水面漂浮物、水面垃圾清理機(jī)器人的設(shè)計(jì)含開(kāi)題及4張CAD圖

水面漂浮物、水面垃圾清理機(jī)器人的設(shè)計(jì)含開(kāi)題及4張CAD圖,水面,漂浮,垃圾,清理,機(jī)器人,設(shè)計(jì),開(kāi)題,CAD 1．研究意義中國(guó)的水資源人均占有量為0.24立方米，總量大概為30萬(wàn)億立方米，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)我國(guó)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(guó)已經(jīng)處于嚴(yán)重干旱缺水的狀態(tài)。20世紀(jì)末，在全國(guó)有10個(gè)城市嚴(yán)重缺水，現(xiàn)在很多個(gè)城市存在供水嚴(yán)重不足問(wèn)題。跟據(jù)已有資料顯示，我國(guó)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(guó)地面淡水資源量可利用的將會(huì)更少，且仍存在著分布不均、難以利用的問(wèn)題。因此，水資源的保護(hù)尤為重要。 綜上資料分析，可見(jiàn)一種效率高的水面漂浮物收集機(jī)器人對(duì)水資源的可持續(xù)利用十分重要。此機(jī)器人要凈化水源效果顯著，操作上節(jié)省人力物力勞動(dòng)強(qiáng)度低，設(shè)計(jì)的各裝置，生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)要有利于環(huán)境保護(hù)，應(yīng)用廣泛勞動(dòng)強(qiáng)度減小。本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人將對(duì)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(jì)并一種新型的漂浮物收集機(jī)器人，以解決人工捕撈的不足。采用清潔能源供應(yīng)能源，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)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(jì)包括機(jī)器人總體方案和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，機(jī)器人硬件和軟件的設(shè)計(jì)，以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)在機(jī)器人水面目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別中的應(yīng)用。為此，進(jìn)行了合理的方案設(shè)計(jì)和實(shí)施，篩選了主要部件的規(guī)格。主要研究?jī)?nèi)容及相應(yīng)章節(jié)安排如下： （1）機(jī)器人整體方案與機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。首先對(duì)小型水域垃圾清理機(jī)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(jì)；然后采用“局部到整體的”設(shè)計(jì)理念，對(duì)機(jī)器人各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行Solidworks 三維建模 （2）機(jī)器人相關(guān)硬件設(shè)計(jì)。 （3）機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3．重點(diǎn)和難點(diǎn)及解決方法: 文件編輯視圖插入格式工具表格 研究路線(xiàn)：首先，了解本論題的研究狀況，形成文獻(xiàn)綜述和開(kāi)題報(bào)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(xiě)成初稿。最后，反復(fù)修改，完成定稿。 　　方法： 運(yùn)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(guó)內(nèi)外水面垃圾清理機(jī)器人研究現(xiàn)狀 1.3國(guó)內(nèi)外水面垃圾清理機(jī)器人研究總結(jié) 1.4本文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.5本章小結(jié) 2水面垃圾清理機(jī)器人整體方案設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)要求 2.2水面垃圾清理機(jī)器人功能分 2.3整體設(shè)計(jì)方案擬定 2.4本章小結(jié) 3水面垃圾清理機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1垃圾收集裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.2船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.3船體推進(jìn)方案的設(shè)計(jì) 4水面垃圾清理機(jī)器人能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1能源系統(tǒng)的選 4.2太陽(yáng)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(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5.1引言 5.2控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5.3所需元件選型 5.3.1單片機(jī)控制器的選型 5.3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選型 5.3.3無(wú)線(xiàn)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 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(wèn)題,提出一種利用"漩渦"和網(wǎng)篩工作原理,并以太陽(yáng)能為新能源的一種水面漂浮物清理機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案。