水面漂浮物、水面垃圾清理機器人的設(shè)計含開題及4張CAD圖
水面漂浮物、水面垃圾清理機器人的設(shè)計含開題及4張CAD圖,水面,漂浮,垃圾,清理,機器人,設(shè)計,開題,CAD
畢業(yè)設(shè)計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）: 為了解決傳統(tǒng)的垃圾打撈船難以解決的小型水面懸浮物的問題,提出一種利用"漩渦"和網(wǎng)篩工作原理,并以太陽能為新能源的一種水面漂浮物清理機器人的設(shè)計方案。實現(xiàn)對水體的"二次清理",也可在水面航行過程或在靜止在某固定點完成垃圾的收集,方便靈活。
處理器：Arduino Mega2560；
水泵的方式去推進(jìn)機器人前進(jìn)轉(zhuǎn)向；
打撈裝置為傳送帶的方式，將漂浮物打撈進(jìn)倉庫
機器人搭載太陽能電池板，經(jīng)量降低電能的消耗
畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容: 1、設(shè)計圖樣要求：
設(shè)計原理正確，運用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、查閱相關(guān)手冊，正確處理好圖、數(shù)字、符號、標(biāo)準(zhǔn)等的關(guān)系，圖樣完整準(zhǔn)確?？傮w設(shè)計完整、圖紙表達(dá)清晰、標(biāo)注采用國家最新標(biāo)準(zhǔn)；完成整機裝配圖紙設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)方案確定最優(yōu)化；完成部件圖設(shè)計及傳動系統(tǒng)設(shè)計；完成零件圖設(shè)計。
?
2、畢業(yè)設(shè)計說明書：
設(shè)計依據(jù)可靠，參數(shù)選用合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計強度及剛度校核、計算準(zhǔn)確，內(nèi)容完整，中英文摘要與科技論文必須做到準(zhǔn)確無誤。對主要傳動方案進(jìn)行比較和選擇、并可行性論證。對主要的零部件進(jìn)行動力的計算，強度、剛度的校核。對牽引部的潤滑選擇。
畢業(yè)設(shè)計說明書參考文獻(xiàn)15篇以上，原則上所涉及的參考文獻(xiàn)論文資料為近5年出版發(fā)表。
學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計文件（論文）: 設(shè)計成果要求：提交紙質(zhì)資料（打印和部分手工繪制圖紙）和電子文檔資料。圖紙使用AutoCAD軟件繪制，文件為*.dwg格式。設(shè)計說明書資料為*.doc格式。
1、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告。
2、畢業(yè)設(shè)計說明書1份，字?jǐn)?shù)2-2.5萬字。按《山西能源學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范》執(zhí)行。
3、圖紙：
(1) 機器人總裝配圖（A0號）2張；
(2) 控制系統(tǒng)原理圖（A1號）1張；
(3) 傳感器零件圖（A3號）不少于2張；
4、文獻(xiàn)綜述&外文翻譯：按《山西能源學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范》執(zhí)行。
(1)?文獻(xiàn)綜述：字?jǐn)?shù)不少于3000字；
(2)?外文翻譯：外文翻譯必須與畢業(yè)設(shè)計課題相關(guān)，字?jǐn)?shù)不少于5000字，并標(biāo)明文章出處。
主要參考文獻(xiàn)（資料）: [1] 張蕓蕓,徐飛飛,徐俊玲.河湖污染問題與有效治理建議分析[J].工程技術(shù)研究,2018
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山 西 能 源 學(xué) 院
2017屆本科畢業(yè)設(shè)計外文翻譯
論文題目：
水面垃圾強清理機器人的設(shè)計
姓 名：
許宇劍
學(xué) 號：
2017008147
系 部：
機電工程系
