旋桨同时旋转，从而实现高速稳定的推进，无人机1的前侧中部转动连接有双目摄像头识别机构3，同时使用的双目摄像头识别机构主要是由固定在无人机前侧上下端的摄像头组成，无人机1的底部安装有充电机构5，充电机构5的底部卡合连接有充电站机构10，充电站机构10的下端中部设置有无人船7，无人船7的外侧设置有左右相对的电线圈12，电线圈12的上端中部安装有前后相对的电磁固定机构一6，电磁固定机构一6的上端中部安装有起落架机构4，起落架机构4的上端中部安装有无人机1，电磁固定机构一6的下端中部安装有电磁固定机构二11，同时无人机/船上圆柱支架内置的电线圈通电，电线圈中的电流产生磁场，两者的磁性发生相互作用，使得无人机1紧紧地被吸附在无人船7上。
36.充电机构5的下端中部安装有无人船7，无人船7的外周设置左右相对的电磁固定机构一6，电磁固定机构一6的下端中部设置有检测器14，检测器14的上端中部安装有电线圈12，无人机1需要充电或者无任务执行时，无人机1通过摄像头视觉识别无人船7上充电站两个充电凹处的位置后，精确下降以至无人机1充电站上的两个充电凸头对接到无人船7充电站上的两个充电凹处，对接后，无人船7进行给无人机1充电。
37.无人船7的中部卡合连接有电线圈12，无人船7的下端设置有左右相对的两螺旋桨驱动机构13，两螺旋桨驱动机构13的上端左侧安装有控制器15，能够通过控制器15对电源与无人机1的使用进行固定。
38.控制器15的后侧中部安装有垃圾箱收集机构9，控制器15的左端中部设置有滚筒垃圾清理机构8，滚筒垃圾清理机构8的后侧中部设置有垃圾箱收集机构9，滚筒垃圾清理机构8多个细弯铁柱叠加而成，通过不断转动将垃圾搅进垃圾箱内。
39.垃圾箱收集机构9的上端中部设置有无人船7，无人船7的上端中部设置有无人机1，通过使用可以大幅提高无人船7的续航能力和作业效率，缩短行程时间。通过无人机1与船结构上的结合，无人机1可以为无人船7提供动力驱动，增加无人船7的负载能力和速度，提高作业效率，同时无人机1也可以加速巡航，即便无人船7需要加速或提前停止，无人机1也可以迅速调整配合，实现水上快速响应。
40.充电站机构10的下端中部设置有无人船7，可以在困难环境下有效协助无人船7完成任务。在水上无人船7视野受阻或遇到困难无法开展作业任务时，无人机1可以灵活的在空中起降，从而有效协助无人船7完成项目进度，充电站机构10的上端中部设置有无人机1。
41.请参阅附图8，双目立体视觉测量原理其实和人眼类似。当目标物体p出现时，它向相机平面进行二维的投影，并形成一个相点p,从3d到2d的投影是确定的。
42.进一步的，请参阅附图9，反过来，已知一副图像里的一个像点，由相机中心o出发，
形成一条经过p的射线，并判断目标点在这条射线上。究竟是p1？p2还是p3，目标点的深度未知，因此仅凭单个像素点无法确定目标点的深度。
43.进一步的，请参阅附图10，为了获取目标点的深度信息，我们采用两个摄像头，通过两条射线来确定目标点的三维坐标，这就是双目系统三维测量基本原理，也叫双目交汇。
44.进一步的，请参阅附图11，光学中心ol、or之间的距离为b,光轴平行，成像平面处于同一个平面，两个摄像头就构成了理想双目。此时，空间里的目标点p点分别在左右图像形成两个像点像点的x坐标分别为xl和xr，我们将xl减xr定义为视差d，想要求深度值z，根据三角关系，我们可以得出公式b/z＝b-(xl-xr)/z-f,推导得出z＝fb/(xl-xr)＝fb/d，由公式可以看出，只要求出视差d，就能计算出深度值z,从而确定目标点的三维坐标。
45.请参阅附图12-附图14，一种基于人工智能控制的水面垃圾清理系统，包括检测器14，检测器14与控制器15相连，用于能够对无人机1需要在无人船7上进行充电续航的时候，能够通过检测器14对外部的情况进行检测，控制器15与控制模块16相连，用于能够对无人机1进行充电的时间进行把控，控制模块16与控制器15相连，用于能够对不同的人员进行启动，同时能够把控在通过无人船7对无人机1充电的时候进行续航时间，控制模块16与启动模块17相连，用于能够便于在对无人船7进行控制的时候，能够降低人员对无人机1与无人船7的操作。