實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的"二次清理",也可在水面航行過(guò)程或在靜止在某固定點(diǎn)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(jī)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(cāng)庫(kù) 機(jī)器人搭載太陽(yáng)能電池板，經(jīng)量降低電能的消耗 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容: 1、設(shè)計(jì)圖樣要求： 設(shè)計(jì)原理正確，運(yùn)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、查閱相關(guān)手冊(cè)，正確處理好圖、數(shù)字、符號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)等的關(guān)系，圖樣完整準(zhǔn)確。總體設(shè)計(jì)完整、圖紙表達(dá)清晰、標(biāo)注采用國(guó)家最新標(biāo)準(zhǔn)；完成整機(jī)裝配圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)方案確定最優(yōu)化；完成部件圖設(shè)計(jì)及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；完成零件圖設(shè)計(jì)。 ? 2、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)： 設(shè)計(jì)依據(jù)可靠，參數(shù)選用合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度及剛度校核、計(jì)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(wú)誤。對(duì)主要傳動(dòng)方案進(jìn)行比較和選擇、并可行性論證。對(duì)主要的零部件進(jìn)行動(dòng)力的計(jì)算，強(qiáng)度、剛度的校核。對(duì)牽引部的潤(rùn)滑選擇。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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(jì)文件（論文）: 設(shè)計(jì)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(jì)說(shuō)明書(shū)資料為*.doc格式。 1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告。 2、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份，字?jǐn)?shù)2-2.5萬(wàn)字。按《山西能源學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫(xiě)規(guī)范》執(zhí)行。 3、圖紙： (1) 機(jī)器人總裝配圖（A0號(hào)）2張； (2) 控制系統(tǒng)原理圖（A1號(hào)）1張； (3) 傳感器零件圖（A3號(hào)）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(jì)（論文）撰寫(xiě)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(jì)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(wèn)題與有效治理建議分析[J].工程技術(shù)研究,2018 [2] 陳錦,陳娟.廢水處理工藝對(duì)廢水檢測(cè)影響的討論[J].科技風(fēng),2017 [3] 楊超,王志坤.太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)充電器設(shè)計(jì)[J].河北農(nóng)機(jī),2018 [4] 林天意.太陽(yáng)能充電器的設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息,2016； [5] 汪春生.太陽(yáng)能光伏最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)研究[J].山東工業(yè)技術(shù),2017； [6] 袁彬,魏國(guó)亮,董團(tuán)陽(yáng).水下機(jī)器人深度控制研究 [J].軟件導(dǎo)刊,2016； [7] 李岳明,萬(wàn)磊,孫玉山,等.考慮剩余浮力影響的欠驅(qū)動(dòng)水下機(jī)器人深度控制[J].控制與決策,2013； [8] 薛志斌,羅才寶.水下推進(jìn)器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2015； [9] 郭曉波,翟雁,吳麗娜.基于激光雷達(dá)信息的機(jī)器人障礙物檢測(cè)[J].激光雜志,2017； [10] 張志斌.我國(guó)水資源開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)的思路和建議[J].工程技術(shù)研究,2018 山 西 能 源 學(xué) 院 2017屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 論文題目： 水面垃圾強(qiáng)清理機(jī)器人的設(shè)計(jì) 姓 名： 許宇劍 學(xué) 號(hào)： 2017008147 系 部： 機(jī)電工程系 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 1704 指導(dǎo)教師： 姚志廣 職 稱(chēng)： 講師 完成日期： 2021 年 4 月 一個(gè)水面清潔機(jī)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(jī)器人的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)水生機(jī)器人的三個(gè)重要問(wèn)題是一個(gè)具有成本效益的解決方案，同時(shí)具有健壯性和耐久性。由于清洗工作的性質(zhì)，我們?cè)O(shè)計(jì)的車(chē)輛結(jié)構(gòu)可以提供高穩(wěn)定性，良好的機(jī)動(dòng)能力，可以方便地收集所有的廢物流動(dòng)之間。在這種情況下，浮筒形狀的船體是最適合的，并且滿(mǎn)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(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的收集臂系統(tǒng)已經(jīng)被設(shè)計(jì)來(lái)收集廢物，并重新部署到船體上的矩形籃子。這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單有效的清除垃圾，在一個(gè)小空間內(nèi)容納大量的垃圾。