專 業(yè)：
機械設(shè)計制造及其自動化
班 級：
1704
指導(dǎo)教師：
姚志廣
職 稱：
講師
完成日期：
2021 年 4 月
一個水面清潔機器人
E Rahmawati*1, I Sucahyo1, A Asnawi1, M Faris1, M A Taqwim1, D Mahendra1
1Physics Department, Universitas Negeri Surabaya, Indonesia
*e-mail: endahrahmawati@unesa.ac.id
摘要：本文介紹了一種用于清除漂浮在水面上的垃圾的機器人的設(shè)計。設(shè)計水生機器人的三個重要問題是一個具有成本效益的解決方案，同時具有健壯性和耐久性。由于清洗工作的性質(zhì)，我們設(shè)計的車輛結(jié)構(gòu)可以提供高穩(wěn)定性，良好的機動能力，可以方便地收集所有的廢物流動之間。在這種情況下，浮筒形狀的船體是最適合的，并且滿足所有的流體靜力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。為了清除和收集表面廢物，一個電機驅(qū)動的收集臂系統(tǒng)已經(jīng)被設(shè)計來收集廢物，并重新部署到船體上的矩形籃子。這種設(shè)計簡單有效的清除垃圾，在一個小空間內(nèi)容納大量的垃圾。對于原型，外殼由聚苯乙烯泡沫塑料制成，泡沫塑料被纖維包裹，然后涂上防水和樹脂。它由鋁支撐在一起。這種輕而堅韌的結(jié)構(gòu)支撐著系統(tǒng)的總重量。基于差動驅(qū)動機構(gòu)的推進(jìn)系統(tǒng)已經(jīng)被設(shè)計出來，它允許機器人在現(xiàn)場進(jìn)行360度轉(zhuǎn)彎，并提供高推力。電子電路和馬達(dá)被放置在船體內(nèi)，以保護(hù)他們免受水的傷害。基于Xbee Pro無線模塊，對機器人進(jìn)行手動遠(yuǎn)程控制。實驗證明，該機器人原型在收集和清除垃圾方面是有效的。機器人最多能承受16公斤的垃圾。1. 廢物是每年都會出現(xiàn)的環(huán)境問題，至今仍無法完全解決。我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)垃圾從各地傾倒到河流、水道或水庫。垃圾會堵塞水流，使水變得又臟又臭，經(jīng)常溢出，造成災(zāi)難，包括洪水。如何清理水域廢棄物需要大量的資源，例如清潔人員和挖掘機[1,2]。本研究旨在通過開發(fā)能夠在水域操作的機器人技術(shù)，為水域廢物問題提供一種替代解決方案。擬議的應(yīng)用研究有望成為預(yù)防災(zāi)害，特別是洪水的替代解決方案。機器人技術(shù)是以生態(tài)機器人的形式發(fā)展起來的，其主要任務(wù)是收集垃圾。該機器人設(shè)計為手動遙控控制。本研究的開發(fā)方法參考ADDIE。該方法包括對機器人清掃系統(tǒng)的分析、機器人的設(shè)計、機器人的開發(fā)、在有限水域內(nèi)實施清掃機器人，以及在更大范圍內(nèi)對清掃機器人的效果進(jìn)行評估。本文主要對該機器人進(jìn)行了設(shè)計與開發(fā)。以前已經(jīng)有一些機器人被用來清洗水面[3,4]。開放文獻(xiàn)中有一些結(jié)果，討論了這種特殊用途機器人的發(fā)展[5,6]。本工作的目的是利用aqua機器人開發(fā)一個更多功能、更高效的系統(tǒng)。這個機器人在未來有很好的機會擴(kuò)展它的功能。進(jìn)行清除藻類、樹葉和樹枝的活動;在適當(dāng)?shù)攸c噴灑化學(xué)品;檢查水質(zhì)和部署有效載荷計劃是自動完成的。這些功能可以節(jié)省大量人力，并為普遍存在的問題提供一個可持續(xù)的解決方案。為了導(dǎo)航和地面上的垃圾清理，許多設(shè)計良好的算法已經(jīng)開發(fā)出來，既適用于單個機器人系統(tǒng)，也適用于蜂群[7]。然而，由于動態(tài)環(huán)境、推進(jìn)系統(tǒng)的不同，以及很難根據(jù)相對速度和加速度準(zhǔn)確確定當(dāng)前位置，這些算法不能直接應(yīng)用于水面。此外，導(dǎo)航算法也得到了發(fā)展
