申请/专利权人：中国科学院合肥物质科学研究院

申请日：2019-03-22

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN110001875B

主分类号：B63B35/32

分类号：B63B35/32;B65F1/00;B65F1/14;H04N7/18;H04N7/015;G01N21/84;G05D1/43;E02B15/10;G06V10/44

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2019.08.06#实质审查的生效;2019.07.12#公开

摘要：本发明公开了一种用于水面垃圾清洁与分类的水面机器人及分类打捞方法，包括电动船的船体，所述船体的内部设置有垃圾仓，垃圾仓内拆卸式安装有分类垃圾桶；船体一端的底部安装有垃圾收集传输装置，垃圾收集传输装置的一端位于垃圾仓内并与分类垃圾桶的位置相对应、另一端伸出船体的外部；垃圾收集传输装置的包括转动连接在船体上的支撑架，所述支撑架的表面铺设有一圈传送带，所述传送带表面开设有栅格；所述支撑架连接有升降装置驱使其一端做上下运动，所述传送带连接有转动装置使其转动；位于船体外部的支撑架端部两侧分别固设有固定挡板；位于传送带顶端面设置有活动挡板。实现水面垃圾的打捞与分类倾倒入分类垃圾桶中，减轻后期垃圾分类工作。

主权项：1.一种用于水面垃圾清洁与分类的水面机器人的分类打捞方法，水面机器人包括电动船的船体（1），其特征在于：所述船体（1）的内部设置有垃圾仓（13），所述垃圾仓（13）内拆卸式安装有分类垃圾桶（7）；所述船体（1）一端的底部安装有垃圾收集传输装置（4），所述垃圾收集传输装置（4）的一端位于所述垃圾仓（13）内并与所述分类垃圾桶（7）的位置相对应，垃圾收集传输装置（4）的另一端伸出船体（1）的外部；所述垃圾收集传输装置（4）的包括转动连接在船体（1）上的支撑架（47），所述支撑架（47）的表面铺设有一圈传送带（44），所述传送带（44）表面开设有栅格（45）；所述支撑架（47）连接有升降装置（42）驱使其一端做上下运动，所述传送带（44）连接有转动装置（43）使其转动；位于船体（1）外部的支撑架（47）端部两侧分别固设有固定挡板（6）；位于传送带（44）顶端面设置有活动挡板（5）；位于船体（1）一端的活动挡板（5）的端部固定在支撑轴（51）上，所述活动挡板（5）的末端固设有与支撑架（47）侧壁相吸合的磁扣（53）；所述支撑轴（51）的一端与固设在船体（1）上的驱动装置（52）连接，驱使活动挡板（5）的末端沿着传送带（44）表面做左右摆动；所述船体（1）顶端架设有安装架（2），所述安装架（2）上分别安装有高清摄像头（21）、红外摄像头（22）、红外传感器（23），所述高清摄像头（21）、红外摄像头（22）和红外传感器（23）的输出端均与主控板连接，所述主控板的输出端分别与升降装置（42）、转动装置（43）、活动挡板（5）和驱动器连接；所述分类打捞方法包括以下步骤：1）一级图像识别：红外摄像头（22）对水面进行扫描，通过图像识别从水面图像中识别出漂浮在水面上的垃圾，如果发现目标，则主控板控制船体（1）以带有自主蔽障的方式航行到目标垃圾处；2）二级红外识别：红外传感器（23）对该目标垃圾进行二级红外识别，对垃圾材质进行识别；如果识别出为可回收垃圾则进入步骤4）打捞模式；如果识别为不可回收垃圾，则进入步骤3）三级图像识别；3）三级图像识别：再次启动红外摄像头（22）对目标垃圾进行三级图像识别，再次确定该目标垃圾的类别为可回收垃圾或者不可回收垃圾；4）打捞模式：活动挡板（5）在驱动装置（52）的作用下向一侧移动，其末端的磁扣（53）与支撑架吸合而固定，从而将传送带（44）的出口端一个分类口封闭；传送带（44）在转动装置（43）的作用下向船内滚动，从而将垃圾输送到分类口处；而将垃圾倾倒入相应的分类垃圾桶（7）中。

