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 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?；赬bee 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)。籃子已裝在船體上。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。控制系統(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。 參考文獻(xiàn) [1]。Savitri P A, Purba W S and Zulkifli M 2018 Pengelolaan Sampah di Indonesia statistics Lingkungan Hidup Indonesia 2018 Badan Pusat statistics [2]。Griffiths G 2003自動水下航行器的技術(shù)和應(yīng)用(英國: 泰勒和弗朗西斯) [3]。Ramos P, Cruz N, Matos A, Nevesand M V, Pereira F L 2001使用AUV監(jiān)測海洋排放物。中國海洋大學(xué)學(xué)報(英文版) 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