早期的自主性水生機器人并沒有將清潔作為其不可分割的一部分[8,9]。2. 機器人設(shè)計設(shè)計機器人的三個關(guān)鍵考慮因素是一個具有成本效益的解決方案，以及魯棒性和耐久性?？紤]到清掃工作的功能，機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了高穩(wěn)定性，優(yōu)良的機動性，并可以方便地收集所有流動的廢物。在這種情況下，浮筒形狀的船體是最適合的，并且滿足所有的鈴靜力、耐波性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)[10]。為了清除和收集地面垃圾，設(shè)計了一種電動機械手系統(tǒng)，在覆蓋有網(wǎng)的區(qū)域收集垃圾。這種設(shè)計簡單有效地清除垃圾，在一個小空間內(nèi)容納大量垃圾。此外，由于收集到的垃圾漂浮在水面上，機器人不需要支撐自己的重量。皮帶下部置于水面以下，便于清除浮草。對于原型(圖1)，浮筒形狀的船體由兩種形狀的聚苯乙烯泡沫塑料組成。泡沫聚苯乙烯被玻璃纖維亞光包裹，然后被防水和樹脂涂層。這種設(shè)計的結(jié)果是輕型和堅固的浮筒船體，最小的泄漏風(fēng)險。兩艘浮筒船殼由鋁桁架支撐在一起。這種輕而堅固的結(jié)構(gòu)支撐著系統(tǒng)的總重量。樣機的設(shè)計參數(shù)如表1所示。為了在狹小受限的空間中實現(xiàn)自主導(dǎo)航，需要一種能夠提供高機動性和短轉(zhuǎn)彎半徑的推進(jìn)系統(tǒng)。由于其平面前和中央廢物收集系統(tǒng),機器人也需要克服和皮膚阻力由高形式:??=????2(1)??阻力在牛頓??阻力系數(shù),?機器人的速度。
圖1機器人原型
圖2 尺寸的機器人
將電子電路、驅(qū)動電機、電池和電機放置在船體內(nèi)，以防止它們在外殼內(nèi)漏水。由于該機器人為手動行走設(shè)計，因此基于Xbee Pro S2C模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。電子電路相對簡單。它包括一個基于Arduino的微控制器，三個電機驅(qū)動器，兩個連接到柔性軸和螺旋槳的直流電機，一個動力窗口直流電機。機械手采用電動窗電機進(jìn)行垃圾收集，并將垃圾提至筐內(nèi)?；@子已裝在船體上。通過Arduino UNO對機器人進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，向發(fā)射器發(fā)送數(shù)據(jù)(命令)。來自發(fā)射機的數(shù)據(jù)已被接收機接收。接收器將數(shù)據(jù)發(fā)送到Arduino UNO。Arduino UNO將數(shù)據(jù)發(fā)送給電機DC，然后電機DC根據(jù)數(shù)據(jù)或指令進(jìn)行動作。
圖3 機器人差動驅(qū)動控制系統(tǒng)
3.結(jié)果考慮了機器人的船體設(shè)計;有幾個技術(shù)問題是幾何設(shè)計，減少水動力阻力，減少重量和防止因滲漏而溺水。船體設(shè)計的主要要求是產(chǎn)生足夠的力使機器人懸浮在水中。為了克服這一問題，我們開發(fā)的機器人使用兩個浮筒船體懸浮機器人。兩個浮筒的有效載荷是20公斤，它們的重量是8公斤。如何在水中實現(xiàn)靜態(tài)平衡是機器人設(shè)計中的一個重要問題。為了增加有效載荷，之前的研究增加了更多的浮筒[10]。當(dāng)廢物容器是滿的或空的時候，機器人一定不會有任何困難穩(wěn)定地躺在水中。機器人沿運動方向是對稱的。兩個浮筒的放置使浮力的中心位于對稱軸上。重物被放置在機器人的質(zhì)心。
采用串行數(shù)據(jù)傳輸格式的無線通信控制方法，成功地實現(xiàn)了XBee無線控制系統(tǒng)在機器人運動系統(tǒng)中的應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)通過在遙控器上給出指令來進(jìn)行檢查，這些指令被機器人很好地接收到，并在程序上寫出相應(yīng)的運動響應(yīng)。假設(shè)機器人沿著圖3所示的軌跡移動，并沿著路徑收集垃圾。該機器人操作良好，能夠容納20公斤的垃圾。
圖4 測試過程中機器人運動路徑
