用于清理水面垃圾的机械鱼的制作方法

1.本技术涉及环保领域，更具体地说，涉及一种用于清理水面垃圾的机械鱼。


背景技术：

2.水是人类赖以生存的重要自然资源之一，其质量安全与人们的生产和生活息息相关，对人们的身体健康造成直接影响。为了保护和净化水环境，需要相关技术人员定期对水进行采样检查，根据实际情况制定相关的水环境保护政策，从根本上遏制对水环境的破坏，水质监测工作在保护水资源、控制水污染、提升饮用水品质等方面扮演着关键角色。在城市河道，生活垃圾、工业垃圾、建筑垃圾、植物垃圾等造成了水环境的污染,不仅使河道水质变差，而且还会影响水生动植物的生存，更重要的是会阻塞河道，影响水上交通，影响水域景观。
3.目前水域垃圾打捞难度增大，提高民众环境保护意识，建立配套的法案政策，配以高效的打捞方案，才能从根本上解决水域漂浮垃圾问题。目前，校园人工湖，小区观光人工湖等小型水域水面漂浮物的清理办法主要也是采用手持式网兜等传统工具进行清除，存在清理不干净，耗时长，效率低，劳动强度大等弊端。市场上存在的水面垃圾清理装置，往往是大型水域垃圾打捞船，或水面清扫船，其结构复杂，体型庞大，成本高昂，非常不适合在小型水域中使用。
4.因此，如何提高水域水面垃圾清理效率、降低打捞者的工作强度成为本领域需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提出了一种用于清理水面垃圾的机械鱼，以替代打捞船进行高效清理。
6.根据本技术，提出了一种用于清理水面垃圾的机械鱼，其中，所述机械鱼包括能够游动的鱼形的机械鱼主体和安装于所述机械鱼主体的垃圾收集单元，所述垃圾收集单元包括垃圾收集腔和用于产生将垃圾收集到所述垃圾收集腔内的水流的水泵装置。
7.可选地，所述机械鱼主体包括头部，所述头部包括能够开合的上颚和下颚以及通过所述上颚和下颚限定的嘴部空腔，所述垃圾收集腔连通于所述嘴部空腔。
8.可选地，所述水泵装置包括用于使所述垃圾收集腔进水的进水泵、用于从所述垃圾收集腔排水的排水泵和用于控制所述进水泵和所述排水泵的控制单元，所述控制单元根据所述上颚和下颚的开合控制所述进水泵和所述排水泵的操作。
9.可选地，所述头部包括第一曲柄摇杆机构和驱动所述曲柄摇杆机构的第一曲柄的驱动单元，所述第一曲柄摇杆机构的第一连杆连接于所述下颚。
10.可选地，所述机械鱼主体包括鱼体部，所述鱼体部包括胸鳍和用于驱动所述胸鳍摆动以使所述机械鱼主体推进的驱动部。
11.可选地，所述驱动部包括第二曲柄摇杆机构，所述胸鳍连接于所述第二曲柄摇杆
机构的第二连杆。
12.可选地，所述机械鱼主体包括尾部，所述尾部包括用于调整所述尾部相对于所述鱼体部的角度的转弯舵机和用于摆动以提供推进动力的推进舵机。
13.可选地，沿从所述鱼体部向所述尾部的方向，所述转弯舵机设置在所述推进舵机的上游。
14.可选地，所述推进舵机包括依次连接的第一舵机和第二舵机。
15.可选地，所述机械鱼包括用于控制所述驱动部、所述转弯舵机和推进舵机的控制部。
16.根据本技术的技术方案，可以通过机械鱼主体游动到漂浮在水面的垃圾处并通过垃圾收集单元收集垃圾，从而能够替代打捞船进行清理作业。并且，机械鱼主体的游动具有仿生特性，相比打捞船而言更具灵活性，能够快速移动到水面的各个位置，能够适应各种水域，特别是小型水域的清理。
17.本技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施方式及其说明用于解释本技术。在附图中：
19.图1为根据本技术优选实施方式的机械鱼的立体图；
20.图2为显示图1的机械鱼的头部的结构的示意图；
21.图3为图2的第一曲柄摇杆机构的简图；
22.图4为显示图1的机械鱼的鱼体部的结构的示意图；
23.图5为图4的第二曲柄摇杆机构的简图；
24.图6为显示图1的机械鱼的尾部的结构的示意图。