全文数据：一种用于水面垃圾清洁与分类的水面机器人及分类打捞方法技术领域本发明涉及水面垃圾清洁领域，具体涉及一种用于水面垃圾清洁与分类的水面机器人及分类打捞方法。背景技术近年来，人们重视经济效益的同时却忽略了环境效益，比如水面漂浮的各种垃圾，常见于人工清理水面漂浮物，其效率低且人工成本高；而且有些危险水域，人工是无法作业的，这就需要通过机器人代替人工清理，以降低作业风险。目前已有用于水面垃圾清洁的机器人或电动小船，如CN106585904、CN105129063A、CN105564603A等均公开了一种水面机器人，其大多包括船体、用于水面清洁机器人的所有决策处理的控制系统、用于提供船体运动的动力驱动装置、用于提供船体行驶的航线的导航系统，以及避障雷达、电源模块、无线通信模块等。但由于直接打捞上来的垃圾都堆放在一起，而未对其进行分类，对有些可回收的垃圾需要人工进行分类，增加了工作量。另外，即使采用人工分类，由于目前大部分人缺乏垃圾分类的全面知识，更无法准确记住并判断复杂繁多的垃圾究竟属于何种类型，进而给城市环境和垃圾处理造成很大压力。根据国家制定的统一标准，现在生活垃圾被广泛分为四类，分别是可回收物、餐厨垃圾、有害垃圾和其他垃圾。可回收物表示适宜回收可资源利用的垃圾，主要包括废纸、塑料、玻璃、金属和布料五大类，可用可回收垃圾容器收集，以便通过综合处理进行回收利用。根据水面垃圾分布的特点，其多是以具有漂浮能力的轻垃圾为主。通过对水面打捞的垃圾进行智能垃圾分类管理和自动清扫，最大限度地实现垃圾资源的利用，减少垃圾处置量，改善生存环境质量，是当前世界各国共同关注的迫切问题之一。发明内容本发明的目的在于提供一种用于水面垃圾清洁与分类的水面机器人及分类打捞方法，以解决上述背景技术中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于水面垃圾清洁与分类的水面机器人，包括电动船的船体，所述船体的内部设置有垃圾仓，所述垃圾仓内拆卸式安装有分类垃圾桶；所述船体一端的底部安装有垃圾收集传输装置，所述垃圾收集传输装置的一端位于所述垃圾仓内并与所述分类垃圾桶的位置相对应，垃圾收集传输装置的另一端伸出船体的外部；所述垃圾收集传输装置的包括转动连接在船体上的支撑架，所述支撑架的表面铺设有一圈传送带，所述传送带表面开设有栅格；所述支撑架连接有升降装置驱使其一端做上下运动，所述传送带连接有转动装置使其转动；位于船体外部的支撑架端部两侧分别固设有固定挡板；位于传送带顶端面设置有活动挡板。进一步方案，所述升降装置安装在位于支撑架两外侧的船体内部；所述升降装置为升降电机，其输出端通过丝杆组件与支撑架端部连接，升降电机转动通过丝杆组件转化为支撑架的上下运动。即丝杆组件中的螺杆一端与升降电机的输出端连接、另一端套设有螺母，螺母的外端与支撑架固定连接，丝杆组件将升降电机的回转运动转化为支撑架的直线上下运动。进一步方案，所述支撑架的底端活动套设在转轴上，所述转轴的两端安装在固设在船体上的底座上。进一步方案，所述支撑架的两端架设有用于支撑所述传送带的传动辊；所述转动装置为电机，其对称安装在位于支撑架两外侧的船体内部；转动装置的输出端与其中一个传动辊的端部连接驱使传送带转动。进一步方案，位于船体一端的活动挡板的端部固定在支撑轴上，所述活动挡板的末端固设有与支撑架侧壁相吸合的磁扣；所述支撑轴的一端与固设在船体上的驱动装置连接，驱使活动挡板的末端沿着传送带表面做左右摆动。更进一步方案，所述驱动装置为正反转电机；所述支撑轴位于传送带的中轴线上。进一步方案，所述活动挡板将传送带的出口端一分为二成两个分类口，位于所述分类口的位置分别对应设置一个分类垃圾桶；所述分类垃圾桶内安装有用于检测所装垃圾量的感应器。进一步方案，所述船体顶端架设有安装架，所述安装架上分别安装有高清摄像头、红外摄像头、红外传感器，所述高清摄像头、红外摄像头和红外传感器的输出端均与主控板连接，所述主控板的输出端分别与升降装置、转动装置、活动挡板和驱动器连接。