46.控制模块16包括逻辑单元1601，逻辑单元1601与错误处理单元1602相连，用于在对无人机1充电续航的时候，能够对无人机1续航的时候数据信号进行自行判断，错误处理单元1602与日志单元一1603相连，用于能够将无人机1充电的时候可以将存储的续航所产生的数据错误进行收集，日志单元一1603与故障保护单元1604相连，用于能够将产生的数据错误收集传输进入到日志单元一1603中，便于后续能够更好的进行观察，故障保护单元1604与输出信号控制单元1605相连，用于能够对产生的故障通过ai对数据信息进行分析处理，同时能够通过输出信号控制单元1605将维修与错误的日志进行上传。
47.启动模块17包括信息共享单元1701，信息共享单元1701与自检管理单元1702相连，用于便于对无人机1传输下的信息进行共享，能够便于驱动无人船7进行不同的使用，同时这些数据会被输入到机器学习算法中进行训练和优化，以便让系统可以自动地辨别垃圾和其他物体，并对垃圾进行分类和识别，自检管理单元1702与日志单元二1703相连，用于能够对电源充电的时候进行对不同的电量自行检测，日志单元二1703与驱动模块1704相连，用于能够将续航所产生的电量进行数据撰写随后存储进入到驱动模块1704中，驱动模块1704与检测模块1705相连，用于能够在将输送的进入到内部的数据进行自检，随后能够对两螺旋桨驱动机构13进行驱动，便于将无人船7进行移动，同时能够通过检测模块1705能够在对无人机1进行续航的时候，对电量进行监测。
48.驱动模块1704与垃圾箱收集机构9相连，用于能够通过驱动模块1704对控制器15进行驱动，能够将通过滚筒垃圾清理机构8收集的杂质与垃圾输送进入到垃圾箱收集机构9中。
49.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置，包括无人机(1)，其特征在于，所述无人机(1)的外周焊接有四轴并联臂螺旋桨驱动机构(2)，所述无人机(1)的前侧中部转动连接有双目摄像头识别机构(3)，所述无人机(1)的底部安装有充电机构(5)，所述充电机构(5)的底部卡合连接有充电站机构(10)，所述充电站机构(10)的下端中部设置有无人船(7)，所述无人船(7)的外侧设置有左右相对的电线圈(12)，所述电线圈(12)的上端中部安装有前后相对的电磁固定机构一(6)，所述电磁固定机构一(6)的上端中部安装有起落架机构(4)，所述起落架机构(4)的上端中部安装有无人机(1)，所述电磁固定机构一(6)的下端中部安装有电磁固定机构二(11)。2.根据权利要求1所述的一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置，其特征在于，所述充电机构(5)的下端中部安装有无人船(7)，所述无人船(7)的外周设置左右相对的电磁固定机构一(6)，所述电磁固定机构一(6)的下端中部设置有检测器(14)，所述检测器(14)的上端中部安装有电线圈(12)。3.根据权利要求2所述的一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置，其特征在于，所述无人船(7)的中部卡合连接有电线圈(12)，所述无人船(7)的下端设置有左右相对的两螺旋桨驱动机构(13)，所述两螺旋桨驱动机构(13)的上端左侧安装有控制器(15)。4.根据权利要求3所述的一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置，其特征在于，所述控制器(15)的后侧中部安装有垃圾箱收集机构(9)，所述控制器(15)的左端中部设置有滚筒垃圾清理机构(8)，所述滚筒垃圾清理机构(8)的后侧中部设置有垃圾箱收集机构(9)。5.根据权利要求4所述的一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置，其特征在于，所述垃圾箱收集机构(9)的上端中部设置有无人船(7)，所述无人船(7)的上端中部设置有无人机(1)。6.根据权利要求1所述的一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置，其特征在于，所述充电站机构(10)的下端中部设置有无人船(7)，所述充电站机构(10)的上端中部设置有无人机(1)。