[发明专利]一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备及运行方法

说明书

本发明提供了一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备及运行方法，它包括无人机和无人船；所述无人机对目标水域建图，并对水面垃圾进行识别，地面工作站将垃圾坐标信息传送给各艘无人船，无人船对自己负责水域进行全局路径规划到达垃圾点，通过机械臂对垃圾拾取；还包括控制系统，所述控制系统分为三层：管理层、通讯层、控制执行层；管理层为地面工作站，用于无人机整体结构和无人船整体结构的控制，可视化，运行状态；通讯层主要通过WIFI数传，传送无人机无人船的运行状态给地面工作站；控制层主要是获取环境数据，接收管理层控制指令。

技术领域

本发明属于城市内河湖泊漂浮垃圾清理领域，尤其涉及一种使用无人机无人船协同清理水面漂浮垃圾的自动化垃圾清除装备。

背景技术

城市河道及湖泊的水域面积大，漂浮在水面的垃圾蓝藻等，对生态环境影响大，且清除困难。因此针对水面垃圾的清理，成为环境治理的一大环节。每年都要花费大量人力专门清理，工作效率较低，且水面人工作业还需要考虑安全性等问题，并非河道垃圾清理的最佳选择。相比人工作业，水面无人船可以实现全天候、自主化作业，同时可以在一些人工难以到达的危险区域进行作业，能有效地提升清洁效率。随着移动互联网，大数据的飞速发展，无人机在航空测绘，农业植保，森林消防等方面运用越来越广泛。因其具有广阔的视野，机动性强等优点正是水面无人船所欠缺的。将无人机和无人船二者相结合，可以大大提高大范围水域垃圾的搜索能力，提高垃圾清理效率。

发明内容

本发明主要解决人工清理水面垃圾效率不高，成本大，不安全等问题。为了提高水面垃圾的清理能力，为此提供了一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备及使用方法，本发明实现框架基于开源机器人操作系统ROS进行构建，主要技术方案为：通过无人机对目标水域建图并对水面垃圾进行识别，地面工作站将垃圾坐标信息传送给各艘无人船，无人船对自己负责水域进行全局路径规划到达垃圾点，通过机械臂对垃圾拾取。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种无人机和无人船协同的水面漂浮垃圾清除装备，它包括无人机和无人船；

所述无人机对目标水域建图，并对水面垃圾进行识别，地面工作站将垃圾坐标信息传送给各艘无人船，无人船对自己负责水域进行全局路径规划到达垃圾点，通过机械臂对垃圾拾取；

还包括控制系统，所述控制系统分为三层：管理层、通讯层、控制执行层；管理层为地面工作站，用于无人机整体结构和无人船整体结构的控制，可视化，运行状态；通讯层主要通过WIFI数传，传送无人机无人船的运行状态给地面工作站；控制层主要是获取环境数据，接收管理层控制指令。

所述无人机上搭载有机载计算机、第一深度相机、第一激光雷达、GPS模块、PX4开源飞控、WIFI数传和充放电装置；

所述机载计算机接收第一深度相机和第一激光雷达信息，以及控制指令；第一深度相机获取水面漂浮垃圾信息，包括垃圾类别和位置信息；第一激光雷达获取周围环境信息，配合SLAM算法进行定位建图；GPS模块实现无人机的定位；WIFI数传用于无人机整体结构与无人船整体结构之间通讯。

所述无人船上搭载有机械臂、垃圾存储装置、驱动装置、WIFI数传、高精度惯性导航模块、第二激光雷达、GPS模块、机载计算机和第二深度相机；

机械臂对垃圾进行拾取；高精度惯性导航模块和GPS模块通过扩展的卡尔曼滤波松耦合方式进行位置和速度的融合，其中高精度惯性导航模块包括速度加速度、角速度、偏航角通过惯性系统解算得出位置、速度，GPS模块通过导航系统解算出位置、速度，通过扩展的卡尔曼滤波进行数据融合，最后输出结果通过反馈校正后输出位置、速度；第二激光雷达获取周围环境信息，配合SLAM算法进行定位导航；GPS模块为无人船提供定位；深度相机识别垃圾信息，包括垃圾类别和位置信息。