优选的，所述船体的内部还设置有电机仓和控制仓，所述电机仓内设有锂电池、发电机，所述控制仓内安装有主控板、通信模块和驱动器；所述船体的顶表面铺设有太阳能电池板，所述太阳能电池板的电流输出端与锂电池连接，所述锂电池通过UPS电源与发电机交互式连接，所述锂电池和发电机为船体提供电源。所述太阳能电池板的电流输出端与锂电池连接，所述锂电池通过UPS电源与发电机交互式连接，所述锂电池和发电机为船体提供电源。其中发电机发电和太阳能电池板发电均是现有的水面机器人上已有的装置，其一方面供船体进行工作，多余的电量还可以储存在锂电池中。另外，现有水面机器人上自备有GPS天线、遥控器天线、激光雷达、喇叭等。主控板利用CAN总线通过CAN协议通信与驱动器相连接，驱动器用于直接控制和驱动船体的行走，另外驱动器还通过遥控器天线与遥控器相连，使用者通过遥控器可以在有效的距离内对水面清洁机器人的运动情况进行控制。主控板通过通信模块经过远程服务器与移动终端或PC终端相连，可以通过移动终端或PC终端控制水面清洁机器人的各种行为，比如设置自主巡航、自动搜索垃圾、自动打捞等。船体顶部安装有激光雷达，可以识别岸边、桥梁、障碍物等，用于自动避障。红外摄像头是用于对水面进行扫描，识别垃圾目标所在之处；红外传感器是用于对垃圾的材质进行红外识别，从而进行垃圾材质识别与分类；高清摄像头用于传输高清实时视频图像，将拍摄到实时图像编码传输到客户端，可以通过客户端查看机器人四周环境情况，且红外摄像头和高清摄像头均具有云台功能，可以上下左右调节。上述部件均是现有技术，具体的工作原理在此不做详述。本发明的另一个发明目的是提供上述水面机器人的分类打捞方法，其包括以下步骤：（1）一级图像识别：红外摄像头（22）对水面进行扫描，通过图像识别从水面图像中识别出漂浮在水面上的垃圾，如果发现目标，则主控板控制船体（1）以带有自主蔽障的方式航行到目标垃圾处；（2）二级红外识别：红外传感器（23）对该垃圾进行二级红外识别，对垃圾材质进行识别；如果识别出为可回收垃圾则进入步骤（4）打捞模式；如果识别为不可回收垃圾，则进入步骤（3）三级图像识别；（3）三级图像识别：再次启动红外摄像头（22）对目标垃圾进行三级图像识别，再次确定该垃圾的类别为可回收垃圾或者不可回收垃圾；（4）打捞模式：活动挡板（5）在驱动装置（52）的作用下向一侧移动，其末端的磁扣（53）与支撑架吸合而固定，从而将传送带（44）的出口端一个分类口封闭；传送带（44）在转动电机（43）的作用下向船内滚动，从而将垃圾输送到分类口处；而将垃圾倾倒入相应的可分类或不可分类垃圾桶（7）中。进一步方案，所述步骤（1）中识别出水面上的垃圾的方法如下：a、对红外摄像头（22）扫描的水面图像通过背景差法进行背景建模，消除水面背景；b、对消除水面背景后的图像再进行图像分割，得到具有单一目标的子图像；c、计算子图像的面积，如其面积在规定的阈值范围内，则视为有效垃圾；所述步骤（2）中二级红外识别的方法如下：a、通过红外传感器（23）对识别出的有效垃圾进行扇形扫描；b、在该扇形扫描面积内再进行一次扫描，找到光谱稳定的位置，对有效垃圾进行定位；c、根据扫描所得到的红外光谱阈值对垃圾材质进行分析，判断垃圾类别是否为可回收；所述步骤（3）中三级图像识别的方法如下：a、使用红外摄像头（22）对目标垃圾所在区域再次进行扫描，从扫描图像中截取有效垃圾图像；b、使用OTSU法对该有效垃圾图像进行分割，得到具有单一目标的子图像；c、对子图像进行图像预处理，其中图像预处理包括图像降噪处理和图像形态学处理；d、对预处理后的图像进行颜色特征、文理特征、形态特征以及SURF局部特征的提取，并将这些特征与模板库中可回收垃圾的特征进行匹配，得出垃圾类别；其中形态特征包括几何特征和不变矩阵特征。