《吸入式水面垃圾清理机器人设计》开题报告
一种水面视觉垃圾清理机器人的结构设计
一种水面视觉垃圾清理机器人的结构设计摘要：本文介绍一种基于视觉的水面垃圾清理机器人以及该装置的基本结构，工作原理和工作特色。
具体阐述了该装置的设计方向，未来前景，以及对人类未来水污染处理方式的重大影响。
该装置基于摄像头的人工智能视觉算法使得垃圾清理机器人能自动发现并识别垃圾，之后通过目标追踪使小船行驶到垃圾所在位置并通过传送带，压缩装置和粉碎装置对垃圾进行收集和加工以达到清理垃圾的作用。
结果表明，该机器人适合多种复杂水域环境，具有稳定性强、作业效率高、原材料清洁环保等优点，可广泛应用于水环境治理领域。
关键词:人工智能；机器视觉；自动控制；垃圾清理船1.引言海洋因其空间广阔成为人们生活和生产的活动场所，但水面漂浮垃圾的问题也接踵而至。
偌大的江河湖海水面之上，漂浮着各种垃圾，严重影响水域环境。
为更绿色地利用水资源，各国对水面的垃圾清理也较为重视，但效果不是太理想。
【1】根据调查，目前小型水域的漂浮垃圾清理仍以人工驾驶船只打捞为主，存在效率低、成本高和劳动强度大等问题，而且小型水域经常存在水面狭窄或者深浅不一的区域，打捞具有一定的危险性。
为了克服现有技术的缺点．针对小型水域特点和现有清理装置的不足，我们团队设计一种小型水面垃圾清理装置。
【2】2.主体设计本文所设计的视觉跟踪水上垃圾清理船是由动力模块、功能模块、视觉模块、电源模块组成。
小船的工作流程为小船首先进行目标识别，即通过卡尔曼滤波将目标框处理为预测框，再通过距离代价矩阵进行匈牙利匹配，将特征值、检测框与匈牙利匹配共同作用，追踪 ids 系统，寻找目标 ids。
随后进行目标跟踪，移动小船行驶到目标地，将垃圾送入小船内部，使垃圾最后被送到储存箱。
主要结构包括两个1.5KG 推力的直流转向推进器，传送带，垃圾储存箱，摄像头探照灯组成的视觉模组，压实装置，24v 磷酸铁锂电池，电源转换器等部件。
3.结构设计本文所设计的水面视觉垃圾清理机器人装置如图1所示。
水上垃圾清理机器人设计
水上垃圾清理机器人设计发布时间：2021-05-17T07:31:44.148Z 来源：《学习与科普》2021年2期作者：季远1 张晶晶2 任明3 [导读] 为解决目前缺少简单方便、高效率、高安全系数的水上垃圾清理设备，提出设计一款水面垃圾清理机器人的思路尤为重要。
该模型能实现清理机器人自动巡航、远程控制的收集模式，节约大量的人力和物力资源，切实解决水域垃圾打捞难题。
模型包括机械结构设计、控制系统设计，通过提出设计产品的设计要求，为进一步机器人的设计提供依据。
季远1 张晶晶2 任明3杭州职业技术学院浙江省杭州市 310018摘要：为解决目前缺少简单方便、高效率、高安全系数的水上垃圾清理设备，提出设计一款水面垃圾清理机器人的思路尤为重要。
该模型能实现清理机器人自动巡航、远程控制的收集模式，节约大量的人力和物力资源，切实解决水域垃圾打捞难题。
模型包括机械结构设计、控制系统设计，通过提出设计产品的设计要求，为进一步机器人的设计提供依据。
1 引言随着工业和社会的快速发展，我国水体污染问题日渐突出，其中越来越多的水面垃圾则是污染问题的重要体现。
尤其是与人们生活息息相关的城市河道、景观河和水上游乐场等小水域，水面垃圾不仅对水体生态造成严重威胁，破环生态景观，影响居民用水，由于其往往大量聚集，难以清除，给居民的正常工作与生活带来困扰。
针对现有的水面垃圾清理装置在小型水域中由于体积大，难以灵活工作；多使用柴油机，噪音大同时易产生空气污染；笨重不易运输，操作人员的安全得不到保障；操作复杂，耗时耗力等缺点，同时针对小型水域深度浅、面积不大、且分布不集中、外观形状不规则等特点，本论文提出设计一种外形小巧、工作灵活、自动化程度高、能较长时间稳定工作的水面垃圾清理装置的设计思路。
2 机械结构设计要求（1）设计机器人不仅在小型水域中也可以稳定来回的工作，而且可以在陆地上稳定快速行走。
