【CN110187714A】一种基于无人机的水上垃圾打捞控制方法及系统、无人机【专利】
基于Arduino的水上垃圾回收机器人控制系统设计
基于Arduino的水上垃圾回收机器人控制系统设计作者：梁超刘志韬余新贝孙彬倪笑宇来源：《无线互联科技》2023年第17期摘要：通過对国内水上垃圾回收问题的研究发现，现有的水上垃圾清理船大多体积庞大且依靠燃油驱动，不仅运行能耗大、维护成本高，还会给水源带来其他污染，有些清理船虽然个头小但垃圾的回收效果却不太理想。
为了解决这些问题，文章设计了一种基于Arduino的水上垃圾回收机器人控制系统，该机器人可以通过无线通信、电机控制、传感器等多种方式，实现对水面垃圾的快速、准确的检测、收集、运行和定位。
该系统操作方便，成本低廉，为现有水上垃圾回收机器人的设计方案提供了一种新的思路。
关键词：Arduino；水上垃圾回收机器人；无线控制中图分类号：TP242;TP39文献标志码：A0 引言随着环境污染的加剧，许多城市的河流、风景区的人工湖泊受到了严重的破坏，塑料漂浮物、树枝碎片等物质混入其中，使人们的生活受到很大影响。
目前，国内的城市和湖泊中一些小水体清洁作业主要通过工人驾驶机动或非机动船打捞水面垃圾，这种方式效率低下，且由于工人长时间在水上工作，存在很大的安全隐患。
为解决这些问题，本文设计了一种结合AI视觉的太阳能水上垃圾收集机器人。
该机器体积较小，可以自动识别和追踪水上的漂浮垃圾，无需人工控制，在改善生态环境的同时，能很好地适应河流、湖泊等静水区的使用。
1 系统硬件设计当前，机器人的控制系统主要依赖于电子技术。
本文将介绍一种基于Arduino的水上垃圾回收机器人的控制技术。
该机器人的关键部分包括：Arduino控制单元、收集装置、电源模块、无线控制模块、识别模块和动力驱动单元。
其中，动力部分采用水下推进器；收集装置主要由ULN2003APG驱动芯片、步进电机以及装有勾臂的传动带组成；自动控制部分则由红外光电感应器、超声波传感器及OV7670摄像机等设备组成；而无线控制部分则由Android设备以及无线网络接收器等组成。
基于无人机平台的垃圾搜索及拾取系统设计
基于无人机平台的垃圾搜索及拾取系统设计作者：于海魁于国龙虎良仙王大路来源：《物联网技术》2017年第02期摘要：文中提出基于无人机平台的垃圾搜索及拾取设计方案，此方案采用遥控直升机作为载体，通过对遥控直升机的设计和改造，可平稳的飞行并进行垃圾搜索和拾取。
机械臂的设计和安装位置满足轻松抓取、释放要求且不影响机身重量。
应用NOR Flash、TMS320DM6443处理器等硬件作为系统硬件设计中的一部分，有效解决了搜索视频在传输中的低效率和数据丢失问题。
相比于其他搜索及拾取系统，该设计方案更为灵活，实用价值更高。
关键词：系统硬件设计；机械臂；垃圾搜索及拾取；视频帧中图分类号：TP277；TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）02-00-020 引言近年来，无人直升机在军事、工业、电影拍摄、农业等领域有着广泛应用，无人直升机技术受到广大高校、研究所的广泛关注。
遥控直升机被当作实验平台用以研究无人机的追踪、路径规划、目标识别等一系列问题[1]。
由于各类景区垃圾的大量存在，尤其是悬崖及湖面高危地带的垃圾人工清洁难以完成，使得环境清洁问题成为重大的社会问题，为保证清洁工作业的安全性、可靠性，降低风险和避免生命财产的损失，并大大提高工作效率、降低成本，因此遥控直升机安装垃圾搜索系统就显得十分必要。
本系统以遥控直升机作为实验平台将机械臂与遥控飞机有机结合，用其来研究垃圾搜索及拾取技术，代替清洁工去做攀爬、下湖等繁琐且危险的工作，使得基于无人机平台的垃圾搜索及拾取系统具有广阔的市场前景和重大的社会意义。
实验表明，要保证遥控直升机准确的拾取垃圾，需要时刻探测目标垃圾的位置和控制遥控直升机的速度，将信息发送到遥控直升机搜索系统，实时对遥控直升机进行姿态、速度的调整。
1 系统的主要功能模块设计及实现本论文阐述以遥控直升机做载体，以手机或遥控器为控制终端[2]，控制智能机械臂抓取正常情况下人不便于直接拾取到的垃圾。
一种水面垃圾清理机器人[发明专利]