對(duì)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(shù)脂。它由鋁支撐在一起。這種輕而堅(jiān)韌的結(jié)構(gòu)支撐著系統(tǒng)的總重量。基于差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的推進(jìn)系統(tǒng)已經(jīng)被設(shè)計(jì)出來(lái)，它允許機(jī)器人在現(xiàn)場(chǎng)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?；赬bee Pro無(wú)線(xiàn)模塊，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行手動(dòng)遠(yuǎn)程控制。實(shí)驗(yàn)證明，該機(jī)器人原型在收集和清除垃圾方面是有效的。機(jī)器人最多能承受16公斤的垃圾。1. 廢物是每年都會(huì)出現(xiàn)的環(huán)境問(wèn)題，至今仍無(wú)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(kù)。垃圾會(huì)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(jī)[1,2]。本研究旨在通過(guò)開(kāi)發(fā)能夠在水域操作的機(jī)器人技術(shù)，為水域廢物問(wèn)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(jī)器人技術(shù)是以生態(tài)機(jī)器人的形式發(fā)展起來(lái)的，其主要任務(wù)是收集垃圾。該機(jī)器人設(shè)計(jì)為手動(dòng)遙控控制。本研究的開(kāi)發(fā)方法參考ADDIE。該方法包括對(duì)機(jī)器人清掃系統(tǒng)的分析、機(jī)器人的設(shè)計(jì)、機(jī)器人的開(kāi)發(fā)、在有限水域內(nèi)實(shí)施清掃機(jī)器人，以及在更大范圍內(nèi)對(duì)清掃機(jī)器人的效果進(jìn)行評(píng)估。本文主要對(duì)該機(jī)器人進(jìn)行了設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。以前已經(jīng)有一些機(jī)器人被用來(lái)清洗水面[3,4]。開(kāi)放文獻(xiàn)中有一些結(jié)果，討論了這種特殊用途機(jī)器人的發(fā)展[5,6]。本工作的目的是利用aqua機(jī)器人開(kāi)發(fā)一個(gè)更多功能、更高效的系統(tǒng)。這個(gè)機(jī)器人在未來(lái)有很好的機(jī)會(huì)擴(kuò)展它的功能。進(jìn)行清除藻類(lèi)、樹(shù)葉和樹(shù)枝的活動(dòng);在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)噴灑化學(xué)品;檢查水質(zhì)和部署有效載荷計(jì)劃是自動(dòng)完成的。這些功能可以節(jié)省大量人力，并為普遍存在的問(wèn)題提供一個(gè)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(jì)良好的算法已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，既適用于單個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)，也適用于蜂群[7]。然而，由于動(dòng)態(tài)環(huán)境、推進(jìn)系統(tǒng)的不同，以及很難根據(jù)相對(duì)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(jī)器人并沒(méi)有將清潔作為其不可分割的一部分[8,9]。2. 機(jī)器人設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)機(jī)器人的三個(gè)關(guān)鍵考慮因素是一個(gè)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(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了高穩(wěn)定性，優(yōu)良的機(jī)動(dòng)性，并可以方便地收集所有流動(dòng)的廢物。在這種情況下，浮筒形狀的船體是最適合的，并且滿(mǎn)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(jì)了一種電動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)，在覆蓋有網(wǎng)的區(qū)域收集垃圾。這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單有效地清除垃圾，在一個(gè)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(jī)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(duì)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(shù)脂涂層。這種設(shè)計(jì)的結(jié)果是輕型和堅(jiān)固的浮筒船體，最小的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。兩艘浮筒船殼由鋁桁架支撐在一起。這種輕而堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)支撐著系統(tǒng)的總重量。樣機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。為了在狹小受限的空間中實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航，需要一種能夠提供高機(jī)動(dòng)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(jī)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(jī)器人的速度。 圖1機(jī)器人原型 圖2 尺寸的機(jī)器人 將電子電路、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電池和電機(jī)放置在船體內(nèi)，以防止它們?cè)谕鈿?nèi)漏水。由于該機(jī)器人為手動(dòng)行走設(shè)計(jì)，因此基于Xbee Pro S2C模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。電子電路相對(duì)簡(jiǎn)單。