避免同类水面垃圾清理机器人需要人工运输到指定区域，然后再将清理设备从车上卸下来，抬入需要清理的水域，最后由人工驾驶驶入清理水域对水面进行清理的缺点。
轻型垃圾清理机械手设计与运动仿真开题报告
毕业设计（论文）开题报告1 选题的背景和意义工厂金工车间的切屑垃圾多，目前用铲子清理垃圾，操作困难，费力，有时还会划伤操作者，有一定的安全隐患；在乡村河道中，污物多为水草、青苔、树枝、树叶、木材以及泥沙等；在沿海，污物多为海草、贝壳及海生物等；另外，有医疗垃圾、建筑垃圾、生活垃圾等；这些垃圾污染环境，清理困难，为改变这一现状，设计了清理垃圾机械手，用以抓垃圾，运垃圾，卸垃圾，实现清理垃圾机械化。
该机械手既减轻操作者的劳动负荷，又提高了生产效率，有较大的应用推广价值[1]。
1.1 选题的背景机械手是指能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
随着我国经济的腾飞，国家在工业方面也得到了迅猛发展，机械手作为工业生产中非常重要的一种工具，对其技术的不断突破也变得日趋重要，目前，机械手的种类大至可按驱动方式分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等[3]。
用机械手作为垃圾清理的对象既可以节约人力，而且对工人的安全也起到了一定的保障作用，而且对于生产效率也有一定程度的提高。
1.2 国内外研究现状及发展趋势1954年，被称为“机器人之父”的美国科学家George Devol取得了附有重放必然结果。
1970年，机器入学界早期的改革家之一，Victor Schenman在斯坦福大学演示了一种计算机控制的机械手，这就是非常著名的斯坦福机械手。
70年代以后，机械手和以机械手为核心的自动化设备在工业发达国家，尤其在日本，有了广泛的应用。
由机械手与其它设备组成的生产线极大的提高了企业的劳动生产率，提高和稳定了产品质量，大大缩短了产品更新换代的周期。
真空吸附式壁面清洗机器人结构设计与研究的开题报告
真空吸附式壁面清洗机器人结构设计与研究的开题报告一、选题背景近年来，随着城市智能化水平的不断提高，机器人技术在日常生活中的应用也越来越广泛。
机器人清洁、机器人保洁等领域的发展，极大地方便了人们的生活。
然而，在日常家庭清洁方面，传统的清洁工具往往效率低、费时费力，无法满足人们的需求。
因此，设计一种具有清洁效率高、易操作、能适应不同墙面的机器人成为现代生活中的一项必要需求。
二、研究内容本次课题旨在设计一种真空吸附式壁面清洗机器人，实现对不同墙面、地面的清洁作业。
主要包括以下内容：1.机器人运动轨迹设计。
考虑机器人在墙面上运动时的稳定性、机动性等因素，合理安排机器人的行进路线。
2.机器人结构设计。
机器人应具有良好的吸附性能、便于操作、易于维护等特点。
采用先进的真空吸附技术，让机器人能够在墙面上牢固的吸附，不易掉落。
3.机器人操作系统设计。
采用机器人操作系统，实现对机器人的远程控制，方便用户进行操作。
4.机器人安全保护设计。
考虑到机器人在作业过程中可能存在掉落、碰撞等因素，应设计有效的安全保护措施，保证机器人操作过程的安全性。
三、研究意义本次课题的成果将会在以下方面产生积极的影响：1.提高家庭和公共场所的清洁效率，减轻人力成本。
使清洁工作更加自动化，同时也节省了清洁人员的时间和精力。
2.加速机器人技术在清洁维护领域的推广。
实现机器人清洁模式，能够鼓励更多人研究机器人清洁技术，推进机器人技术发展。
3.提升城市的智能化水平，为人们打造更加美好的居住环境。
四、研究方法本次研究采用文献综述、实验研究和控制系统设计方法。
具体包括：1.文献综述：对相关的机器人技术、真空吸附技术、控制系统技术进行文献综述，深入了解相关技术的研究现状和发展趋势，为后续研究提供理论基础。
2.实验研究：实验验证机器人在墙面上的吸附性能，机器人的稳定性、机动性等因素，并根据实验结果优化机器人结构。
3.控制系统设计：采用控制系统设计方法，实现机器人的远程控制、安全保护等功能，保证机器人能够在安全、稳定的状态下完成清洁作业。