具体实施方式
25.下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本技术的技术方案。
26.本技术提供一种用于清理水面垃圾的机械鱼，其中，所述机械鱼包括能够游动的鱼形的机械鱼主体100和安装于所述机械鱼主体100的垃圾收集单元200，所述垃圾收集单元200包括垃圾收集腔210和用于产生将垃圾收集到所述垃圾收集腔210内的水流的水泵装置。
27.使用本技术的机械鱼，可以通过机械鱼主体100游动到漂浮在水面的垃圾处并通过垃圾收集单元200收集垃圾，从而能够替代打捞船进行清理作业。并且，机械鱼主体100的游动具有仿生特性，相比打捞船而言更具灵活性，能够快速移动到水面的各个位置，能够适应各种水域，特别是小型水域的清理。
28.其中，垃圾收集单元200可以通过各种方式利用水泵装置产生的水流收集垃圾。优选地，如图1和图2所示，所述机械鱼主体100包括头部110，所述头部110包括能够开合的上颚111和下颚112以及通过所述上颚111和下颚112限定的嘴部空腔，所述垃圾收集腔210连通于所述嘴部空腔。由此，可以通过上颚111和下颚112的开合模拟鱼嘴的开合，以便在上颚111和下颚112打开时允许水泵装置产生的水流将垃圾引入嘴部空腔，继而收集到垃圾收集
腔210内。
29.收集到垃圾收集腔210内的垃圾，可以根据垃圾收集腔210的收集状态而及时清理。具体的，垃圾收集腔210可以具有能够打开的舱门，以便移除垃圾。优选地，垃圾收集腔210可以设置为可拆卸地安装于机械鱼主体100，以便在垃圾收集腔210内垃圾较多时直接更换垃圾收集腔210。
30.为便于在上颚111和下颚112打开时进行垃圾收集，水泵装置可以设置为与上颚111和下颚112的开合关联控制。优选地，所述水泵装置包括用于使所述垃圾收集腔210进水的进水泵、用于从所述垃圾收集腔210排水的排水泵和用于控制所述进水泵和所述排水泵的控制单元，所述控制单元根据所述上颚111和下颚112的开合控制所述进水泵和所述排水泵的操作。此外，垃圾收集腔210可以具有与嘴部空腔连通的进水口和与外部连通的排水口，进水口和排水口处可以设置浮球开关来控制进水口和出水口的开合。为避免收集的垃圾随水流排出，排水口可以设置有过滤件。
31.使用时，当需要拾取垃圾时，控制单元控制上颚111和下颚112打开，浮球开关控制进水口打开且出水口关闭，并且控制进水泵增大进水量，使得垃圾进入嘴部空腔。当垃圾进入嘴部空腔时，控制单元控制上颚111和下颚112关闭，浮球开关控制出水口打开且进水口关闭，并且控制进水泵减少进水量，使得垃圾收集腔210的排水量大于进水量，从而在嘴部空腔和垃圾收集腔210之间形成水流的落差，产生将垃圾从嘴部空腔吸入垃圾收集腔210的水流。
32.上颚111和下颚112可以通过适当方式进行开合操作。优选地，如图2和图3所示，所述头部110包括第一曲柄摇杆机构和驱动所述曲柄摇杆机构的曲柄113的驱动单元114，所述第一曲柄摇杆机构的第一连杆115连接于所述下颚112。通过曲柄113的转动带动连接于下颚112的第一连杆115实现下颚112相对于上颚111的移动，从而完成上下张合的动作。在图2所示的实施方式中，驱动单元114包括第一双轴电机，其同步驱动两个第一曲柄摇杆机构的第一曲柄113，两个第一连杆115对称设置并连接下颚112。由此，第一曲柄摇杆机构可以通过曲柄113的移动范围自控上下颚的张合角度，并且两个第一曲柄摇杆机构能够达到同步协调，稳定地驱动下颚112完成张合。其中，第一曲柄113越大，张合角度越大，第一连杆115越长，张合角度也越大。
