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 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 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： 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。基于Xbee Pro無(wú)線模塊，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、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)?；@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)稱的。兩個(gè)浮筒的放置使浮力的中心位于對(duì)稱軸上。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)線通信控制方法，成功地實(shí)現(xiàn)了XBee無(wú)線控制系統(tǒng)在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。控制系統(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)稱的。兩個(gè)浮筒的放置使浮力的中心位于對(duì)稱軸上。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)線通信控制方法，成功地實(shí)現(xiàn)了XBee無(wú)線控制系統(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 and Zulkifli M 2018 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