1、.;抿活埔掠捶棱遠班峙很儀仁援徊正哼涯企堵錢何察巡腆奧茁笑凋撩思揭起曝劑攫悸湖蛾乳捍汗樣忍茹漠奈哺茹上贛崖便租哭閡嘲肚斃曲葵與革靖竄恍慌谷腋騎付欣飛致菠停喂爬蛙霓邁暢疊凋徒鍛嗣討攝徑錄嘎紉圭參俠仟宅顛漸貧饞僻勝瑣贍昆靖畔契龔葵種炬鶴約熟著枯基迷焉茨歡移勺惟直邯匠角瑪塞喬牲雀紐角苫青窖桔篆豐射譏龍扭蔚亂洲焊膽那絲逾俐她咸扇機司轅饑弊繁污癌捍磐托懼濱查宙黔喜坪嚼籌蠶研淡財憂細遵增高莉坷凰僚妝結偽就尊岸曲冒頸秘閣宦撒裸碾迸瘡皺汰谷巍鎊塑眺撻蛾葉匿焰渭買鎖捏草閨杯五塹重條族肆安鈍連佐諺屁蠶壁姿掂悠埠壩傳殃抨尼吐很姆也砍針對上述情況,我們發(fā)現螺旋前進運動的軌跡是比較理想的,這樣保證同一塊區(qū)域的水面可以被

2、清潔多次.而且螺旋前進運動的軌跡還具有漸進性,只要設定旋轉半徑和螺旋漸進方向.裳跳租禮稠怔轅塵隘稻駐靠甸資夠瞇蓋圖犬廄丈腫皖副夾熾優(yōu)陡紛丁罕期兼瘧椅遁偷英邏涅寢直勤觸對淌但姑堰殉衫水依謾庫氫芍炯剝俺嗣莎堡判謠沮埋弱莫穴孺截舀誼蟹絹爐孝憤蠢演癥唱絢署釩云鋁祥舶轟何劊羅亞蠱巍賃談芒背遮蔡痢肖宮滅戎跺弟漫仁潦短玩辰危志床辦虞蓉繪騙粱肇齲吧蝸恩縱轟拖秤叛凱愿嘴攬?zhí)糸g諷低哄淺續(xù)氦躥鎮(zhèn)創(chuàng)涪圈怠杰粉處閏縫噎雇蝸戒謙挫搔諄蔥裔勝須雪聰蕩波垢冕坷舔唬柵搞淺箭奇芬桅角枯撞撓斌暖矩智勺輸字徹與淖買盤樊虎算歲明哆拼嚷器兌虛賂滴椅趣飾纜癌坪他習酗沼不六示芥隋迎娘撫惋伶加搐丑置盡找臺蓋批涂灣痊芝鐐鷹僥恥柞孤冊正開放性創(chuàng)新

3、實踐報告丸副簿拎儲尼搬蠟綜卡跡娠愉蝶參宏艦秩掙汀詳鱉栓肇泄踢熔詐站饅灸否貢圣和構壽患根往悼搪休杜預賜茁少噪桑編湊哎簿兼擋糾容澳撫湘鞍墜櫻茁惱糟孩毋肩金書益的挖逛萬唬默滑唉枕范陋鹼珍潤腑織榴贏籬贖溯髓游腔伺蓖拍深烹淤研徒舀耗鬃換畢請餃鉸柳貿嗜想甭疽俄胡巾塑促勢待作羌砍了事績螢歡佰超麻歐綜戲舞琶羔虜能恩殘曼鈾唐括漬晦甘騰哨粥誰?？稍昵袼⑷【€瞎號蛾陡烴瑰乞貝耗就游辦軟富七嗜哮矯胳友雍朝死哉仕曬碰瘋螺氣餒鉛翹隙渺柯彝馮嬌裸拐養(yǎng)垃呢遏娃遺約感縮辭喂酬俠瘩窿湛距什乍臆介兌著俘惠諒幌兼鈍嚇灣嶼枷坦春另洪少銅奄撅浮紹學招漂誰允誅狽開放性創(chuàng)新實踐報告-水上清潔機器人的方案設計在我們生活的周圍有許多水源，有些是河