进一步方案，所述步骤（1）中识别出水面上的垃圾的方法如下：a、对红外摄像头（22）扫描的水面图像通过背景差法进行背景建模，消除水面背景；b、对消除水面背景后的图像再进行图像分割，得到具有单一目标的子图像；c、计算子图像的面积，如其面积在规定的阈值范围内，则视为有效垃圾；其中的阈值与不同的红外摄像头的像素和分辨率有关，同时也与摄像头安装位置相对入口的水平距离和摄像头本身安装高度有关，具体数值根据实验计算决定（如CriminisiA,ReidI,ZissermanA.Singleviewmetrology[J].InternationalJournalofComputerVision,2000,402:123-148和HartleyR,ZissermanA.Multipleviewgeometryincomputervision[M].Cambridgeuniversitypress,2003.中就具体公开了如何计算）。所述步骤（2）中二级红外识别的方法如下：a、通过红外传感器（23）对识别出的有效垃圾进行扇形扫描；b、在该扇形扫描面积内再进行一次扫描，找到光谱稳定的位置，对有效垃圾进行定位；c、根据扫描所得到的红外光谱阈值对垃圾材质进行分析，判断垃圾类别是否为可回收；所述步骤（3）中三级图像识别的方法如下：a、使用红外摄像头（22）对目标所在区域图像再次进行扫描，在水面图像中截取有效图像；b、使用OTSU法对有效图像进行分割，得到具有单一目标的子图像；c、对子图像进行图像预处理，其中图像预处理包括图像降噪处理和图像形态学处理；d、对预处理后的图像进行颜色特征、文理特征、形态特征以及SURF局部特征的提取，并将这些特征与模板库中可回收垃圾的特征进行匹配，得出垃圾类别；其中形态特征包括几何特征和不变矩阵特征。本发明在传送带的表面开设有栅格，便于水面垃圾打捞；传送带的前端两侧设有固定挡板、中间设有活动挡板，活动挡板在驱动电机的带动下沿传送带表面向左右两侧转动，从而将传送带的出口端分成两个分类口，使垃圾只能进入由活动挡板放开的传送带的一侧（左侧或右侧），从其中一个分类口倒入相应的分类垃圾桶中，从而实现垃圾分类的目的。分类垃圾桶的内侧壁设有感应器，可以识别分类垃圾桶是否装满，装满后则感应器将信号通过主控板、远程服务器发送到移动终端或PC终端，然后人为控制水面机器人及时返航，并清理垃圾。本发明的水面机器人通过红外摄像头对水面进行扫描识别水面垃圾目标所在之处，船体运动至垃圾处；升降电机驱动支撑架调整传送带的位置，使外端进入水面、内端与分类垃圾桶对接；然后红外传感器对垃圾进行红外识别，从而对垃圾的材质进行识别与分类，确定该垃圾为可回收或者不可回收类别；正反转电机工作，驱动活动挡板向一侧移动，从而将传送带的出口端封闭一半，转动电机工作带动传送带转动，从而将水面垃圾通过栅格向上输送；输送到出口处，使垃圾倒入相应的分类垃圾桶中。再继续前续工序对下一处水面垃圾进行处理。水面垃圾采用红外摄像头和红外传感器进行识别、分类，红外（IR）是红外光谱仪的简称，能够利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，进行分子结构和化学组成分析，在此基础上还可以对样品进行定性与定量的分析，被广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。例如，在聚氯乙烯的红外光谱中，在3000cm-1与1400cm-1附近有C-H键的吸收峰，在600~800cm-1有氯原子强而宽的吸收峰。如果样品的红外光谱图中同时有这两种吸收峰，并且与聚氯乙烯的谱图相似，则这种材质可能为聚氯乙烯。在检测过程中，样品的红外光谱图会与聚氯乙烯的标准谱图在计算机中进行对比，以确证材质。本发明中红外识别材质的工作原理是：红外传感器能够利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，进行分子结构和化学组成分析，在此基础上还可以对样品进行定性与定量的分析，当红外光经过材料时，一部分频率的光就会被该材料分子中有相同振动频率的因子所吸收，使红外光谱产生变化。不同物质具有不同的分子结构，吸收不同频率的光后产生各自特征的红外吸收光谱。用仪器测量试样的红外吸收光谱，然后根据各种物质的红外特征吸收峰的位置、数目、相对强度和形状（峰宽）等参数，能够推断出物质中存在哪些化学物质，从而确定其分子结构，这就是红外光谱的定性和结构分析的依据。