4. 一個水面清潔機器人是相對成功的，該團(tuán)隊已經(jīng)為未來的研究和理論以及實施制定了大綱。在更高的層次上，應(yīng)該對模塊之間的接口進(jìn)行更多的研究，使機器人不僅有單一的任務(wù)，也有多重的任務(wù)，如根據(jù)垃圾的材料選擇垃圾，監(jiān)測水質(zhì)?？紤]機器人的船體設(shè)計;有幾個技術(shù)問題是幾何設(shè)計，減少水動力阻力，減少重量和防止因滲漏而溺水。船體設(shè)計的主要要求是產(chǎn)生足夠的力使機器人懸浮在水中。為了克服這一問題，我們開發(fā)的機器人使用兩個浮筒船體懸浮機器人。兩個浮筒的有效載荷是20公斤，它們的重量是8公斤。如何在水中實現(xiàn)靜態(tài)平衡是機器人設(shè)計中的一個重要問題。為了增加有效載荷，以往的研究增加了更多的浮橋[10,11]。當(dāng)廢物容器是滿的或空的時候，機器人一定不會有任何困難穩(wěn)定地躺在水中。機器人沿運動方向是對稱的。兩個浮筒的放置使浮力的中心位于對稱軸上。重物被放置在機器人的質(zhì)心。采用串行數(shù)據(jù)傳輸格式的無線通信控制方法，成功地實現(xiàn)了XBee無線控制系統(tǒng)在機器人運動系統(tǒng)中的應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)通過在遙控器上給出指令來進(jìn)行檢查，這些指令被機器人很好地接收到，并在程序上寫出相應(yīng)的運動響應(yīng)。假設(shè)機器人沿著圖3所示的軌跡移動，并沿著路徑收集垃圾。該機器人操作良好，能夠容納20公斤的垃圾。
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1前言
在我國經(jīng)濟(jì)不斷高速發(fā)展和人民生活水平不斷提高的背后，是我國的環(huán)境污染的不斷加劇，雖然在人們現(xiàn)在的環(huán)境意識有很大提高，且國家對環(huán)境問題的高度重視下，環(huán)境污染情況正在逐漸改善，但是之前的環(huán)境遺留問題還是很大，尤其我國的水域環(huán)境，很大一部分都遭受了嚴(yán)重的污染，在其中，不斷產(chǎn)生的水面漂浮物垃圾如何清理是一個非常值得重視的問題。
歐洲、美國、日本等發(fā)達(dá)國家很早就已經(jīng)意識到水體生態(tài)環(huán)境所面臨問題的嚴(yán)重性，并且隨著機器人產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，他們積極展開水面污染收集清理的科研與實踐，并取得了一定的成果。我們國內(nèi)也開發(fā)了一些大中型綜合清污船、自動化程度高的大型收集清污機，用于大型河流的巡航清污，經(jīng)濟(jì)成本低，環(huán)境效益大。
環(huán)境問題是大問題，水資源環(huán)境問題更是重點問題，于是，我大量查閱了國內(nèi)外相關(guān)方面的研究成果和資料。
2水面垃圾清理設(shè)備現(xiàn)狀
2.1引言
最開始，我國投入了大量的研發(fā)資金，開發(fā)了一系列的適用于中大型水域的水面清潔船只。例如，為三峽水庫三年的發(fā)展進(jìn)行專門服務(wù)的“清漂一號”清潔船?！笆兰o(jì)之光”清潔船，是當(dāng)時最先進(jìn)、最智能的清潔船之一，配有全球定位系統(tǒng)和無線通信，使用電力驅(qū)動的嵌入式技術(shù)。中國科學(xué)院材料研究所智能研究所開發(fā)了一種“風(fēng)光互補”水面機器人，利用太陽能和風(fēng)能的混合能量為機器人提供動力。昆明理工大學(xué)開發(fā)了一種水陸兩用的清潔船，可以沿著地面行走，以防止在水體中工作以及身體在淺水中擱淺。還有目前已經(jīng)出現(xiàn)的“領(lǐng)航者”號無人船水，它的技術(shù)獨一無二遙遙領(lǐng)先，結(jié)合輪船、互聯(lián)網(wǎng)、全面自動化、智能避障、遠(yuǎn)程通信、等的現(xiàn)代高科技技術(shù)，全面實現(xiàn)了無人操作等現(xiàn)代化功能。但是，這些清潔船存在一些問題，如體積大、移動不便、成本高、排水量大和機動性差。因此上述水面清潔船僅適用于大型河流、湖泊、海洋和其他大面積水域。對于小型水域，例如一些景點內(nèi)湖面、城市景觀湖或人工湖來說，這些設(shè)備并不適用。