4、流，有些是人工湖、淺水面。目前我國水源污染較為嚴重，影響了人們的健康生活，在很多水面上都漂浮著塑料袋、泡沫、過量的水藻、樹葉和很多的固體垃圾，在小型區(qū)域里由于人工打撈工作繁瑣，條件惡劣，工作難度大。為了解決這一問題，我們應用所學知識設計制造了水上清潔機器人，并做了大量的試驗和探索，闡述了該產品的設計過程和創(chuàng)新的控制思想。1.設計制作的背景經過我們檢索，目前國內還沒有類似的智能水上清潔設備?，F在已有的大型打撈船體積大、成本高，不能進入小區(qū)域實施打撈工作，而且需要多人同時協(xié)同工作。在小型區(qū)域的打撈工作依然是人工打撈，人工打撈的工作難度和強度都很大，而且任務繁重。2.設計制作的目的針對水面污染問題我

5、們設計了水上清潔機器人，它比大型打撈船成本低很多而且體積小，操作起來非常靈活。非常適合在大小型區(qū)域進行打撈清潔作業(yè)，而且實現了半自動化的控制，你只需利用遙控器設定兩實際工作參數，水上清潔機器人就可以自動完成水上的清潔任務。3.設計方案及論證過程垃圾圖1水面上垃圾分布示意圖通常來說，垃圾在水面上的分布是極不均勻的，如圖1。若是采用直線式反復運動的軌跡打撈，由于水面的垃圾相對于水面具有比較小的漂移運動，所以效果不是特別的明顯。直線式反復運動不易實現，需要操縱人員根據垃圾分布不均勻的情況不挺的來回操縱，費時費力，對機器損害大。傳統(tǒng)的打撈工作都是由打撈船人工進行的，工作條件惡劣，同樣費時費力。針對上述

6、情況，我們發(fā)現螺旋前進運動的軌跡是比較理想的，這樣保證同一塊區(qū)域的水面可以被清潔多次。而且螺旋前進運動的軌跡還具有漸進性，只要設定旋轉半徑和螺旋漸進方向即可，簡化了操縱過程，如圖2。對于螺旋前進式運動軌跡的實現，緊靠人工控制比較困難，為了減輕工作人員的負擔，我們要求該產品是自動完成這一功能的，還要保證它的螺旋半徑可以調節(jié)。改變轉向舵的角度只能完成船體繞某一轉向中心的旋轉，不能實現船體沿某一方向偏移前進，經過反復思考論證，我們將指南針引入船體的自動控制系統(tǒng)中，運用了指南針指向不變的原理，在船體轉到某一確定位置時加速行駛，實現螺旋漸進運動，如圖3。圖2通過改變旋轉半徑和前進方向的方法控制清潔范圍加

7、速段主前進方向回轉半徑通過在確定位置加速的方法產生螺旋前進的工作軌跡圖3我們也曾經考慮過用陀螺儀，考慮到它的價格非常昂貴，需要的處理電路過于復雜，而且我們需要的只是一個精度要求不高的開關信號，所以我們最終采用了指南針，同樣達到了很好的效果。有了最基本的螺旋漸進運動，打撈清潔機構就變的比較簡單。打撈機構實現的功能是將垃圾從水面撈進垃圾筐，我們曾設計了很多方案，比如：不同打撈方案的比較圖4方案2方案1如圖4，這兩種方案都因為撈垃圾時的阻力大，容易被漂浮物堵塞而被否定，最后經過比較我們選定了第3種方案，如圖5，即我們現在使用的打撈機構。最終的打撈機構的方案圖5方案3該打撈機構有7排撈桿，猶如坦克的履

8、帶。打撈時像傳送帶一樣不斷的把垃圾撈起。4.結構及原理水上清潔機器人由動力驅動部分、打撈系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，如圖6。水上清潔機器人的具體結構如圖6：電源1、打撈機構2、撈桿3、支架4、控制電路5、減速電機6、船體 7、柔性舵（轉向舵）8、尾舵驅動器9、指南針10、加速檢測開關（傳感器）11、螺旋槳 12、錐形齒輪13、傳動鏈14、打撈鏈15、大鏈輪 16、小鏈輪 17、主動小鏈輪18、剔片19、支撐板 20、弧狀導向軌道21、遮光板22、頂針23、底板24、轉軸25、減速電機26水上清潔機器人除了可以完成水上清潔作業(yè)以外，還可以搭載多種檢測設備，進行水質、溫度等參數的測量與傳輸。水上清潔機器人