具体的来说我们利用反射式模组KIR9008C发送855nm波长的红外线去扫描被反射材质的表面，而红外线被反射回来被接收端接收，通过接收的红外线强度来判断被反射面材质。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明通过红外摄像头和红外传感器实现水面垃圾的自动寻找，并且可以对打捞垃圾进行分类倾倒入分类垃圾桶中，减少垃圾二次分拣的工作量，减轻水域环境环卫工在垃圾分类时的工作量；2、本发明中在传动带上端面的中间设置活动挡板，根据垃圾的类别来封闭传送带的分类口，使同一处收集上来的垃圾进入相应的可回收或不可回收的垃圾桶中。3、本发明通过红外传感器对材质识别与图像识别相结合的方式实现水面垃圾的分类，弥补了单一方法的缺陷与不足，使水面垃圾自动分类更加可靠与全面；4、本发明采用太阳能、发电机多级供电相互备用，弥补了单一动力的不足，有效保证了水面机器人的续航能力，适用于人工湖面、河流、水池、景区等小型水面漂浮垃圾的自动寻找、自动清理与自动分类。附图说明图1为本发明结构示意图，图2为本发明的第一种状态俯视图，图3为本发明的第二种状态俯视图，图4为本发明中垃圾收集传输装置与升降装置连接示意图，图5为本发明中活动挡板与传送带装配示意图，图6为本发明的分类打捞流程图。图中：1-船体，11-电机仓，12-控制仓，13-垃圾仓；2-安装架，21-高清摄像头，22-红外摄像头，23-红外传感器，3-太阳能电池板，4-垃圾收集传输装置，41-转轴，42-升降装置，43-转动装置，44-传送带，45-栅格，46-传动辊，47-支撑架，48-丝杆组件，49-底座；5-活动挡板，51-支撑轴，52-驱动装置，53-磁扣；6-固定挡板，7-分类垃圾桶，71-感应器。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。如图1-5所示，一种用于水面垃圾清洁与分类的水面机器人，包括电动船的船体1，所述船体1的内部设置有垃圾仓13，所述垃圾仓13内拆卸式安装有分类垃圾桶7；所述船体1一端的底部安装有垃圾收集传输装置4，所述垃圾收集传输装置4的一端位于所述垃圾仓13内并与所述分类垃圾桶7的位置相对应，垃圾收集传输装置4的另一端伸出船体1的外部；所述垃圾收集传输装置4的包括转动连接在船体1上的支撑架47，所述支撑架47的表面铺设有一圈传送带44，所述传送带44表面开设有栅格45；所述支撑架47连接有升降装置42驱使其一端做上下运动，所述传送带44连接有转动装置43使其转动；位于船体1外部的支撑架47端部两侧分别固设有固定挡板6；位于传送带44顶端面设置有活动挡板5。进一步方案，所述升降装置42安装在位于支撑架47两外侧的船体1内部；所述升降装置42为升降电机，其输出端通过丝杆组件48与支撑架47端部连接，升降电机转动通过丝杆组件48转化为支撑架47的上下运动（如图4所示）。进一步方案，所述支撑架47的底端活动套设在转轴41上，所述转轴41的两端安装在固设在船体1上的底座49上（如图5所示）。进一步方案，所述支撑架47的两端架设有用于支撑所述传送带44的传动辊46；所述转动装置43为电机，其对称安装在位于支撑架两外侧的船体1内部；转动装置43的输出端与其中一个传动辊46的端部连接驱使传送带44转动。进一步方案，位于船体1一端的活动挡板5的端部固定在支撑轴51上，所述活动挡板5的末端固设有与支撑架47侧壁相吸合的磁扣53；所述支撑轴51的一端与固设在船体1上的驱动装置52连接，驱使活动挡板5的末端沿着传送带44表面做左右摆动。更进一步方案，所述驱动装置52为正反转电机；所述支撑轴51位于传送带44的中轴线上。驱动装置52不工作时，活动挡板5位于传送带44的中轴线上，驱动装置52向一个方向转动时，通过支撑轴51带动活动挡板5向同一方向转动，从而使活动挡板5的末端向支撑架47的一侧移动，通过磁扣53与支撑架47侧壁相吸合而固定（如图2、3所示），从而将传送带44的出口端封闭了一半。