7.一种基于人工智能控制的水面垃圾清理系统，依据权利要求1-6任一项所述的一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置，其特征在于；包括检测器(14)，所述检测器(14)与控制器(15)相连，用于能够对无人机(1)需要在无人船(7)上进行充电续航的时候，能够通过检测器(14)对外部的情况进行检测，所述控制器(15)与控制模块(16)相连，用于能够对无人机(1)进行充电的时间进行把控，所述控制模块(16)与控制器(15)相连，用于能够对不同的人员进行启动，同时能够把控在通过无人船(7)对无人机(1)充电的时候进行续航时间，所述控制模块(16)与启动模块(17)相连，用于能够便于在对无人船(7)进行控制的时候，能够降低人员对无人机(1)与无人船(7)的操作。8.根据权利要求7所述的一种基于人工智能控制的水面垃圾清理系统，其特征在于，所述控制模块(16)包括逻辑单元(1601)，所述逻辑单元(1601)与错误处理单元(1602)相连，用于在对无人机(1)充电续航的时候，能够对无人机(1)续航的时候数据信号进行自行判断，所述错误处理单元(1602)与日志单元一(1603)相连，用于能够将无人机(1)充电的时候可以将存储的续航所产生的数据错误进行收集，所述日志单元一(1603)与故障保护单元(1604)相连，用于能够将产生的数据错误收集传输进入到日志单元一(1603)中，便于后续能够更好的进行观察，所述故障保护单元(1604)与输出信号控制单元(1605)相连，用于能
够对产生的故障通过ai对数据信息进行分析处理，同时能够通过输出信号控制单元(1605)将维修与错误的日志进行上传。9.根据权利要求8所述的一种基于人工智能控制的水面垃圾清理系统，其特征在于，所述启动模块(17)包括信息共享单元(1701)，所述信息共享单元(1701)与自检管理单元(1702)相连，用于便于对无人机(1)传输下的信息进行共享，能够便于驱动无人船(7)进行不同的使用，同时这些数据会被输入到机器学习算法中进行训练和优化，以便让系统可以自动地辨别垃圾和其他物体，并对垃圾进行分类和识别，所述自检管理单元(1702)与日志单元二(1703)相连，用于能够对电源充电的时候进行对不同的电量自行检测，所述日志单元二(1703)与驱动模块(1704)相连，用于能够将续航所产生的电量进行数据撰写随后存储进入到驱动模块(1704)中，所述驱动模块(1704)与检测模块(1705)相连，用于能够在将输送的进入到内部的数据进行自检，随后能够对两螺旋桨驱动机构(13)进行驱动，便于将无人船(7)进行移动，同时能够通过检测模块(1705)能够在对无人机(1)进行续航的时候，对电量进行监测。10.根据权利要求9所述的一种基于人工智能控制的水面垃圾清理系统，其特征在于，所述驱动模块(1704)与垃圾箱收集机构(9)相连，用于能够通过驱动模块(1704)对控制器(15)进行驱动，能够将通过滚筒垃圾清理机构(8)收集的杂质与垃圾输送进入到垃圾箱收集机构(9)中。

技术总结
本申请涉及环境清洁领域，公开了一种基于人工智能控制的水面垃圾清理装置，包括无人机，所述无人机的外周焊接有四轴并联臂螺旋桨驱动机构，所述无人机的前侧中部转动连接有双目摄像头识别机构，所述无人机的底部安装有充电机构，所述充电机构的底部卡合连接有充电站机构，所述充电站机构的下端中部设置有无人船，所述无人船的外侧设置有左右相对的电线圈，所述电线圈的上端中部安装有前后相对的电磁固定机构一，所述电磁固定机构一的上端中部安装有起落架机构。通过无人机上的视觉识别水面垃圾并与无人船进行通信和控制、以WI F I联网进行无人机/船的远程控制实现动态路线规划最优清理路线、高效率自动清理水面垃圾功能。高效率自动清理水面垃圾功能。高效率自动清理水面垃圾功能。


技术研发人员：陈敬渊 肖水清 宫凯 陈煜林 曹鸿麒 郑田杰 张倩雯 吕瑞利 李雯宗 陈仁焕 柯俊竹 陈彦宏
受保护的技术使用者：岭南师范学院
技术研发日：2023.08.16
技术公布日：2023/10/11