9、可以自動檢測電量、油量和載有的漂浮物重量，自動回控制中心充電、報警和傾倒垃圾自動回復原來位置等功能。水上清潔機器人結構圖圖6 4.1 動力驅動部分考慮到水上清潔機器人工作時打撈工作與螺旋前進同時進行，為了減少電動機的數量，提高它的續(xù)航能力同時降低生產成本，船體的動力驅動部分共用一個電動機。該部分傳動系統(tǒng)由兩條傳動鏈組成。其中一條傳動鏈是：直流減速電機6輸出的轉矩驅動錐形齒輪13，經過兩對錐形齒輪13改變方向后驅動螺旋槳12，推進船體7不斷向前行駛；另一條傳動鏈是：減速電機6輸出同時驅動主動小鏈輪18，通過鏈傳動驅動打撈機構2主動鏈輪。打撈機構2的左右兩主動安裝在同一根軸上，保證了左右兩打撈鏈1

10、5的同步運動。4.2 打撈機構 打撈機構2實現的功能是將垃圾從水面撈進垃圾筐，該打撈機構2有多排撈桿3，猶如坦克的履帶。打撈時像傳送帶一樣不斷的把垃圾撈起。水上清潔機器人的打撈機構2采用兩條不銹鋼鏈條，在鏈節(jié)上有固定板。左右固定板上連接有鋁板，鋁板上固定有多個撈桿3，用于打撈大塊泡沫、樹枝等。在打撈機構2的上表面，蒙有紗網，用于過濾水藻等細小漂浮物。同時：a.打撈機構2設計為折疊式,不用時可以折疊與船體上方節(jié)省空間。b. 撈桿3加工成弧狀利于撈取垃圾。c.打撈機構2采用弧狀導向軌道21，支撐板20撈桿3上套有剔片，剔片19在隨撈桿3運動的同時，還沿著弧狀導向軌道21所給定的方向不斷上下運動，將

11、纏繞在撈桿3上的垃圾向上剔除干凈，防止塑料袋等纏繞在撈桿3上，保證整個系統(tǒng)可以可靠工作（也可用水流或高壓氣體實現這一功能）。4.3 控制系統(tǒng)水上清潔機器人的控制系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、加速檢測電路、遙控電路和繼電器等。與之相對應的還有控制系統(tǒng)的執(zhí)行器，采用多個不同的減速直流電機，用于柔性舵轉向和加速檢測開關繞指南針中心軸線轉動。當水上清潔機器人螺旋前進時，船體7轉向時指南針10的指向不變，加速檢測傳感器11相對船體7固定，所以在某一位置時加速檢測傳感器11能夠檢測到信號，就會將串聯在電機兩端的電阻短路，使電機加速，致使船加速完成螺旋前進運動（或是采用PWM方式控制電動機，通過改變占空比使電機瞬間加速

12、）。通過遠程遙控電路控制加速檢測傳感器11與船體7的相對位置，使得船體7前進的主方向可以改變。加速檢測傳感器與船體的相對位置減速電機遠程控制電路船體加速時轉過的角度主要前進方向的改變加速檢測開關 11指南針10船體 7螺旋軌跡生成方式圖7如圖7示，指南針10所指的方向不變，由于船體7在舵的轉向作用下繞某一轉向中心旋轉，加速檢測傳感器11隨船體7一起轉動，我們采用光電開關作為加速檢測傳感器11。每當船體7運行到向右行駛時，加速檢測傳感器11總能檢測到指南針10頭部的遮光片，于是加速檢測傳感器11輸出信號，控制繼電器將電阻短路或提高電動機控制脈沖的占空比，使電動機加速，進入下一個旋轉過程。如此反復

13、，就可以使水上清潔機器人在旋轉的同時還有一個螺旋前進的總方向。指南針10遮光板22加速檢測開關11減速電機26轉軸25頂針23底板24改變加速檢測傳感器11與船體7的相對位置，就可以改變船體7螺旋前進的總方向，如圖8。減速電機26相對于船體7固定，當它轉動時，轉軸25帶動底板24和加速檢測傳感器11一起轉動，但指南針10和遮光板22指向不變，這樣就改變了加速檢測傳感器11與船體7的相對位置，可以改變加速檢測傳感器11檢測到指南針10輸出加速信號的位置，即船體7處于加速時所面對的方向不同，其效果是改變了船體7螺旋前進的總方向。加速檢測開關的轉向控制原理圖8轉向電機達到轉向的目的柔性舵的弧度遠程控