它包括一個(gè)基于Arduino的微控制器，三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，兩個(gè)連接到柔性軸和螺旋槳的直流電機(jī)，一個(gè)動(dòng)力窗口直流電機(jī)。機(jī)械手采用電動(dòng)窗電機(jī)進(jìn)行垃圾收集，并將垃圾提至筐內(nèi)。籃子已裝在船體上。通過(guò)Arduino UNO對(duì)機(jī)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(lái)自發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)已被接收機(jī)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(jī)DC，然后電機(jī)DC根據(jù)數(shù)據(jù)或指令進(jìn)行動(dòng)作。 圖3 機(jī)器人差動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) 3.結(jié)果考慮了機(jī)器人的船體設(shè)計(jì);有幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題是幾何設(shè)計(jì)，減少水動(dòng)力阻力，減少重量和防止因滲漏而溺水。船體設(shè)計(jì)的主要要求是產(chǎn)生足夠的力使機(jī)器人懸浮在水中。為了克服這一問(wèn)題，我們開(kāi)發(fā)的機(jī)器人使用兩個(gè)浮筒船體懸浮機(jī)器人。兩個(gè)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(shí)現(xiàn)靜態(tài)平衡是機(jī)器人設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)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(mǎn)的或空的時(shí)候，機(jī)器人一定不會(huì)有任何困難穩(wěn)定地躺在水中。機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向是對(duì)稱(chēng)的。兩個(gè)浮筒的放置使浮力的中心位于對(duì)稱(chēng)軸上。重物被放置在機(jī)器人的質(zhì)心。 采用串行數(shù)據(jù)傳輸格式的無(wú)線(xiàn)通信控制方法，成功地實(shí)現(xiàn)了XBee無(wú)線(xiàn)控制系統(tǒng)在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)在遙控器上給出指令來(lái)進(jìn)行檢查，這些指令被機(jī)器人很好地接收到，并在程序上寫(xiě)出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。假設(shè)機(jī)器人沿著圖3所示的軌跡移動(dòng)，并沿著路徑收集垃圾。該機(jī)器人操作良好，能夠容納20公斤的垃圾。 圖4 測(cè)試過(guò)程中機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑 4. 一個(gè)水面清潔機(jī)器人是相對(duì)成功的，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為未來(lái)的研究和理論以及實(shí)施制定了大綱。在更高的層次上，應(yīng)該對(duì)模塊之間的接口進(jìn)行更多的研究，使機(jī)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(cè)水質(zhì)?？紤]機(jī)器人的船體設(shè)計(jì);有幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題是幾何設(shè)計(jì)，減少水動(dòng)力阻力，減少重量和防止因滲漏而溺水。船體設(shè)計(jì)的主要要求是產(chǎn)生足夠的力使機(jī)器人懸浮在水中。為了克服這一問(wèn)題，我們開(kāi)發(fā)的機(jī)器人使用兩個(gè)浮筒船體懸浮機(jī)器人。兩個(gè)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(shí)現(xiàn)靜態(tài)平衡是機(jī)器人設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)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(mǎn)的或空的時(shí)候，機(jī)器人一定不會(huì)有任何困難穩(wěn)定地躺在水中。機(jī)器人沿運(yùn)動(dòng)方向是對(duì)稱(chēng)的。兩個(gè)浮筒的放置使浮力的中心位于對(duì)稱(chēng)軸上。重物被放置在機(jī)器人的質(zhì)心。采用串行數(shù)據(jù)傳輸格式的無(wú)線(xiàn)通信控制方法，成功地實(shí)現(xiàn)了XBee無(wú)線(xiàn)控制系統(tǒng)在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)在遙控器上給出指令來(lái)進(jìn)行檢查，這些指令被機(jī)器人很好地接收到，并在程序上寫(xiě)出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。假設(shè)機(jī)器人沿著圖3所示的軌跡移動(dòng)，并沿著路徑收集垃圾。該機(jī)器人操作良好，能夠容納20公斤的垃圾。 參考文獻(xiàn) [1]。Savitri P A, Purba W S 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在我國(guó)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(guó)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(shí)有很大提高，且國(guó)家對(duì)環(huán)境問(wèn)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(wèn)題還是很大，尤其我國(guó)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(gè)非常值得重視的問(wèn)題。 歐洲、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家很早就已經(jīng)意識(shí)到水體生態(tài)環(huán)境所面臨問(wèn)題的嚴(yán)重性，并且隨著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，他們積極展開(kāi)水面污染收集清理的科研與實(shí)踐，并取得了一定的成果。