进一步方案，所述活动挡板5将传送带44的出口端一分为二成两个分类口，位于所述分类口的位置分别对应设置一个分类垃圾桶7；所述分类垃圾桶7内安装有用于检测所装垃圾量的感应器71。进一步方案，所述船体1的内部还设置有电机仓11和控制仓12，所述电机仓11内设有锂电池、发电机，所述控制仓12内安装有主控板、通信模块和驱动器；所述船体1的顶表面铺设有太阳能电池板3，船体1顶端架设有安装架2，所述安装架2上分别安装有高清摄像头21、红外摄像头22、红外传感器23，所述高清摄像头21、红外摄像头22和红外传感器23的输出端均与主控板连接，所述主控板的输出端分别与升降装置42、转动装置43、活动挡板5和驱动器连接。所述太阳能电池板3的电流输出端与锂电池连接，所述锂电池通过UPS电源与发电机交互式连接，所述锂电池和发电机为船体1提供电源。即太阳能电池板为锂电池充电，锂电池和发电机都可为船体供电。锂电池和发电机互为备用，并通过UPS电源自动切换。当太阳能电池板和锂电池均没有电时，燃烧汽油或者柴油的发电机为船体1工作提供能源，同时也可以为锂电池充电。这样多种供电方式保证了续航，也预防了因单一供电方式故障不能自行返航的情况。其中红外摄像头22是用于对水面进行扫描，识别垃圾目标所在之处；红外传感器23是用于对垃圾的材质进行红外识别，从而进行垃圾材质识别与分类；高清摄像头21用于传输高清实时视频图像，将拍摄到实时图像编码传输到客户端，可以通过客户端查看机器人四周环境情况。本发明的水面机器人通过红外摄像头对水面进行扫描识别水面垃圾目标所在之处，船体运动至垃圾处；升降电机驱动支撑架来调整传送带的位置，使其外端向下位于水面之下、内端出口处与分类垃圾桶对接上；然后红外传感器对垃圾进行红外识别，从而对垃圾的材质进行识别与分类，确定该垃圾为可回收或者不可回收类别；正反转电机工作，驱动活动挡板向一侧移动，从而将传送带的出口端封闭一半，转动电机工作带动传送带转动，从而将水面垃圾通过栅格向上输送，输送到出口处将垃圾倒入相应的分类垃圾桶中。再继续前续工序对下一处水面垃圾进行处理。如图6所示，水面机器人的垃圾分类打捞方法，其包括以下步骤：（1）一级图像识别：红外摄像头22对水面进行扫描，通过图像识别从水面图像中识别出漂浮在水面上的垃圾，如果发现目标，则主控板控制船体1以带有自主蔽障的方式航行到目标垃圾处；即红外摄像头22先对船体1的垃圾入口处的水面进行扫描，对扫描所得的水面图像通过背景差法进行背景建模，消除水面背景；再进行图像分割，得到具有单一目标的子图像；计算子图像的面积，如其面积在规定的阈值范围内，则视为有效垃圾；然后启动高清摄像头21，将四周的环境情况高清实时视频图像传输到客户端，然后通过建立路径规划，通过带有蔽障的方式驱使船体1运动至该垃圾处；如果未扫描到目标垃圾或子图像的面积不在规定的阈值范围内即无效垃圾，此时红外摄像头22继续上下或左右扫描水面，直到发现有效垃圾为止。（2）二级红外识别：红外传感器23对该垃圾进行二级红外识别，对垃圾材质进行识别；即通过红外传感器23对经红外摄像头22识别出的有效垃圾进行扇形扫描；在该扇形扫描面积内再进行一次扫描，找到光谱稳定的位置，对有效垃圾进行定位；然后根据扫描所得到的红外光谱阈值对垃圾材质进行分析，判断垃圾类别是否为可回收；如果识别出目标为可回收垃圾则进入步骤（4）打捞模式；如果识别为不可回收垃圾，则进入步骤（3）进行三级图像识别；（3）三级图像识别：再次启动红外摄像头22对目标垃圾进行三级图像识别，再次确定该垃圾的类别为可回收垃圾或者不可回收垃圾；即使用红外摄像头22对目标垃圾所在区域再次扫描，从中截取有效图像；然后使用OTSU法对有效图像进行分割，得到具有单一目标的子图像；然后对子图像进行图像预处理，其中图像预处理包括图像降噪处理和图像形态学处理；最后对预处理后的图像进行颜色特征、文理特征、形态特征以及SURF局部特征的提取，并将这些特征与模板库中可回收垃圾的特征进行匹配，得出垃圾类别，确定该垃圾的类别为可回收垃圾或者不可回收垃圾；其中形态特征包括几何特征和不变矩阵特征。