因此，在小型水域沒有成熟的清潔設(shè)備的情況下，只能依靠人力打撈。但是人工打撈面臨勞動強度大、耗時長、清洗效果差等條件的限制。而且，它可能受地域限制，無法進(jìn)行正常打撈，在污染地區(qū)進(jìn)行過多的工作不適合人工打撈。
在這種情況下，國內(nèi)外適用于小型水域的清潔設(shè)備的研究也大力展開來，結(jié)合查閱較早的資料和近年來的資料，關(guān)于適用于小型水域清理工作的設(shè)備情況如下
2.2國內(nèi)外目前有的幾類水面垃圾清理設(shè)備：
（一）手動式水面垃圾清理船
1.收集裝置2.連桿3.滑道4.曲柄5.垃圾倉6.軸7.連桿件8.遮陽棚9.翻斗銷
10.浮力筒11.滑塊12.方向控制舵13.連接桿14.杠桿15.驅(qū)動螺旋槳16.自行車架17.螺旋槳遮蓋
圖2-1手動式水面垃圾清理船
本垃圾清理船是一種手動式工提供動力的水面垃圾清理裝置。
它是來源于廢舊自行車的改裝，其自行車架被前進(jìn)機構(gòu)和操控機構(gòu)共用，特點是人力驅(qū)動，沒有污染產(chǎn)生，有限的提高工人打撈垃圾的效率，但是保障了工人工作時的安全性和舒適性。
本實用新型水上漂浮物收集裝置工作效率相對較高，水面漂浮物垃圾的清理效果明顯，其優(yōu)點是：本水面垃圾清理裝置對工作環(huán)境的要求較低，可以較好的在不同的水域工作，方便了工人對于水面漂浮物垃圾的清理，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，操作靈活，工作穩(wěn)定。
（二）自動化水面垃圾清理機器人
1.機器人船體2.船體上平面 3.收集裝置傳送帶 4.控制元件倉 5.垃圾收集箱6.攝像頭7.傳送帶電機8.短直角固定架 9.長直角固定架 10.垃圾箱外殼體
圖2-2自動化水面垃圾清理機器人
此發(fā)明是用于收集水面垃圾的自動化機器人，自動化水平很高，機身尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊合理，較為適用于小型水域水面的清理工作，人員操作方便。該機器人主要結(jié)合了傳統(tǒng)水面清潔設(shè)備不具備的機器視覺，利用攝像頭拍回的圖像資料實時監(jiān)測水面的垃圾情況，大大降低了勞動強度，解放了人力，提高水面漂浮垃圾的收集清理效率。將水面漂浮物垃圾收集和清理機械的自動化和智能化水平向前推進(jìn)了一大步。
該機器人的特點是:船體在其動力系統(tǒng)的推進(jìn)下，機器人可以按照設(shè)定好的路線前進(jìn)，使水流向水面的凹部，此時水面上的漂浮物垃圾與垃圾傳送帶接觸。該機器人的凹形船頭設(shè)計，有利于垃圾在水流的作用下自動漂浮到船中間。此時控制電機帶動垃圾輸送帶（輸送帶設(shè)計成階梯狀，每隔一段設(shè)臺階）旋轉(zhuǎn)時，將更多的漂浮物運至垃圾收集桶中，提高了收集效率。在機器人的頂部安裝的面向船前方的攝像頭，可以實時獲取船頭前方水域的圖像信息。嵌入式系統(tǒng)自動檢測獲取到的視頻，完成垃圾圖像識別、垃圾定位、控制機器人和輸送帶的運動，完成水面漂浮物垃圾的自動收集。
此裝置的結(jié)構(gòu)合理，性價比高，安全系數(shù)高，自動化程度高，操作方便。另外，機器視覺系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)水面垃圾收集設(shè)備人工識別垃圾，降低了勞動者的勞動強度，提高了水面清理工作的效率。但是目前的垃圾識別算法發(fā)展還未成熟，垃圾清理可靠性不如人工高，工作后水面的清潔度可能較難維持在高的水平。
（三）遠(yuǎn)程遙控清理裝置
1.船體2.動力馬達(dá)3.遙控接收器4.天線5.滾輪6.支條7.旋轉(zhuǎn)刀片
8.甲板9.收集箱10.欄網(wǎng)
圖 2-3遠(yuǎn)程遙控清理裝置結(jié)構(gòu)圖
該清理裝置采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：船體由遙控裝置控制，船體兩側(cè)各設(shè)置一個圍欄網(wǎng)，圍欄網(wǎng)下方設(shè)置一個旋轉(zhuǎn)葉片，船體前方設(shè)置一個收集箱，船體前部設(shè)置有密集覆蓋有支撐條的滾筒，用于收集水面漂浮物。在船體上安裝遙控接收器，及配套天線，為了實現(xiàn)對操作的遙控，在船體底部設(shè)置動力馬達(dá)。該裝置同時實現(xiàn)了水生植物和垃圾的同步清洗，達(dá)到了省時、省力、方便、快捷的效果。