33.鱼主要通过摆动身体或者身体的一部分，让水在鱼身体表面产生压力差，这种压力差就是鱼向前游动的主要动力。根据鱼在游动时的摆动身体的部位，大致可以把鱼的游动方式分为四类，鳗鱼式，鲑鱼式，马鲹鱼式和金枪鱼式。在鳗鱼式中，鱼需要依靠全身的摆动来产生动力。这类鱼体型细长，游速相对较慢，但灵活性很强，甚至可以向后游动。在鲑鱼式中，鱼的全身也会摆动，但主要依靠身体的后半部分的摆动来产生动力，头部的摆动幅度相对较小。因此这类鱼的身体会相对坚硬，游速也较快，但灵活性相对于鳗鱼式的鱼有所降低。游动方式为马鲹鱼式的鱼，身体会更加坚硬，游速更快。这类鱼的前进动力主要依靠尾部提供，头部的摆动幅度很小。而游动方式为金枪鱼式的鱼游速最大，其前进动力全部依靠尾部的摆动提供。这类鱼的尾部往往看起来很有力，巨大的尾部使得这类鱼可以进行长距离的跋涉。
34.本技术的机械鱼主体100可以通过各种适当方式实现在水中的游动。虽然胸鳍主要起到维持鱼体平衡、增强机动性能的作用，但本技术在仿生鱼类的游动时，利用胸鳍推进
来提高推进效率、转弯机动性、游动稳定性。为此，在本技术的优选实施方式中，可以主要通过胸鳍推进机械鱼主体100的游动。具体的，如图4所示，所述机械鱼主体100包括鱼体部120，所述鱼体部120包括胸鳍121和用于驱动所述胸鳍121摆动以使所述机械鱼主体100推进的驱动部。
35.为使胸鳍121的摆动能够对机械鱼主体100提供良好的推进力和稳定性，可以将胸鳍121的摆动呈特定的复合规律曲线，以使胸鳍121的摆动效率达到最高并使胸鳍121在摆动过程中经历由相对于水平面的0度到90再回到0度的过程(相对于水平面的0度到90度的过程中，即胸鳍121从跟水面平行到与水平面垂直的过程，胸鳍121向后摆水与水产生一个相互作用力，从而获得往前推进的作用力)。
36.优选地，可以通过曲柄摇杆机构来实现胸鳍121的上述复合规律曲线运动轨迹。具体的，所述驱动部包括第二曲柄摇杆机构，所述胸鳍121连接于所述第二曲柄摇杆机构的连杆122。第二曲柄摇杆机构在带动胸鳍121摆动的过程中能够调整胸鳍121的角度变化。第二曲柄摇杆机构的连杆122上各点轨迹不同，可以找到使得胸鳍121摆动效率达到最高的位置，连杆122在此处连接胸鳍121。
37.如图4和图5所示，为同步摆动鱼体部120两侧的胸鳍121，驱动部可以包括双轴电机123，双轴电机123的两个轴通过联轴器129分别连接有同步轮124，每个同步轮124通过同步带125连接驱动轮，驱动轮连接第二曲柄摇杆机构127的第二曲柄1271的一端，第二曲柄1271的另一端连接第二连杆122。第二曲柄摇杆机构的摇杆1272的一端连接第二连杆122，另一端固定。胸鳍121摆动的频率可由双轴电机123自主控制。
38.根据机械鱼主体100的不同规格，可以设计第二曲柄摇杆机构的参数，以使胸鳍121的摆动效率达到最高并使胸鳍121在摆动过程中经历由相对于水平面的0度到90再回到0度的过程。例如，第二曲柄1271长度为50mm,连杆122的长度为80mm，摇杆1272长度为60mm。
39.另外，本技术还可以通过机械鱼的尾部辅助提供推动。具体的，如图6所示，所述机械鱼主体100包括尾部130，所述尾部130包括用于调整所述尾部130相对于所述鱼体部120的角度的转弯舵机131和用于摆动以提供推进动力的推进舵机。
40.其中，转弯舵机131和推进舵机的配合可以实现尾部130在水中呈正弦摆动的特性，以实现推进和转弯。优选地，沿从所述鱼体部120向所述尾部130的方向，所述转弯舵机131设置在所述推进舵机的上游。由此，当转弯舵机131和推进舵机以及鱼体部120形成一定夹角时就能达到转弯的效果。其中，转弯舵机131和推进舵机的摆动频率和幅度可以由相应舵机的脉冲频率决定。