我們國(guó)內(nèi)也開(kāi)發(fā)了一些大中型綜合清污船、自動(dòng)化程度高的大型收集清污機(jī)，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(wèn)題是大問(wèn)題，水資源環(huán)境問(wèn)題更是重點(diǎn)問(wèn)題，于是，我大量查閱了國(guó)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(kāi)始，我國(guó)投入了大量的研發(fā)資金，開(kāi)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(kù)三年的發(fā)展進(jìn)行專(zhuān)門(mén)服務(wù)的“清漂一號(hào)”清潔船?！笆兰o(jì)之光”清潔船，是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)、最智能的清潔船之一，配有全球定位系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)通信，使用電力驅(qū)動(dòng)的嵌入式技術(shù)。中國(guó)科學(xué)院材料研究所智能研究所開(kāi)發(fā)了一種“風(fēng)光互補(bǔ)”水面機(jī)器人，利用太陽(yáng)能和風(fēng)能的混合能量為機(jī)器人提供動(dòng)力。昆明理工大學(xué)開(kāi)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(hào)無(wú)人船水，它的技術(shù)獨(dú)一無(wú)二遙遙領(lǐng)先，結(jié)合輪船、互聯(lián)網(wǎng)、全面自動(dòng)化、智能避障、遠(yuǎn)程通信、等的現(xiàn)代高科技技術(shù)，全面實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作等現(xiàn)代化功能。但是，這些清潔船存在一些問(wèn)題，如體積大、移動(dòng)不便、成本高、排水量大和機(jī)動(dòng)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(duì)于小型水域，例如一些景點(diǎn)內(nèi)湖面、城市景觀(guān)湖或人工湖來(lái)說(shuō)，這些設(shè)備并不適用。 因此，在小型水域沒(méi)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(dòng)強(qiáng)度大、耗時(shí)長(zhǎng)、清洗效果差等條件的限制。而且，它可能受地域限制，無(wú)法進(jìn)行正常打撈，在污染地區(qū)進(jìn)行過(guò)多的工作不適合人工打撈。 在這種情況下，國(guó)內(nèi)外適用于小型水域的清潔設(shè)備的研究也大力展開(kāi)來(lái)，結(jié)合查閱較早的資料和近年來(lái)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(guó)內(nèi)外目前有的幾類(lèi)水面垃圾清理設(shè)備： （一）手動(dòng)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(cāng)6.軸7.連桿件8.遮陽(yáng)棚9.翻斗銷(xiāo) 10.浮力筒11.滑塊12.方向控制舵13.連接桿14.杠桿15.驅(qū)動(dòng)螺旋槳16.自行車(chē)架17.螺旋槳遮蓋 圖2-1手動(dòng)式水面垃圾清理船 本垃圾清理船是一種手動(dòng)式工提供動(dòng)力的水面垃圾清理裝置。 它是來(lái)源于廢舊自行車(chē)的改裝，其自行車(chē)架被前進(jìn)機(jī)構(gòu)和操控機(jī)構(gòu)共用，特點(diǎn)是人力驅(qū)動(dòng)，沒(méi)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(shí)的安全性和舒適性。 本實(shí)用新型水上漂浮物收集裝置工作效率相對(duì)較高，水面漂浮物垃圾的清理效果明顯，其優(yōu)點(diǎn)是：本水面垃圾清理裝置對(duì)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(duì)于水面漂浮物垃圾的清理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，操作靈活，工作穩(wěn)定。 （二）自動(dòng)化水面垃圾清理機(jī)器人 1.機(jī)器人船體2.船體上平面 3.收集裝置傳送帶 4.控制元件倉(cāng) 5.垃圾收集箱6.攝像頭7.傳送帶電機(jī)8.短直角固定架 9.長(zhǎng)直角固定架 10.垃圾箱外殼體 圖2-2自動(dòng)化水面垃圾清理機(jī)器人 此發(fā)明是用于收集水面垃圾的自動(dòng)化機(jī)器人，自動(dòng)化水平很高，機(jī)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(jī)器人主要結(jié)合了傳統(tǒng)水面清潔設(shè)備不具備的機(jī)器視覺(jué)，利用攝像頭拍回的圖像資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水面的垃圾情況，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)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(jī)械的自動(dòng)化和智能化水平向前推進(jìn)了一大步。 該機(jī)器人的特點(diǎn)是:船體在其動(dòng)力系統(tǒng)的推進(jìn)下，機(jī)器人可以按照設(shè)定好的路線(xiàn)前進(jìn)，使水流向水面的凹部，此時(shí)水面上的漂浮物垃圾與垃圾傳送帶接觸。該機(jī)器人的凹形船頭設(shè)計(jì)，有利于垃圾在水流的作用下自動(dòng)漂浮到船中間。此時(shí)控制電機(jī)帶動(dòng)垃圾輸送帶（輸送帶設(shè)計(jì)成階梯狀，每隔一段設(shè)臺(tái)階）旋轉(zhuǎn)時(shí)，將更多的漂浮物運(yùn)至垃圾收集桶中，提高了收集效率。在機(jī)器人的頂部安裝的面向船前方的攝像頭，可以實(shí)時(shí)獲取船頭前方水域的圖像信息。嵌入式系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)獲取到的視頻，完成垃圾圖像識(shí)別、垃圾定位、控制機(jī)器人和輸送帶的運(yùn)動(dòng)，完成水面漂浮物垃圾的自動(dòng)收集。 此裝置的結(jié)構(gòu)合理，性?xún)r(jià)比高，安全系數(shù)高，自動(dòng)化程度高，操作方便。