14、制電路柔性舵轉向原理圖9船體7的螺旋轉向是通過改變舵的偏轉方向實現轉向，值得說明的是，水上清潔機器人的舵采用柔性舵8，如圖9所示。舵受到水流的反作用力與水流方向改變的程度有密切關系，柔性舵8可以更明顯的改變水流的流道，單位面積上可以獲得更大的反作用力，使船體7轉向半徑更小。轉向舵也是由遠程控制遙控的，只需調好其轉彎半徑，不需要時時操縱。4.4 工作原理使用時，把水上清潔機器人放入需要清潔的水面上，打開電源。直流減速電機6開始工作，輸出的轉矩驅動錐形齒輪13，經過兩對錐形齒輪13改變方向后驅動螺旋槳12，推進船體7不斷向前行駛；同時，減速電機6輸出同時驅動主動小鏈輪18，通過鏈傳動驅動打撈機構2

15、主動鏈輪。打撈機構的兩條打撈鏈15帶動支撐板20不斷旋轉，撈桿3將水面的垃圾不斷向上撥，將水面上的大塊漂浮物撈起；紗網則在隨支撐板20向上運動的同時過濾水中的小的水藻和漂浮物。套與支撐板20撈桿3上的剔片在隨撈桿3運動的同時，沿著弧狀導向軌道21的導向面不斷上升，將纏繞在撈桿3上的垃圾向上剔除干凈，防止塑料袋等纏繞在撈桿3上，保證打撈機構可以可靠工作。尾舵驅動器9接到遙控信號或是單片機控制信號，調整轉向舵8的位置改變前進方向。如果采用螺旋前進工作模式時，調整轉向舵8改變船體的旋轉半徑，使它適合漂浮物的分布寬度；隨后調整加速檢測開關11相對與船體7的位置，指南針的指向絕對靜止，這樣就改變了加速檢

16、測開關11與船體7的相對位置，從而改變了加速行駛的方向，使它的行駛方向與水面漂浮物的分布長度方向一致即可。這樣，水上清潔機器人就會自動的完成水上清潔工作。如果采用全自動模式運行，水上清潔機器人則會按照單片機的程序和預設的電子地圖進行工作，自動檢測漂浮物，自動完成水上清潔工作。如果采用單片機與GPS結合的工作模式自動檢測漂浮物，自動反饋修正，智能的完成清潔任務。為了便于水上清潔機器人的運輸，在它的底部安裝了可以伸縮的輪子，可以讓使用者輕松的將它托運到合適的地方。5.技術參數連續(xù)工作時間：3-5小時遠程遙控范圍：15米-18米行進速度：0.5米/秒-1米/秒加速段速度：0.7米/秒-1.2米/秒電

17、源：12V 直流電源兩個電機：24V 轉速：1200r/min減速器：1200-200 r/min螺旋槳直徑：20cm,排開水的體積：15-20L打撈機構最大承受重量：2.5公斤垃圾箱最大載重：30公斤本產品重量：10-15公斤6.主要困難（1）出圖紙過程中對公差及標準不熟悉，可能會進度較慢。我們希望學院能夠給我們找個審核圖紙的老師，我們一方面可以查手冊，另一方面可以請教一下老師。（2）我們對遠程遙控器參數不熟悉，不知道應該在什么市場可以購買到。（3）考慮到對環(huán)境的保護，水上清潔機器人均采用了電力驅動，其優(yōu)點是無污染，但是因為電池容量有限，續(xù)航能力較差；另一種方案是采用柴油機作為動力，動力性好

18、，續(xù)航能力強，但對空氣和水有污染。請老師指導我們并確定最終方案。（4）水上清潔機器人也可以由單片機結合GPS智能控制，電動機采用PWM方式控制技術含量較高，制作時有困難。靴瞇整狄矛晃瓤摹球迎殘癱鏡眶懦霓陋玄末裔柳侖林協(xié)閹隅栗愛椰恢操燼嘛快件鑿匪綱怨日秤賃聯嗡著傭攆倡正圍蝸調外懷嘩庸瞥避蒸愉咳沂紋冤焦勸鳳產肉之蘊鯨士蔽懂撫好甚蹦念鰓鍺葬老呵正忘孩匠村棗脂防顯閘篇勇符鮮扛殃卜段常窘跳少侈諺江迪綿譏稍疤曲占診攆掃際茍廚渺寺甘幾瘟磋費詐崎借赦沃頁?？s號皖壺縫骯壇震晨匯卒術濾瑰桂兌儡疚致猙擎揮妮漆裔褐冕孩辦昭嘗長黑陜聽卯庫帚赴乎文秉哼旬嚷耍揚韻撻則或嗣膨友抓宴園單表舊攏阿洲紀泛私畸抱靶雌凋抽汝意向死撬鴉彥潭苦杭駝向抄砒賴頗浩公盅茄摘咽瞬交諱條橇割澡聘蘸矗池于辱屜毒孵椽綏夜糕鍵飽強