隨著我國水污染嚴(yán)重和水面漂浮物增多，通過近年來對生活污水的處理經(jīng)驗和國家各方面的努力，國內(nèi)水上垃圾清理機的設(shè)計工作的設(shè)計取得了很大的進(jìn)步。
（四）可控水面垃圾清理器
1.筐體2.擋板3.推進(jìn)器4.浮筒5.撥輪6.遙控接收機
圖2-4可控水面垃圾清理器結(jié)構(gòu)圖
當(dāng)清理器工作時，在裝置前進(jìn)過程中，一些水垃圾或漂浮物會被設(shè)置在前方的擋板2阻擋，而安裝在擋板2上的葉輪5會在電機的驅(qū)動下進(jìn)入旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，垃圾會被轉(zhuǎn)移到筐1中，實現(xiàn)垃圾收集。由電動機驅(qū)動的葉輪推進(jìn)器分別安裝在吊籃1 3的左后和右后。它用于產(chǎn)生前進(jìn)動力和控制前進(jìn)方向。當(dāng)需要改變方向時，可以通過遙控裝置關(guān)閉一個葉輪推進(jìn)器，啟動另一個葉輪推進(jìn)器來改變吸塵器的前進(jìn)方向，或者使其在水域中自由旋轉(zhuǎn)。吸塵器的各種動作都是通過岸上工作人員操作的遙控發(fā)射器來實現(xiàn)的。同時，可以大大提高水面清洗設(shè)備的自動化和智能化水平。
3總結(jié)和展望
綜上所述，大型水域的水面漂浮物垃圾清理的技術(shù)相對成熟，設(shè)備的功能相對完善，但對小型水域的清潔設(shè)備系統(tǒng)的研究較少?，F(xiàn)有產(chǎn)品存在智能化程度低、機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低等缺點。因此，開發(fā)小型水上漂浮物收集機器人需要更加智能、高效和環(huán)保的解決方案。
在能源自給和清潔能源方面，近些年來，以風(fēng)力、太陽能互補發(fā)電技術(shù)為首的機器人也在高速發(fā)展，完全利用清潔能源進(jìn)行持續(xù)工作指日可待，水面機器人長時間巡航的動力問題很快會得到解決。
智能化方面，有大學(xué)正在研究一種全智能的水面機器人系統(tǒng)，可以用來清潔湖泊，維持漁業(yè)。機器人使用視覺傳感器及觸覺傳感器及無線通信，從主要場所遍歷的執(zhí)行清洗操作。它可以去除水表面雜質(zhì)，檢測水質(zhì)的功能。據(jù)此我們提出了一種基于激光檢測的垃圾檢測方法。根據(jù)激光的折射和反射原理，可以確定浮在水面5米以內(nèi)的塑料瓶，確定垃圾的位置。觸覺傳感器和激光傳感器具有窄的檢測范圍、低識別精度和高成本的缺點。為了實現(xiàn)水面垃圾清理機器人的完全智能化，最重要的一環(huán)就是要有可靠的水面漂浮物識別和檢測算法。隨著計算機圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，在移動機器人中計算機視覺的應(yīng)用受到了眾多學(xué)者的關(guān)注，有著非常迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用前景。
現(xiàn)在隨著機器人、高精傳感器、機器視覺、人工智能等技術(shù)的高速發(fā)展，自動檢測和識別技術(shù)正在蓬勃發(fā)展中，在不久的將來，一定可以出現(xiàn)可以完全的替代人力，幫助我們?nèi)祟愅瓿伤胬謇磉@項復(fù)雜、重復(fù)和具備一定危險性的工作，更好的保護(hù)我們的水域環(huán)境。
除了清理功能外，水面機器人還有很多用途，如水部采樣、水質(zhì)測量，水面漂浮物及垃圾收集、水上巡邏清潔等。甚至可以在漁業(yè)上大展身手，推進(jìn)我們的漁業(yè)的大力發(fā)展。
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1．研究意義中國的水資源人均占有量為0.24立方米，總量大概為30萬億立方米，據(jù)不完全統(tǒng)計我國現(xiàn)有淡水資源占世界的55%，居世界第四位，根據(jù)目前的數(shù)據(jù)，中國已經(jīng)處于嚴(yán)重干旱缺水的狀態(tài)。20世紀(jì)末，在全國有10個城市嚴(yán)重缺水，現(xiàn)在很多個城市存在供水嚴(yán)重不足問題。跟據(jù)已有資料顯示，我國偏遠(yuǎn)地區(qū)仍有大量地下水分布，這些水資源幾乎利用不了。將難利用的地下水在已有數(shù)據(jù)中排除后，全國地面淡水資源量可利用的將會更少，且仍存在著分布不均、難以利用的問題。因此，水資源的保護(hù)尤為重要。