水下垃圾清理机器人的设计
水下垃圾清理机器人的设计摘要：为了有效地进行水域的治理，本文提出了一种基于水流动性的双体船型水面垃圾清理机器人。
本文对此机器人的功能、机械构造、工作原理等进行了详尽的说明。
主要功能是利用水泵产生的局部水流推动垃圾进入清洁舱内，从而实现对垃圾的清理。
关键词：水下垃圾；清理；机器人；设计由于海洋拥有广阔的空间，它已成为人类在陆地上生活、生产的必经之路。
大量的垃圾，在这片海域之中飘荡，对周围的环境造成了极大的影响。
为了达到更好的环保目的，世界各地对水域中的垃圾进行了大量的处理，但是效果并不是很好。
为了清除水上的浮物，各类水上垃圾清洁机器人相继问世。
大多数的机器人，都是将垃圾收集起来，这样的话，效率就会降低，打扫起来也会很麻烦。
为了有效地清除和提高工作效率，开发了一种能使垃圾自动进入的流动式表面垃圾清理机器人。
一、结构设计从图1可以看出，流动表面的垃圾清除机械装置包括一个垃圾清除装置、动力、操纵等部件构成，利用水流的流动特性，采用了双体船的结构，通过对机身和附体的形状进行了最优的优化，使船舶的稳定性得到了很大的改善，同时也减小了航行的阻力。
在工作台前面设置了一个摄像机和一个天线，24V安装在工作台中央、16Ah大容量的锂离子电池，控制电路，导航设备置于电子箱内；推进装置由推进马达、导管螺旋桨及螺旋桨防护装置构成；垃圾处理装置是一种垃圾收集斗、高度调节板及抽水装置，安装在机械手的两个浮动缸之间，而抽油泵则设在垃圾收集斗的后面。
垃圾收集器的底端设在水平面以下，其底面为倾斜状，便于产生水流量，而水位调整盘则将货柜与集料箱相连，并能调整料仓的落点及流速，以满足在各种水域条件下进行日常回收工作的可能性。
双壳式船用泡沫填充泡沫材料，不仅能达到对应的浮动压力，而且能对浮动容器进行密闭，确保不渗漏，提高船舶的稳定性能。
（a）3维示意图二、推进系统本系统采用STM32单片机为主要控制单元，NEO-M8NPixhawkAPM为主要控制器，采用内置GPS和罗盘的N-M8NPixhawkAPM微控制器，采用FPV700单板高清摄像机。
项目申报：水面清洁机器人
随着环境保护意识的提高和城市化进程的加速，水面清洁机器人的 市场需求将持续增长。
市场竞争格局变化
未来，具有技术优势和良好服务品牌的厂商将在市场竞争中占据更 有利地位。
05
项目实施计划
研发阶段
需求分析
对市场需求、用户需求和竞品分 析进行深入研究，明确产品定位 和功能需求。
技术研发
根据需求分析结果，进行技术可 行性研究和关键技术攻关，制定 技术路线和实施方案。
总结词
智能控制系统是实现水面清洁机器人远程控制和自动化运行的核心。
详细描述
为了实现智能控制，可以采用物联网技术和云计算平台，实现机器人与控制中心 的实时通信和控制。同时，可以引入人工智能技术，如机器学习和深度学习，以 实现机器人自主决策和优化运行。
04
市场分析与预测
市场需求分析
城市湖泊、河流清洁需求
操作。
防水防腐蚀设计
确保机器人在水环境中稳定运行， 抵抗水和腐蚀性物质的侵蚀。
模块化设计
便于维修和替换损坏的部件，降低 维护成本。
清洁功能设计
高效清洁头
采用特殊材料和设计的刷头，有 效去除水面的垃圾和藻类。
智能识别系统
通过图像识别和传感器技术，识 别不同种类的垃圾，自动调整清
洁头的工作模式。
自动回收系统
农业化肥和农药使用
农业活动中使用的化肥和农药通过雨 水冲刷进入水体，对水生生态系统造 成破坏。
现有清洁方式的不足
01
02
03
人工清洁效率低下
传统的人工清洁方式效率 低下，无法满足大面积水 面的清洁需求。
成本高昂
人工清洁需要投入大量的 人力、物力和财力，成本 较高。
水面清洁机器人