![一种水面垃圾清理机器人[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/491f913102d8ce2f0066f5335a8102d276a2619b.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010198199.9(22)申请日 2020.03.19(71)申请人 哈尔滨工业大学地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人 邰聪 李莹辉 周兆峰 张嘉宝 孙力 (74)专利代理机构 哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109代理人 牟永林(51)Int.Cl.B63B 35/32(2006.01)E02B 15/10(2006.01)(54)发明名称一种水面垃圾清理机器人(57)摘要一种水面垃圾清理机器人，它包括框架、垃圾收集装置和驱动源；垃圾收集装置包括回弹防倒出机构和垃圾收集仓；垃圾收集仓设置于框架内并可滑动，垃圾收集仓具有一收集口，回弹防倒出机构设置于收集口处，并与垃圾收集仓转动连接，回弹防倒出机构在受到外侧液体压力时向垃圾收集仓内转动；驱动源安装在框架上，用于提供动力；所述框架包括外壳和船体；外壳底部相对的两侧各安装有一船体，所述驱动源可驱动所述船体航行。
本发明结构可靠，收集到的垃圾不会再二次倒出，运行阻力小，收集和清理效果好。
权利要求书1页 说明书4页 附图7页CN 111452924 A 2020.07.28C N 111452924A1.一种水面垃圾清理机器人，其特征在于：它包括框架(1)、垃圾收集装置(2)和驱动源(3)；垃圾收集装置(2)包括回弹防倒出机构(21)和垃圾收集仓(22)；垃圾收集仓(22)设置于框架(1)内并可滑动；垃圾收集仓(22)具有一收集口，回弹防倒出机构(21)设置于收集口处，并与垃圾收集仓(22)转动连接，回弹防倒出机构(21)在受到外侧液体压力时向垃圾收集仓(22)内转动；驱动源(3)安装在框架(1)上，用于提供动力；所述框架(1)包括外壳(11)和船体(12)；外壳(11)底部相对的两侧各安装有一船体(12)，所述驱动源(3)可驱动所述船体(12)航行。
一种新型智能的水面垃圾自动打捞机器人[实用新型专利]
![一种新型智能的水面垃圾自动打捞机器人[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d515d3c47375a417876f8f09.png)
专利名称：一种新型智能的水面垃圾自动打捞机器人
专利类型：实用新型专利
发明人：王加浩,任伟,王晓晖,王兵雷,任嘉明,吴霖翔,汪洋洋申请号：CN201621443608.2
申请日：20161223
公开号：CN206297711U
公开日：
20170704
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种新型智能的水面垃圾自动打捞机器人，包括船体，所述船体底面中部安装有电机，所述电机侧面设置有螺旋桨，所述船体上表面中部安装有风力发电机，所述风力发电机上端还安装有全景摄像头，所述船体上表面还安装有太阳能电池板，所述船体两侧面下端均设置有机械臂。
有益效果在于：该水面垃圾打捞机器人可以通过遥控器远程遥控控制其自动进行打捞作业，打捞范围广，可以360度无死角打捞，从放置所述船体到工作地点、垃圾收集站全程跟踪，远程操控，实现工作现场无人监管，同时，依靠太阳能和风能为其工作供电，节能环保。
申请人：兰州理工大学
地址：730050 甘肃省兰州市兰州理工大学能源与动力工程学院
国籍：CN
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(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910325415.9
(22)申请日 2019.04.22
(71)申请人 西安电子科技大学
地址 710071 陕西省西安市太白南路2号西
安电子科技大学
(72)发明人 夏晓波 黄思齐 刘子晴 程帅
(74)专利代理机构 西安长和专利代理有限公司
61227
代理人 黄伟洪
(51)Int.Cl.