另外，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)水面垃圾收集設(shè)備人工識(shí)別垃圾，降低了勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了水面清理工作的效率。但是目前的垃圾識(shí)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(dòng)力馬達(dá)3.遙控接收器4.天線(xiàn)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(shí)現(xiàn)：船體由遙控裝置控制，船體兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)圍欄網(wǎng)，圍欄網(wǎng)下方設(shè)置一個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片，船體前方設(shè)置一個(gè)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(xiàn)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)操作的遙控，在船體底部設(shè)置動(dòng)力馬達(dá)。該裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)了水生植物和垃圾的同步清洗，達(dá)到了省時(shí)、省力、方便、快捷的效果。 隨著我國(guó)水污染嚴(yán)重和水面漂浮物增多，通過(guò)近年來(lái)對(duì)生活污水的處理經(jīng)驗(yàn)和國(guó)家各方面的努力，國(guó)內(nèi)水上垃圾清理機(jī)的設(shè)計(jì)工作的設(shè)計(jì)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(jī) 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(shí)，在裝置前進(jìn)過(guò)程中，一些水垃圾或漂浮物會(huì)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(huì)在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，垃圾會(huì)被轉(zhuǎn)移到筐1中，實(shí)現(xiàn)垃圾收集。由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)力和控制前進(jìn)方向。當(dāng)需要改變方向時(shí)，可以通過(guò)遙控裝置關(guān)閉一個(gè)葉輪推進(jìn)器，啟動(dòng)另一個(gè)葉輪推進(jìn)器來(lái)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(dòng)作都是通過(guò)岸上工作人員操作的遙控發(fā)射器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，可以大大提高水面清洗設(shè)備的自動(dòng)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(duì)成熟，設(shè)備的功能相對(duì)完善，但對(duì)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(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低等缺點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)小型水上漂浮物收集機(jī)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(lái)，以風(fēng)力、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)為首的機(jī)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(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間巡航的動(dòng)力問(wèn)題很快會(huì)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(jī)器人系統(tǒng)，可以用來(lái)清潔湖泊，維持漁業(yè)。機(jī)器人使用視覺(jué)傳感器及觸覺(jué)傳感器及無(wú)線(xiàn)通信，從主要場(chǎng)所遍歷的執(zhí)行清洗操作。它可以去除水表面雜質(zhì)，檢測(cè)水質(zhì)的功能。據(jù)此我們提出了一種基于激光檢測(cè)的垃圾檢測(cè)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?xún)?nèi)的塑料瓶，確定垃圾的位置。觸覺(jué)傳感器和激光傳感器具有窄的檢測(cè)范圍、低識(shí)別精度和高成本的缺點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)水面垃圾清理機(jī)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(shí)別和檢測(cè)算法。隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，在移動(dòng)機(jī)器人中計(jì)算機(jī)視覺(jué)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(jī)器人、高精傳感器、機(jī)器視覺(jué)、人工智能等技術(shù)的高速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別技術(shù)正在蓬勃發(fā)展中，在不久的將來(lái)，一定可以出現(xiàn)可以完全的替代人力，幫助我們?nèi)祟?lèi)完成水面垃圾清理這項(xiàng)復(fù)雜、重復(fù)和具備一定危險(xiǎn)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(jī)器人還有很多用途，如水部采樣、水質(zhì)測(cè)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。 4參考文獻(xiàn) [1]周志敏.太陽(yáng)能LED照明技術(shù)與工程設(shè)計(jì)[M]．中國(guó)電力出版社,2011 [2]廖東進(jìn);黃建華.光伏發(fā)電系統(tǒng)集成與設(shè)計(jì)[M]．化學(xué)工業(yè)出版社,2013． 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