专业课程设计说明书题目：水面垃圾清理机器的设计********班级：机械设计制造及其自动化专业142班设计者：杨威威学号：**********校院：大连民族大学机电工程学院目录专业课程设计说明书 (1)一．摘要 (2)二．Abstract (3)三．引言 (4)四．机器人结构设计 (4)四．1 整体结构设计理念 (4)四．2 整体结构设计 (5)四．3 垃圾收集装置设计 (6)四．4 垃圾辅助收集装置设计 (7)五．船重和排水量的计算 (7)六．最大吃水深度的计算 (8)七．动力装置设计 (8)八．硬件设计 (10)八.1系统总体设计 (10)八．2电源模块 (11)八.3电机驱动模块 (11)八．4无线传输模块 (12)八．5继电器模块 (12)八.6主程序设计 (13)九．影像收集系统设计 (13)十．工作参数，待机和工作时长 (14)十一. 垃圾收集特性及参数 (14)十二.外观特性 (15)十三. 控制方式 (15)十四. 成本报告 (15)十六. 市场分析 (19)十六.1 市场推广 (19)十六.2 盈利模式 (20)结束语 (20)参考文献： (20)一．摘要本文为解决现如今小型封闭水面垃圾清理耗费人力物力等问题，设计制作了一款由人工辅助远程遥控进行水面垃圾清理的机器人。
水面垃圾打捞船针对水面环境污染的问题，主要致力于中小型湖泊河流等水域的固体垃圾清理，如塑料袋、饮料瓶，树枝树叶以及其它易清理的水面垃圾。
实现水面垃圾清理的机械化与自动化，整个打捞过程无需人工直接参与，安全性非常好，效率大约是人工打捞的几十倍，水面越大、距离越远效果越显著。
本文主要对水面垃圾自动打捞船进行了船体结构、动力装置、打捞及传输装置、垃圾存储装置以及其他零部件的设计、计算及校核等。
分析了水面垃圾自动打捞船需要实现的功能要求，在实际环境背景下，研究了水面垃圾自动打捞船的系统构成及功能、各零部件的的设计方法以及系统的实现方式。
该机器人采用稳定性较高的双船体结构，通过预估的船体大小及载重，选用合理尺寸的PVC方形管作为船体，利用网状式垃圾收集箱存放垃圾，采用旋转滚刷辅助收集垃圾，通过图传系统采集远距离水面垃圾影像，用基于STM32芯片的控制系统进行方向、速度的控制。
整个机器人结构合理稳定，外观简洁美观，制作材料合理，成本低廉，采用电力驱动节约能源、无污染，且收集垃圾快速有效。
关键词：人机交互；节约能源；效率高；双船体；图传；STM32；旋转滚刷二．AbstractIn order to solve the problem of the waste disposal of small enclosed water surface, this paper designs a robot which can be used to clean the surface of water. Garbage salvage ship the water on the surface of the water environment pollution problem, is mainly engaged in small and medium such as lakes and rivers clear waters of the solid waste, such as plastic bags, bottles, branches and leaves other easy to clean up the water waste. Realize the rubbish the mechanization and automation of the water, the whole process without human directly involved in the salvage, security is very good, efficiency is about artificial fishing a few times, the bigger surface, the farther the distance effect more significant. In this paper, the design, calculation and check of the hull structure, power plant, salvage and transmission device, garbage storage device and other parts are carried out. Analyzed the water garbage salvage ship automatically the function of the need to implement, under the background of the actual environment, studied the water garbage salvage ship automatic system structure and function, the design method and the realization of the system of parts