智能垃圾打撈船的結構設計

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備，所述船體的頂部設有分別與所述智能控制設備連接的攝像頭、WIFI模塊和定位模塊，所述船體的底部固定設有分別與所述智能控制設備連接的檢測設備和驅動設備；所述船體的外側壁上設有垃圾入口，所述船體內設有傳動設備和收集箱，所述傳動設備由下至上包括通過傳送帶傳動連接的下轉動輪和上轉動輪，所述下轉動輪靠近垃圾入口設置，所述收集箱上設有開口，所述開口與所述上轉動輪對應設置。本文的智能垃圾打撈船具有能實現有效的智能控制，從而快速完成垃圾收集操作的優點。

關鍵詞：垃圾打撈船；智能；結構

一、智能垃圾打撈船設計背景

現有技術中，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、智能垃圾打撈船設計目的

現階段國內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、海區域；面對景區、公園、封閉區域的人工湖則多是人工打撈，這樣不僅加重管理區域的負擔，也不能很好地保障打撈人員的安全。因此，本文通過研究國內外水上垃圾清潔器的現狀，深入挖掘其數據蘊含的內在規律和潛在信息的同時，研究現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、復雜程度、長度、內部結構、產品特征、產品外觀、定位及發展空間等各方面為垃圾打撈船提供創新思維。

三、智能垃圾打撈船國內外研究現狀

目前國內使用的打撈船都具有以下幾個特點：首先是定位準確、運行省力；再者，行駛速度快，快速到達打撈區域；最后是容量大，能最大程度儲藏工具、設備以及打撈的垃圾。近年來，國內也漸漸自主研發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、節能、環保，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工作，減少了運轉過程的能源浪費。從打撈到轉運全部實現機械化作業，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，不管在國內或國外都還只是針對大型面積區域的垃圾清理，并不完善、成熟。現有的垃圾打撈船還沒有進入深層次的研發階段，一般占地面積較大，不利于現代城市綠化的發展、高效率環保工作的進程。因此如何加強我國城市生態水上垃圾打撈船智能化、人性化成為設計研究的關鍵。

四、智能垃圾打撈船的設計方案

本文設計的智能打撈船所要解決的技術問題是：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，本文采用的技術方案為：

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

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

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

五、智能垃圾打撈船的結構上設計

本次設計的作品蛟龍號，長800mm，寬300mm，高500mm，由金屬機械、電子傳感器與有機玻璃等結合而成，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”。

本次制作的作品，可以將其自上而下分為三個功能區域：

（1）最頂端為設有攝像頭、Wi.Fi模塊、北斗衛星定位芯片的智能尋找區；依靠其快速定位自身位置及發現污染物。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，依托自主設計的收集結構，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，前端設有PH值、EC值等水源質量檢測傳感器，實時記錄水質數據。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。

主要結構如下：

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

船體1的外側壁上設有垃圾入口5，設有兩個相向設置的葉片51，葉片51相對船體1可轉動設置，船體1內設有傳動設備6和收集箱7，傳動設備6由下至上包括通過傳送帶61傳動連接的下轉動輪62和上轉動輪63，下轉動62輪靠近垃圾入口5設置，收集箱7上設有開口71，開口71與上轉動輪63對應設置。

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

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，通過兩個相向設置的葉片的轉動將船身前端垃圾僅由垃圾入口推向內部，然后由傳動設備由下至上帶動垃圾經由開口進入收集箱內，以實現垃圾收集；

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

（3）設有攝像頭、定位模塊、檢測設備和驅動設備，攝像頭可自動捕捉垃圾并記錄垃圾數量，定位模塊可為垃圾打撈船提供定位信息，檢測設備可實時記錄水源PH值、EC值等水質數據，驅動設備負責驅動垃圾打撈船移動；智能控制設備與攝像頭、定位模塊、檢測設備和驅動設備連接，通過智能控制設備采集垃圾數量、定位以及水質數據，可以實現有效的智能控制，從而快速完成垃圾收集操作；

（4）設有WIFI模塊，可依托物聯網平臺，將智能控制設備采集的垃圾數量、定位以及水質數據通過市政WIFI接入物聯網，簡單直觀的了解垃圾打撈船所在的水環境的“健康”信息。

七、智能垃圾打撈船所能實現的功能

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動將船身前端垃圾推向內部，由內部履帶帶動垃圾進入收集區。

2）單片機控制。蛟龍打撈船船頂設有攝像頭模塊，自動捕捉垃圾、記錄垃圾數量，中部設有北斗衛星定位模塊，為蛟龍打撈船提供定位信息，底部設有水質檢測傳感器，實時記錄水源PH值、EC值等水質數據。

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，為內部蓄電池組供電。

4）接入One Net物聯網。依托One Net物聯網平臺，將單片機采集的垃圾數量、定位以及水質數據通過市政Wi.Fi接入物聯網，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備，所述船體的頂部設有分別與所述智能控制設備連接的攝像頭、WIFI模塊和定位模塊，所述攝像頭設于頂部；

2）根據權利要求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°旋轉設置。

3）根據權利要求1所述的智能垃圾打撈船，其特征在于，所述船體表面設有太陽能電池板，用于將吸收的太陽能轉化成驅動智能垃圾打撈船移動的動力。

4）根據權利要求1所述的智能垃圾打撈船，其特征在于，所述水質指標包括pH值和/或EC值。

5）根據權利要求1所述的智能垃圾打撈船，其特征在于，所述智能控制設備為單片機。

6）根據權利要求1所述的智能垃圾打撈船，其特征在于，所述第一驅動裝置、第二驅動裝置和第三驅動裝置圍成三角形區域。

7）根據權利要求1所述的智能垃圾打撈船，其特征在于，所述傳動設備還包括第四驅動裝置，所述第四驅動裝置驅動下轉動輪或上轉動輪轉動，所述第四驅動裝置與智能控制設備電連接。

8）根據權利要求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，消耗結束后，自降解不影響環境。

2）智能打撈船尺寸較其他打撈船更為結構緊湊精致，因此可以大范圍、多數量進行布控，快速、持續有效的監控水源水質、治理水源污染。

十、結語

智能垃圾打撈船相對于傳統的垃圾打撈船具有明顯的優勢，其面向人們生活與水生態環境的和諧發展需求。智能垃圾打撈船是旅游景區水域生態環境的重要保護設施，對于改善水域環境、提升景區水質量起著不可或缺的作用。結合“以人為本”的設計方法，將水面垃圾收集的工作原理與生態美學造型結合，設計出解決現代社會水生態污染問題的智能垃圾打撈船。智能垃圾打撈船具有能實現有效的智能控制，從而快速完成垃圾收集操作的優點。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，是新時代的科技產物，更符合社會發展、美化城市的需要。

參考文獻：

[1]王耐新.一種環保型河道垃圾打撈船[P].中國專利：CN206885287U，2018.01.16.

[2]王文新.一種用于水面垃圾打撈的小型打撈船[P].中國專利：CN206885288U，2018.01.16.

[3]王昱淇，扆冰蕾.一種水面垃圾打撈船[P].中國專利：CN107628206A，2018.01.26.

[4]董建軍，董毅.一種清除水面漂浮物打撈船[P].中國專利：CN206466131U，2017.09.05.

[5]嚴光亮，邱江，周占群，李春芳，薛沂蒙，梁超，徐清光，池恒，朱建斌，楊春勤，張季平，王燮仁，胡林平，張更生，鍋啟才.水面漂浮物打撈船的研制[Z].國家科技成果.

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