41.为增加尾部130的摆动灵活性，所述推进舵机包括依次连接的第一舵机132和第二舵机133。为便于设置，尾部130的主体可以分为三个节段，即图6中的第一节段130a、第二节段130b和第三节段130c，转弯舵机131设置在鱼体部120和第一节段130a之间，第一舵机132设置在第一节段130a和第二节段130b之间，第二舵机133设置在第二节段130b和第三节段130c之间。也就是，第一节段130a和鱼体部120通过转弯舵机131连接，以实现鱼体部120和尾部130的连接；第一节段130a和第二节段130b通过第一舵机132连接；第二节段130b和第三节段130c通过第二舵机133连接。具体的，各舵机可以通过舵机支架135安装到鱼体部120或各节段。
42.此外，尾部130还包括设置在第三节段130c上的尾鳍134，以通过各舵机的操作实
现尾鳍134的摆动。
43.本技术的优选实施方式中，可以采用三种方式推进机械鱼的游动：单独通过尾部130的摆动推进、单独通过胸鳍121的摆动推进；通过尾部130的摆动和胸鳍121的摆动协同推进。其中，尾部130和胸鳍121的协同推进模式可以在短时间内完成高加速，转弯效果也具有显著提升。具体的，控制胸鳍121和尾鳍134在不同的频率下的协同摆动可以获得不同半径的转弯圆，使得机械鱼的灵活机动性更强。
44.为便于控制机械鱼的游动，可以一并控制尾部130和胸鳍121的摆动。具体的，所述机械鱼包括用于控制所述驱动部、所述转弯舵机131和推进舵机的控制部。更具体的，控制部可以包括遥控装置，遥控装置包括操作单元和处理所述操作单元的操作反馈的处理单元，机械鱼主体100上安装有与驱动部、转弯舵机131和推进舵机的驱动板连接的通讯单元，操作者可以通过操作单元进行操作，处理单元根据操作反馈进行处理，并将处理结果发送到通讯单元，以控制驱动部、转弯舵机131和推进舵机，并且，通讯单元可以将驱动部、转弯舵机131和推进舵机的工作参数(例如舵机的脉冲频率、双轴电机的频率)反馈处理单元。
45.其中，操作单元可以采用按钮、摇柄等方式，例如可以通过不同摇柄控制驱动部、转弯舵机131和推进舵机的操作。此外，控制头部110的相关操作的控制单元也可以集成在遥控装置中，例如通过操作单元上的按钮来控制上颚111和下颚112的开合。
46.鱼体部120内部可以设置有机械鱼的电器元件，例如电池、通讯单元、驱动部的双轴电机123及其驱动板。
47.垃圾收集腔210可以设置在合理位置，以减少对机械鱼主体100游动的阻碍。例如，垃圾收集腔210可以设置在机械鱼主体100的鱼腹处，以与机械鱼主体100一起形成鱼形的流线形状。具体的，鱼体部120可以沿机械鱼的头部110向尾部130的方向分为两部分，靠近头部110的部分设置有上述电器元件，垃圾收集腔210设置在靠近尾部130的部分。
48.另外，为达到良好的仿生效果，更好地模拟鱼的外形和游动，可以合理设置机械鱼主体100的长度、宽度、以及头部110、鱼体部120和尾部130的长度比例，例如，机械鱼主体100的长度可以为830mm，最大宽度206mm，头部110、鱼体部120和尾部130的长度比例可以为23:30:30。
49.头部110和鱼体部120可以通过适当方式连接，以使头部110能够通过鱼体部120和尾部130推动，例如头部110和鱼体部120可以通过榫接方式连接，以便拆装。
50.本技术的机械鱼可以用于各种水域的清理，例如可以用于校园、湖泊、小区等人工水域的垃圾清理，优化水域环境，并且机械鱼的仿生外观能够提高水域环境的美感，同时可以供儿童娱乐，寓教于乐，潜移默化地提高了儿童保护大自然的意识和对科学的兴趣。
51.以上详细描述了本技术的优选实施方式，但是，本技术并不限于上述实施方式中的具体细节，在本技术的技术构思范围内，可以对本技术的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本技术的保护范围。
52.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本技术对各种可能的组合方式不再另行说明。