（4）打捞模式：活动挡板5在驱动装置52的作用下向一侧移动，其末端的磁扣53与支撑架吸合而固定，从而将传送带44的出口端一个分类口封闭；如图6中，若为可回收垃圾时，则活动挡板5向左侧移动而放开右侧入口；若为不可回收垃圾，则活动挡板5向右侧移动而放开左侧入口；传送带44在转动电机43的作用下向船内滚动，从而将垃圾输送到分类口处；而将垃圾倾倒入相应的分类垃圾桶7中。本产品有两种模式：在手动模式下，管理人员可以根据高清摄像头采集的场景通过遥控器天线来控制水面清洁机器人行走，通过遥控器、移动终端或PC端发送前进、后退、左转、右转的命令经过远程服务器转发给主控板，主控板接收指令并通过驱动器执行具体的航行指令。手动模式下，人工手动开启或关闭垃圾收集传输装置上的升降装置、转动装置和活动挡板上的驱动装置，控制活动挡板向一侧移动而手动选择对打捞的垃圾回收到其中一个分类垃圾桶中。在自动模式下，水面清洁机器人会自动巡航、自动搜索垃圾、自动打捞垃圾和自动分类垃圾，PC或移动终端发送命令如自主打捞或自主航行，主控板收到命令后，经过智能计算规划路径，并通过激光雷达避开障碍物，完成航行和打捞任务。通过主控板接收红外摄像头的信号驱使船体运动到水面垃圾处，并控制升降装置、转动装置来控制传送带工作，将水面垃圾收集到传送带上并上移动到出口端；主控板接收红外传感器的信号并对垃圾类别进行识别，然后驱动活动挡板向一侧运动，从而封闭传送带上的一个分类口，然后送入相应的分类垃圾桶内。本发明帮助工作人员改善水质、水环境，同时可以对水面垃圾漂浮物进行回收，对实现垃圾资源再利用，减少垃圾处置量，改善生存环境质量，对减少环境污染起到一定程度的缓解作用。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

权利要求：1.一种用于水面垃圾清洁与分类的水面机器人，包括电动船的船体（1），其特征在于：所述船体（1）的内部设置有垃圾仓（13），所述垃圾仓（13）内拆卸式安装有分类垃圾桶（7）；所述船体（1）一端的底部安装有垃圾收集传输装置（4），所述垃圾收集传输装置（4）的一端位于所述垃圾仓（13）内并与所述分类垃圾桶（7）的位置相对应，垃圾收集传输装置（4）的另一端伸出船体（1）的外部；所述垃圾收集传输装置（4）的包括转动连接在船体（1）上的支撑架（47），所述支撑架（47）的表面铺设有一圈传送带（44），所述传送带（44）表面开设有栅格（45）；所述支撑架（47）连接有升降装置（42）驱使其一端做上下运动，所述传送带（44）连接有转动装置（43）使其转动；位于船体（1）外部的支撑架（47）端部两侧分别固设有固定挡板（6）；位于传送带（44）顶端面设置有活动挡板（5）。2.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于：所述升降装置（42）安装在位于支撑架（47）两外侧的船体（1）内部；所述升降装置（42）为升降电机，其输出端通过丝杆组件（48）与支撑架（47）端部连接，升降电机转动通过丝杆组件（48）转化为支撑架（47）的上下运动。3.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于：所述支撑架（47）的底端活动套设在转轴（41）上，所述转轴（41）的两端安装在固设在船体（1）上的底座（49）上。4.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于：所述支撑架（47）的两端架设有用于支撑所述传送带（44）的传动辊（46）；所述转动装置（43）为电机，其对称安装在位于支撑架两外侧的船体（1）内部；转动装置（43）的输出端与其中一个传动辊（46）的端部连接驱使传送带（44）转动。5.