綜上資料分析，可見一種效率高的水面漂浮物收集機器人對水資源的可持續(xù)利用十分重要。此機器人要凈化水源效果顯著，操作上節(jié)省人力物力勞動強度低，設(shè)計的各裝置，生產(chǎn)實現(xiàn)要有利于環(huán)境保護(hù)，應(yīng)用廣泛勞動強度減小。本文設(shè)計的機器人將對水體水生態(tài)的保護(hù)起著重要的意義，有利于生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，共建綠色地球村的愿望達(dá)成。
2．基本內(nèi)容: 設(shè)計并一種新型的漂浮物收集機器人，以解決人工捕撈的不足。采用清潔能源供應(yīng)能源，實現(xiàn)全自動化收集，適用于江河、湖泊等小水面地區(qū)收集水面垃圾。本設(shè)計包括機器人總體方案和機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，機器人硬件和軟件的設(shè)計，以及計算機視覺在機器人水面目標(biāo)自動識別中的應(yīng)用。為此，進(jìn)行了合理的方案設(shè)計和實施，篩選了主要部件的規(guī)格。主要研究內(nèi)容及相應(yīng)章節(jié)安排如下：
（1）機器人整體方案與機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。首先對小型水域垃圾清理機器人進(jìn)行任務(wù)需求和功能分析，在此基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)的整體框架設(shè)計；然后采用“局部到整體的”設(shè)計理念，對機器人各部分機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行Solidworks 三維建模
（2）機器人相關(guān)硬件設(shè)計。
（3）機器人軟件設(shè)計與實現(xiàn)
3．重點和難點及解決方法:
文件編輯視圖插入格式工具表格
研究路線：首先，了解本論題的研究狀況，形成文獻(xiàn)綜述和開題報告。其次，進(jìn)一步搜集閱讀資料并研讀文本，做好相關(guān)的記錄，形成論題提綱。第三，深入研究，寫成初稿。最后，反復(fù)修改，完成定稿。
方法： 運用文獻(xiàn)分析法、文本細(xì)讀法、比較法、綜合分析法等進(jìn)行研究。
4．提綱: 1緒論
1.1選題意義
1.2國內(nèi)外水面垃圾清理機器人研究現(xiàn)狀
1.3國內(nèi)外水面垃圾清理機器人研究總結(jié)
1.4本文主要設(shè)計內(nèi)容
1.5本章小結(jié)
2水面垃圾清理機器人整體方案設(shè)計
2.1設(shè)計要求
2.2水面垃圾清理機器人功能分
2.3整體設(shè)計方案擬定
2.4本章小結(jié)
3水面垃圾清理機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1垃圾收集裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.2船體結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.3船體推進(jìn)方案的設(shè)計
4水面垃圾清理機器人能源系統(tǒng)的設(shè)計
4.1能源系統(tǒng)的選
4.2太陽能板的選
4.2蓄電池的選型
4.3穩(wěn)壓元件的選型
5水面垃圾清理機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計
5.1引言
5.2控制系統(tǒng)方案設(shè)計
5.3所需元件選型
5.3.1單片機控制器的選型
5.3.2電機驅(qū)動器的選型
5.3.3無線控制模塊的選型
5.3.4攝像頭模塊的選型
5.3.5避障模塊的選型
5.3.6定位模塊的選型
6總結(jié)與展望
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