智能河道垃圾清理机器人的设计

1、 智能河道垃圾清理机器人的设计 摘要:至今校园人造湖、景区观光小湖泊等小型水域清理湖面上漂浮物的办法主要是采用手持式网兜等传统工具进行清理，存在清理不干净、耗时久、效率低、劳动强度大等不足。针对小型水域的面积较小、深度浅、垃圾分散的特点，结合现有水面垃圾清机器其体积大、结构复杂、成本高，耗时长等问题，提出一种自动化程度较高，能较好的完成对各种小型水域水面漂浮垃圾及河岸垃圾的寻找并收集工作，并能有效回避障碍物，收集满后还能自动返回，同时也可以将其改为由工人遥控完成，能适应多种复杂情况下的一种智能河道清洁机器人设计。关键词：小型水域；垃圾清理；河道清洁机器人设计1 引言随着工业的快速发展，人们的生

2、活水平日益提高，我国的水体污染问题任然有很大的挑战，尤其是水面垃圾成为水体污染问题的重要体现。水面垃圾不仅影响生态环境，甚至会破坏会水资源，影响人们用水，而且往往大量聚集，难以清除，给人们的工作与生活带来一些不良影响。目前现有的打捞方式中，国内甚至国外主要都是以人工清除和人工驾驶方式。虽然人力打捞比较灵活，但劳动强度大、效率低、耗时长，并且存在安全隐患等不足；虽然人工驾驶的方式可以降低劳动强度，但由于技术还不够完善，因此还是存在一定的安全隐患。与大型水域不同的是，小型水域的面积较小、深度浅、垃圾分散，在这些小型水域中，大型自动化清理船难以灵活运用，工作效率低，因此针对小型水域的特点，设计一种在

3、小型水域水面清理垃圾装置将变得十分重要1。2 主要研究内容本文针对现有的水面垃圾清理装置在校园人造湖、景区观光小湖泊、养殖水域等小型水域中由于体积大，操作不便；操作复杂，操作人员还需要经过专门培训才能驾驶，耗时耗力等缺点，同时针对小型水域的面积较小、深度浅、垃圾分散等特点，本文提出设计一种自动化程度高、灵活性高的智能河道清洁机器人设计方案。其主要研究内容如下：（1）智能河道清理机器人设计其机械结构设计针对小型水域的面积较小、深度浅、垃圾分散的特点，结合并借鉴现有水面垃圾和河岸垃圾清理装置结构设计、打捞装置结构设计，采用“从部分到整体”的设计方案，对智能河道清理机器人的机械结构进行设计。（2）智

4、能河道清理机器人设计其控制系统设计本文根据智能河道清理机器人的工作要求，结合机器人各部件功能的特点，对其控制系统的元器件进行对比和选型，最后决定把机械结构和控制系统结合起来，形成完整人机交融控制系统。（3）智能河道清理机器人设计的检测与实验利用现有的条件，完成了智能河道清理机器人结构制作，并且在实际的水面进行垃圾打捞测试实验，对机器人的清理结果和清理效率进行定量分析。3 智能河道清理机器人机械结构设计针对小型水域的面积较小、深度浅、垃圾分散的特点，结合现有水面垃圾和河岸垃圾清理装置结构设计、打捞装置结构设计，采用“从部分到整体”的设计方案，对智能河道清理机器人的机械结构进行设计。首先用ug 三

5、维画图软件依次画出实现不同功能的部件，三维模型设计定型后，对各部件进行加工制作，然后进行装配，最后达到智能河道清洁机器人机械结构设计的目的。3.1 系统控制算法设计本项目采用无线遥控器进行作业，在作业时不可避免有一些信号干扰，如果不经过滤波处理一些较小计算机信号就能引起发生操控系统较大的抖动，严重影响其稳定性。因此，对此装置控制之前，对信号发射芯片的原始信号进行滤波是必不可少的步骤。目前一般使用的滤波方法有kalman滤波、平滑滤波等。就滤波效果而言，kalman滤波是一种较高效的递归滤波器，滤波效率高，而且滤波程度容易修改。其中，kalman滤波由如下 5 个过程组成：时间更新: （1）预测

6、量协方差： (2)状态更新： (kalman增益) (3)实际测量值： (4)协方差更新： (5)本文中为了保证控制系统的平滑性、稳定性，利用 kalman 滤波对发射信号芯片进行滤波处理，并将其采集到的原始信号输入到单片机中。4 智能河道清理机器人控制系统设计要实现对智能河道清洁机器人的控制，即要实现对智能河道清洁机器人主要功能部件的控制，智能河道清洁机器人的主要功能部件为动力部件和清理装置，要实现对动力部件和清理装置的有效控制就对动力部件中的左行进电机、右行进电机，清理装置中的左旋转聚集器、右旋转聚集器、旋转收集电机进行有效的控制。动力部件的工作原理是由左行进电机带动船的左轮运转、右行进电

7、机带动船的右轮运转实现的，而清理装置的工作原理是由左旋转聚集器电机带动左旋聚集器旋转聚集垃圾、右旋转聚集器电机带动右旋聚集器旋转聚集垃圾来实现垃圾的聚集，然后旋转聚集器电机带动旋转聚集器旋转收集垃圾，最终实现清理装置清理水面垃圾的功能。5 结束语对当前的河道清洁机器人研究现状来说，河道清洁机器人的研究还有很大的研究空间和很多未开发的领域，需要经历长时间的探索和大量的验证；本人个人能力有限，所研究设计的智能河道清洁机器人结构进行了优化设计，在前人研究的基础上弥补了一些缺点，对于更加全面和更加智能的方面没能深入的研究。本项目由2019年自治区级大学生创新创业项目支持（no. 201910605079）6 参考文献1张银南,凌勇坚.zs-800型水面清理船设计与研究j.中国农机化,2004(02):26-27.2曾义聪,刘建发,谢秋敏,陈奇,刘大帅,李峰.水面漂浮垃圾清理机的设计研究j.徐州工程学院学报(自然科学版),2013,28(01):69-73.3李思雨,吴