of the way. The robot adopts the high stability of double hull structure, through the forecast of the load and the size of hull, choosing reasonable size of the square tube as hull, PVC using mesh type junk boxes store garbage, USES the rotating roller assisted garbage collection, collection and long distance water wastethrough figure pass system image, a control system based on STM32 chip for direction and speed control. The whole robot structure is reasonable and stable, the appearance is simple and beautiful, the making material is reasonable, the cost is low, the electric power drive saves energy, pollution-free, and the collection of garbage is fast and effective.Key words: human-computer interaction; Energy conservation;High efficiency; Double hull. Figure pass; STM32; Rotating roller三．引言随着社会的发展，人们的生活质量不断提高，产生的垃圾也越来越多，由于环保意识的缺乏，很多垃圾直接或者间接的进入江、河、湖、海，造成现如今水污染严重的局面，而水是生命不可或缺的自然资源，治理水污染势在必行。
现如今的水面垃圾清理方法多采用费时、费力的人工打捞，即使有些地方使用机械清理的方式，但大部分都是采用较大型机械，不仅浪费能源，而且还会产生二次污染，难以普及使用。
因此设计一款实用性很强的水面垃圾清理收集装置是社会的需要。
本文设计制作的水面垃圾清理机器人结构稳定、灵活，采用电力驱动，无需浪费大量能源且节约环保，由人工远程遥控船体移动并进行垃圾清理，节约了人力、提高了效率，通过其上安装的图传系统能够在远距离情况下精准快速的将垃圾收集。
由这些特点可以看出，此款水面垃圾清理机器人可以取代传统的人工打捞方式，有很好的应用前景。
四．机器人结构设计四．1 整体结构设计理念此款水面垃圾清理机器人整体采用双体船结构。
双体船结构稳性很好，为了追求快速性能，提高工作效率，现在的船体基本都是细长的，长宽比7：1，甚至9：1。
船倾斜后的回复力矩和水线面的惯性矩有关，简单来说细长的船体横摇时回复力矩小，很容易左右摇晃。
但是双体船船体分为左右两个，横摇时回复力矩是同样排水量的单体船的若干倍。
就好比一个扁担和一块木板扔在水面上，扁担能左右晃不停而木板很稳。
而在水面进行垃圾清理，稳定性是非常重要的，双体船可以在承受较大风浪的前提下仍能稳定工作。
双体船宽度较大，两船体之间的空间开阔，而此款水面垃圾清理机器人需要安装容量较大的网状式垃圾收集箱，船体宽度范围内需要安装有效的辅助垃圾收集的滚刷结构，另外还需要安装控制系统，而双体船宽阔的空间使得这些设备能够合理有效的布置。
四．2 整体结构设计两侧船体如图1所示,采用100*150*440mm规格的PVC方形管制成，PVC 管重量较轻且密封性能好，是制作船体的很好选择。
船体前端和后端均采用流线型结构，可以减小水流阻力，提高船体行驶速度。
前端和后端用PLA材料经3D打印制作而成，强度高，质量轻盈且防水性能好。
船头、船尾和PVC方管采用M4圆头螺钉相互连接，连接处以及铆钉处用防水密封胶密封，防止船体因漏水影响正常工作。
左右船体内部使用泡沫填充，使得防漏水工作得到双重保障。
3D打印船尾底部有螺旋桨固定瓦片，以便螺旋桨推进器的固定。
图1船体实物图及三维模型图左右船体采用10mm*20mm规格的铁质方管焊接而成的框架连接，如图2。
框架总体尺寸为270mm*335mm，顶部采半径125mm的弧形结构，以方便流线型船壳固定，底部为水平结构。
船体和框架用螺钉连接，连接处用密封胶进行防水处理，连接后船体总宽度为470mm，左右船体之间空隙尺寸为250mm*200mm，用以放置垃圾收集箱。
图2船体连接架实物图及三维模型图四．3 垃圾收集装置设计水面垃圾清理机器人实现的主要功能是垃圾的收集和倾倒，本设计采用如图3所示网状式垃圾收集装置，容量大可快速更换，可以在有效收集垃圾的前提下减小水流以及空气的阻力，提高工作效率。
网状式收集箱采用塑料胶网裁剪制成，边角由PVC拐角固定，总体尺寸为235mm*175mm*550mm。
工作时可收集最大直径为90mm的垃圾，通过遥控船体向前移动以及前端辅助装置的运行，使垃圾通过船体中间通道进入垃圾收集箱而不会流出。