郑州工程技术学院实验报告（一）班级：电子二班实验题目：《水面树叶清洁机器人》学生姓名及学号：目录目录 (II)前言 (5)第一章系统方案 (6)1.1 系统组成 (6)第二章方案选取 (7)2.1.1 8051 (7)2.1.2 AT89C51 (8)2.1.3 Arduino (9)第三章硬件结构设计 (11)3.1 主控系统 (11)3.1.1 Arduino的微控制板Mega 2560 (11)3.1.1 Arduino的引脚功能 (13)3.2 船体结构设计系统 (14)3.3 电源系统 (17)3.4 动力驱动和传动系统 (17)3.4.1打捞系统 (17)3.4.2控制系统 (18)3.4.3L298N (20)3.4.4 直流减速电机 (22)3.5 垃圾处理系统 (24)3.5.1 垃圾收集装置设计 (24)3.5.2垃圾处理 (25)3.6 报警系统 (26)3.7 遥控系统 (27)3.8总体设计图 (28)第四章程序设计 (29)4.1主程序设计 (29)参考文献 (33)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。
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，选用了合理尺寸船体，利用网状式垃圾收集箱存放垃圾，采用传送带辅助收集垃圾，用基于ARDUINO的控制系统以及人工遥控进行方向、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：节约能源；效率高；ARDUINO；传送带；人工遥控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.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 conveyor assisted garbage collection, a control system based on ARDUINO chip and manual remote control 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:Energy conservation;High efficiency;ARDUINO；conveyor;manual remote control前言机器人是20世纪人类的伟大发明，传感器、计算机的出现及普及，嵌入式芯片的量产及低廉的价格，使得机器人技术得到了快速的发展，而环境的污染使得河流湖泊的垃圾漂浮物越来越多，这时候机器人的特种应用便提上了日程，从航天机器人到工业机器人，再到民用机器人，清洁湖面机器人的出现便成了形式所趋。
项目申报：水面清洁机器人
2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。当收集垃圾完毕后,可由人工辅助将收集箱从船体前端抽出倒入后续垃圾收集装置。
技术文件写作与交流课堂汇报—项目申报
水面清洁机器人
汇报人：
主要内容
项目摘要
立项依据
研究方案
研究基础
一、项目摘要
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。
3垃圾辅助收集装置设计
如图所示,水面垃圾清理机器人的最前端设有垃圾辅助收集装置,由旋转式滚刷和垃圾收集挡板组成。旋转式滚刷由滚筒和毛刷构成,滚筒内部固定有防水电机,电机内部有偏心齿轮,偏心齿轮与作为输出轴的齿轮轴啮合,输出轴通过固定卡具固定于滚筒之上,从而带动滚筒转动辅助垃圾收集。滚刷下方有固定于船体之上的垃圾收集挡板,挡板由3mm厚度的亚克力板通过激光切割制成。挡板上切有直径16mm的若干通孔,从而减小水流对船体的阻力,提高工作效率。当船体向前行驶时,挡板会将分散的垃圾聚集于滚刷之下,从而方便滚刷旋转带动垃圾进入后方收集箱内,保证了垃圾收集的效率,以及收集的稳定性。垃圾收集辅助装置,采用旋转式滚筒刷结构,既可以快速有效的将垃圾带入网状式垃圾箱,又可以防止垃圾从箱内退回流出,其中采用的软毛刷材料,既可以减小空气阻力,又可以在有效带动垃圾进入收集装置的同时避免垃圾卡在滚筒与水面之间。因此,该辅助装置是非常实用的。