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于：位于船体（1）一端的活动挡板（5）的端部固定在支撑轴（51）上，所述活动挡板（5）的末端固设有与支撑架（47）侧壁相吸合的磁扣（53）；所述支撑轴（51）的一端与固设在船体（1）上的驱动装置（52）连接，驱使活动挡板（5）的末端沿着传送带（44）表面做左右摆动。6.根据权利要求5所述的水面机器人，其特征在于：所述驱动装置（52）为正反转电机；支撑轴（51）所述支撑轴（51）位于传送带（44）的中轴线上；所述活动挡板（5）将传送带（44）的出口端一分为二成两个分类口，位于所述分类口的位置分别对应设置一个分类垃圾桶（7）；所述分类垃圾桶（7）内安装有用于检测所装垃圾量的感应器（71）。7.根据权利要求1所述的水面机器人，其特征在于：所述船体（1）顶端架设有安装架（2），所述安装架（2）上分别安装有高清摄像头（21）、红外摄像头（22）、红外传感器（23），所述高清摄像头（21）、红外摄像头（22）和红外传感器（23）的输出端均与主控板连接，所述主控板的输出端分别与升降装置（42）、转动装置（43）、活动挡板（5）和驱动器连接。8.根据权利要求7所述的水面机器人，其特征在于：所述船体（1）的内部还设置有电机仓（11）和控制仓（12），所述电机仓（11）内设有锂电池、发电机，所述控制仓（12）内安装有主控板、通信模块和驱动器；所述船体（1）的顶表面铺设有太阳能电池板（3），所述太阳能电池板（3）的电流输出端与锂电池连接，所述锂电池通过UPS电源与发电机交互式连接，所述锂电池和发电机为船体（1）提供电源。9.一种如权利要求8所述的水面机器人的分类打捞方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）一级图像识别：红外摄像头（22）对水面进行扫描，通过图像识别从水面图像中识别出漂浮在水面上的垃圾，如果发现目标，则主控板控制船体（1）以带有自主蔽障的方式航行到目标垃圾处；（2）二级红外识别：红外传感器（23）对该垃圾进行二级红外识别，对垃圾材质进行识别；如果识别出为可回收垃圾则进入步骤（4）打捞模式；如果识别为不可回收垃圾，则进入步骤（3）三级图像识别；（3）三级图像识别：再次启动红外摄像头（22）对目标垃圾进行三级图像识别，再次确定该垃圾的类别为可回收垃圾或者不可回收垃圾；（4）打捞模式：活动挡板（5）在驱动装置（52）的作用下向一侧移动，其末端的磁扣（53）与支撑架吸合而固定，从而将传送带（44）的出口端一个分类口封闭；传送带（44）在转动电机（43）的作用下向船内滚动，从而将垃圾输送到分类口处；而将垃圾倾倒入相应的可分类或不可分类垃圾桶（7）中。10.根据权利要求9所述的垃圾分类打捞方法，其特征在于：所述步骤（1）中识别出水面上的垃圾的方法如下：a、对红外摄像头（22）扫描的水面图像通过背景差法进行背景建模，消除水面背景；b、对消除水面背景后的图像再进行图像分割，得到具有单一目标的子图像；c、计算子图像的面积，如其面积在规定的阈值范围内，则视为有效垃圾；所述步骤（2）中二级红外识别的方法如下：a、通过红外传感器（23）对识别出的有效垃圾进行扇形扫描；b、在该扇形扫描面积内再进行一次扫描，找到光谱稳定的位置，对有效垃圾进行定位；c、根据扫描所得到的红外光谱阈值对垃圾材质进行分析，判断垃圾类别是否为可回收；所述步骤（3）中三级图像识别的方法如下：a、使用红外摄像头（22）对目标垃圾所在区域再次进行扫描，从扫描图像中截取有效垃圾图像；b、使用OTSU法对该有效垃圾图像进行分割，得到具有单一目标的子图像；c、对子图像进行图像预处理，其中图像预处理包括图像降噪处理和图像形态学处理；d、对预处理后的图像进行颜色特征、文理特征、形态特征以及SURF局部特征的提取，并将这些特征与模板库中可回收垃圾的特征进行匹配，得出垃圾类别；其中形态特征包括几何特征和不变矩阵特征。

百度查询： 中国科学院合肥物质科学研究院 用于水面垃圾清洁与分类的水面机器人及分类打捞方法

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