G05D 1/08(2006.01)
G05D 1/10(2006.01)
(54)发明名称一种基于无人机的水上垃圾打捞控制方法及系统、无人机(57)摘要本发明属于无人机技术领域，公开了一种基于无人机的水上垃圾打捞控制方法及系统、无人机；无人机自动巡航监测，实时拍照上传服务端，判断水域是否存在异物；运用APP对无人机整体控制，实时监测各项数据；使用液压控制系统控制垃圾收集网，从而采集海洋垃圾。
所述基于无人机的水上垃圾打捞控制系统包括：飞行控制模块，用于保证其平稳飞行；图像采集模块，用于解析摄像头的信号；图像处理模块，用于处理图像信息，识别图像；机械爪模块，用于自主设计机械爪，抓取物体；通信与定位模块，用于路径规划与返航。
本发明能够轻松快速对目标进行搜索、锁定与打捞，在节省人力的同时大大节约打捞成本，为目前国内环境污染问题提供更便利高效的
解决方案。
权利要求书2页 说明书8页 附图4页CN 110187714 A 2019.08.30
C N 110187714
A
权 利 要 求 书1/2页CN 110187714 A
1.一种基于无人机的水上垃圾打捞控制方法，其特征在于，所述基于无人机的水上垃圾打捞控制方法包括以下步骤：
第一步，无人机自动巡航监测，实时拍照并上传至服务端，判断水域是否存在异物；
第二步，运用手机APP进行对无人机整体的控制，并实时监测各项数据；
第三步，使用液压控制系统对垃圾收集网进行控制，采集海洋垃圾。
2.如权利要求1所述的基于无人机的水上垃圾打捞控制方法，其特征在于，所述基于无人机的水上垃圾打捞控制方法具体包括：
采用PID算法来进行对于无人机的控制；结合卡尔曼滤波等算法进行干扰的消除；
在目标识别方面，结合机器学习与神经网络相关的内容进行识别；
在通讯方面，通过Dji SDK通过开发手机端的App来对无人机进行控制；
路径控制方面，首先采用自动巡航的方式，同时对摄像头所拍摄的图像采集并通过手机上传到服务端进行处理；如果发现疑似垃圾的物体则巡航自动停止，通过手机App进行打捞。
3.一种执行权利要求1所述基于无人机的水上垃圾打捞控制方法的基于无人机的水上垃圾打捞控制系统，其特征在于，所述基于无人机的水上垃圾打捞控制系统包括：飞行控制模块，用于保证其平稳飞行；
图像采集模块，用于解析摄像头得到的信号；
图像处理模块，用于将得到的图像信息进行处理，并实现图像识别；
机械爪模块，用于自主设计机械爪，实现物体抓取；
通信与定位模块，用于实现路径规划与返航。
4.如权利要求3所述的基于无人机的水上垃圾打捞控制系统，其特征在于，所述基于无人机的水上垃圾打捞控制系统采用N3多旋翼飞控系统，以ARM为基核，电源电路、晶振电路、复位电路保证其正常运行，外接SDRAM，闪存芯片。
5.如权利要求3所述的基于无人机的水上垃圾打捞控制系统，其特征在于，所述基于无人机的水上垃圾打捞控制系统的N3主控制器包括：
电机和舵机：驱动模块使机电部分运转；
传感器：收集信息；
无线发送模块：将图像信息无线传输到手机端；无线接收模块：接收手机端发送过来的信息；
N3主芯片，处理将从各个模块接收到的信息带到相应算法中处理；按照处理结果输出，控制外设模块的运行。
6.如权利要求3所述的基于无人机的水上垃圾打捞控制系统，其特征在于，所述基于无人机的水上垃圾打捞控制系统具体的系统框架为：
无人机飞行控制系统，用于飞行控制，姿态校准，起飞与降落的一系列控制工作；
任务反馈系统，由地面站发送巡航指令，依次按照规划路线进行巡航，当巡航结束时，反馈给地面站；
智能导航与避障系统，在进行巡航及打捞工作时，连续进行超声波测距工作，当与障碍物距离超过预警值是自动悬停，等待地面站控制信号；
机载计算机系统，提供数据计算，节点间数据传输工作；
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