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研究内容：
本论文分为七章。第一章为绪论，主要介绍了选题目的、背景和意义及国内外的相关研究；第二章介绍了设计任务，包括设计的目标要求，动作要求等；第三章对水面垃圾清理机器人进行大体的介绍，包括整体机构和各机械机构；第四章是应用现代设计方法学对机器人的动作执行机构进行优化设计。所谓现代设计方法，就是就是区别于过去常用的传统设计理论和方法，包括设计方法学、优化设计、可靠性设计、有限元法、动态设计、计算机辅助设计、人工神经元计算方法、工程遗传算法智能工程、价值工程人机工程等。其特点主要有：系统性、社会性、创造性、最优性、动态性、智能化CA化等。故用现代设计方法可以得到组成水面垃圾清理机器人的最优化机构，得到最优的方案。第五章介绍了水面垃圾清理机器人的控制系统，从经济实用的角度出发，完成了机器人控制系统的模块设计、电路设计及模块选型。第六章对双船体、槽轮等主要机构进行了理论计算，为设计提供了理论依据。第七章是在前几章的论述的基础上得出的结论，并对此次设计进行总结。
研究方法：
（1）查阅相关资料
（2）进行实地考察
（3）向指导老师以及相关专业人员请假
三、设计（论文）体系、结构（大纲）
第一章绪论
1.1选题目的、背景和意义
1.2国内外文献综述
1.3研究内容
第二章设计任务
2.1设计题目
2.2设计的目标和要求
2.3设计的内容
第三章水面垃圾清理机器人概述
3.1整体结构
3.2整体结构说明
第四章动作执行机构的优化设计
4.1设计方案
4.2功能提取与分解
4.3原理求解的综合
4.4方案的评价指标及多级递阶结构图
4.5方案概述
第五章控制系统的设计
5.1视觉子系统
5.2决策子系统
5.3无线通讯子系统
第六章理论计计算
6.1双体船的设计
6.2旋转叶片主轴的设计
6.3槽轮的结构设计
6.4四杆和“风车”的结构和尺寸设计
6.5曲柄滑块机构的设计、计算分析
6.6齿轮传动计算
指导教师意见：
签字：
年月日
院（系）审批意见：
签章：
年月日
二零一八年二月
毕业设计（论文）开题报告
学生姓名
学号
班级
所属院系专业
指导教师
职称
所在部门
毕业设计（论文）题目
吸入式水面垃圾清理机器人设计
题目类型
论文类
作品设计类□
其他□
一、选题简介、意义
水域是生命之源，生命摇篮。然而，水受到的污染正愈发严重。目前水面垃圾主要是塑料、泡沫和生活废弃物，而这些难以降解的垃圾更容易被生物所寄居，助长物种入侵隐患。如果水面垃圾没有及时清理，经过水浸泡和风吹，会危及水质，尤其是在夏天，漂浮物在高温下霉烂，臭味传到方圆几公里，严重影响当地居民的生活质量，污染了当地的环境，也严重影响了居民的健康。
本项目研制的吸入式水面垃圾清理机器人设计主要通过机械手段，同时有效利用电源来实现垃圾的收集。其最大的特点是效率大大提高，并且代替人为所不能进行作业的环境。本次设计模仿机器人的基本功能和设计思路，根据机器人要完成的任务和动作，结合机器人的特殊加工工艺，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成符合市场需求的低成本高技术含量的水面垃圾清理机器人模型的创新设计。其中包括机器装置的原理方案构思和拟定；原理方案的实现、传动方案的设计；单片机控制系统的设计；PRO/E 3D仿真设计和造型；关键技术的分析与实现、主要结构的设计简图；设计计算与说明、设计小结。
目前许多国家的河流、水域漂浮物污染十分严重，给人们的生存环境、投资环境和开发利用旅游资源等带来负面影响。举例来说：水葫芦在我国和北美、亚洲、大洋洲和非洲十分肆虐，使得许多水域原有生物大量灭绝，严重地破坏了生物多样性和生态平衡，导致河水发黑、发臭，河流、湖泊淤塞，相关水域赤潮频发。
传统的水面垃圾清理，主要是通过人为打捞，效率比较低，同时又消耗了大量的人力和财力，些是仅靠人力是很难完成的，而且生命安全很难保证。