53.此外，本技术的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本技术的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

技术特征：
1.一种用于清理水面垃圾的机械鱼，其特征在于，所述机械鱼包括能够游动的鱼形的机械鱼主体(100)和安装于所述机械鱼主体(100)的垃圾收集单元(200)，所述垃圾收集单元(200)包括垃圾收集腔(210)和用于产生将垃圾收集到所述垃圾收集腔(210)内的水流的水泵装置。2.根据权利要求1所述的用于清理水面垃圾的机械鱼，其特征在于，所述机械鱼主体(100)包括头部(110)，所述头部(110)包括能够开合的上颚(111)和下颚(112)以及通过所述上颚(111)和下颚(112)限定的嘴部空腔，所述垃圾收集腔(210)连通于所述嘴部空腔。3.根据权利要求2所述的用于清理水面垃圾的机械鱼，其特征在于，所述水泵装置包括用于使所述垃圾收集腔(210)进水的进水泵、用于从所述垃圾收集腔(210)排水的排水泵和用于控制所述进水泵和所述排水泵的控制单元，所述控制单元根据所述上颚(111)和下颚(112)的开合控制所述进水泵和所述排水泵的操作。4.根据权利要求2所述的用于清理水面垃圾的机械鱼，其特征在于，所述头部(110)包括第一曲柄摇杆机构和驱动所述曲柄摇杆机构的第一曲柄(113)的驱动单元(114)，所述第一曲柄摇杆机构的第一连杆(115)连接于所述下颚(112)。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的用于清理水面垃圾的机械鱼，其特征在于，所述机械鱼主体(100)包括鱼体部(120)，所述鱼体部(120)包括胸鳍(121)和用于驱动所述胸鳍(121)摆动以使所述机械鱼主体(100)推进的驱动部。6.根据权利要求5所述的用于清理水面垃圾的机械鱼，其特征在于，所述驱动部包括第二曲柄摇杆机构，所述胸鳍(121)连接于所述第二曲柄摇杆机构的第二连杆(122)。7.根据权利要求5所述的用于清理水面垃圾的机械鱼，其特征在于，所述机械鱼主体(100)包括尾部(130)，所述尾部(130)包括用于调整所述尾部(130)相对于所述鱼体部(120)的角度的转弯舵机(131)和用于摆动以提供推进动力的推进舵机。8.根据权利要求7所述的用于清理水面垃圾的机械鱼，其特征在于，沿从所述鱼体部(120)向所述尾部(130)的方向，所述转弯舵机(131)设置在所述推进舵机的上游。9.根据权利要求8所述的用于清理水面垃圾的机械鱼，其特征在于，所述推进舵机包括依次连接的第一舵机(132)和第二舵机(133)。10.根据权利要求7所述的用于清理水面垃圾的机械鱼，其特征在于，所述机械鱼包括用于控制所述驱动部、所述转弯舵机(131)和推进舵机的控制部。

技术总结
本申请公开了用于清理水面垃圾的机械鱼，其中，所述机械鱼包括能够游动的鱼形的机械鱼主体(100)和安装于所述机械鱼主体(100)的垃圾收集单元(200)，所述垃圾收集单元(200)包括垃圾收集腔(210)和用于产生将垃圾收集到所述垃圾收集腔(210)内的水流的水泵装置。本申请可以通过机械鱼主体游动到漂浮在水面的垃圾处并通过垃圾收集单元收集垃圾，从而能够替代打捞船进行清理作业。并且，机械鱼主体的游动具有仿生特性，相比打捞船而言更具灵活性，能够快速移动到水面的各个位置，能够适应各种水域，特别是小型水域的清理。特别是小型水域的清理。特别是小型水域的清理。


技术研发人员：余传佩 黄帅 边学如 吴思初 张嘉敏 黄路仁 王梁彬 邹草森 陈海辉
受保护的技术使用者：余传佩
技术研发日：2023.02.03
技术公布日：2023/6/27