水面可移动清洁机器人
海洋清理机器人科技技巧
海洋清理机器人科技技巧-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分主要对海洋清理机器人科技技巧的背景和重要性进行简要介绍。
海洋清理机器人是一种应用于海洋环境中的高科技装置，旨在清理和治理海洋污染。
随着人类活动的不断增加，海洋垃圾和污染物成为了严重问题，给海洋生态系统和人类健康造成威胁。
传统的海洋清理方式通常采用人工搜集方法，但效率低下、成本高昂，并且对人类身体健康存在风险。
而海洋清理机器人则是一种自动化的解决方案，无需人工干预，能够更加高效、安全地进行海洋清理工作。
海洋清理机器人科技技巧包括多个方面的技术，例如智能感知技术、图像识别技术、机器学习技术、气象及水文学知识等。
通过辅助这些技术，海洋清理机器人能够准确地定位和识别海洋垃圾，并进行有效的清理和处理。
海洋清理机器人的出现对于保护海洋生态环境具有重要意义。
它能够大幅提高清理效率，帮助减少海洋垃圾对生态系统的破坏，保护海洋生物的多样性和数量。
此外，它也有助于促进可持续发展，为未来的海洋资源利用提供良好的环境条件。
本文将深入探讨海洋清理机器人科技技巧的应用与发展，以及对环境保护的意义和未来发展的展望。
通过对这些内容的全面阐述，旨在提高读者对海洋清理机器人科技技巧的认识和理解，进一步推动海洋环境保护工作的开展。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下编写：2.文章结构本文将从四个主要方面介绍海洋清理机器人的科技技巧，以帮助读者全面了解该领域的发展和应用。
具体的内容安排如下：2.1 技术一首先，我们将介绍最新的海洋清理机器人技术一。
通过对该技术的详细介绍，我们可以了解到它在海洋环境中的应用和效果，以及其与传统清理方法相比的优势。
2.2 技术二接下来，本文将对海洋清理机器人的技术二进行深入探讨。
这一部分将重点介绍该技术的工作原理、关键技术和应用案例，以及在实际海洋清理任务中的表现和效果。
2.3 技术三第三部分将介绍海洋清理机器人的技术三。
我们将探讨该技术的创新点和挑战，并通过对相关研究和实验的分析，评估其在海洋环境中的可行性和可持续性。
小型水面垃圾清理机器人
小型水面垃圾清理机器人摘要：小型水面垃圾清理机器人立足于旅游景区、城市内河等狭长的静水水域，主要用于解决目前缺少高效率、高安全系数的打捞设备而给水面垃圾打捞带来的种种问题。
该机器人可对水面漂浮物等垃圾进行集拢收集、提升和储运等，可解决人工清理效率低、成本高、效果差等诸多问题，对营造绿色的生态环境有着重要的意义。
关键词：水面清理；自动化；小型水域；高效环保引言随着工业化的发展，环境问题逐渐走进了人们的视野并受到了极大的关注。
近年来，水域的污染问题越来越受到重视，尤其是旅游景区、城市内河等狭长的静水水域，由于游人或行人众多，很容易在水面积累垃圾。
目前国内对于城市河道和景区湖泊的清理主要靠人工进行，即工人驾驶机动或非机动船舶对湖面垃圾进行打捞，耗时耗力不说，而且受限颇多，无法在狭窄的水面和一些危险水域开展工作且装载垃圾较少，并且工人长期在水面劳作，安全问题也难以保证。
国外和一些国内大厂采用机动船舶进行垃圾采集，净化水域的同时又污染了空气，尽管这种方式效率很高，但仅局限于大型海面或湖面，对于城市河道和景点湖泊并不很实用。
不符合当今社会科技和工业发展的需求。
1.国内外研究现状分析1.1国外研究现状一位来自南非的企业家Richard Hardiman发明了一款名为“垃圾鲨鱼” （WasteShark）的水上机器人，它可以在港口附近自主巡游，可以“吃”掉大部分海洋垃圾。
WasteShark的出现可以持续有效地清理水面，因为水面垃圾清理的越及时，就会有更少的垃圾沉入海底。
还具备收集数据的功能，像水质、水深和天气情况等等，这些数据都能实时反馈给港口提高行船安全。
1.2国内研究现状中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所研究员刘锦淮课题组研发出“风光互补”自主式水面机器人。
其采用了风力和太阳能发电动力技术，解决了续航问题，并且可以清理水面油污。
2.整体结构设计2.1垃圾清理模块采用机械臂抓取水面垃圾，传送带辅助作业。
一种微型水面垃圾清理机器人的设计
• 50•随着社会的发展进步，人们为满足自身利益的同时却往往不重视他们对环境的污染，严重影响水质甚至危害生命。
为了更加方便的进行水面垃圾清理的工作，设计了这种微型水面垃圾清理机器人，用来代替人工打捞垃圾的工作。
为了让垃圾清理船适应各种水域的工作，采用了双船体结构来增加船体的稳定性，使用远距离遥控的技术来实现对垃圾的清理。
该船的主控芯片采用的是意法半导体的STM32F103C8T6来控制，遥控器使用Arduino 遥控手柄，采用433M 无线串口通信，使能在陆地上控制远处水面的清理船。
水是生命的源泉，随着社会经济不断地发展，人们越来越注重物质层面带来的享受，然而在身心得到满足后，往往忽视了自己行为对环境造成了不良影响，河流湖泊等受到的污染程度正愈发严重。
目前水面上的废弃物主要是一些塑料、泡沫等难以降解的白色垃圾，而这些难以降解的垃圾不但不美观，对水里的生物也带来挑战。
用人工清理水面的漂浮垃圾受限颇多，无法在狭窄的河道和一些危险水域开展工作。
为更好的代替人工清理水面垃圾清理，我们以经济、可行、绿色、环保、简洁为主要设计理念，完成本次作品的设计加工。
水面漂浮垃圾的清理长期以来耗用了大量的人力物力，已有的机器人成果也因制作成本昂贵未能量产。
在这种背景之下，对机器人的环境应变能力，市场接轨程度都提出了更高的要求。
随着科学技术的不断更新发展，对不同环境的具体要求，笔者以此为基础，研究设计出了一种微型水面垃圾清理机器人。
1 技术分析与设计1.1 可行性分析为完成小型水域漂浮垃圾清理任务作为工作背景，笔者主要以机器人的操作简便，制作成本低廉，与市场接轨程度高为设计基调。
在保证合理满足水面垃圾清理功能的需求下，尽可能做到清洁、环保、易推广。
在此理念下，设计的水面垃圾清理机器人具有以下特性：（1）安全性，机器人采用遥控方式控制，可实现危险区域的远程操作，避免了人员在危险区域清理垃圾存在的安全隐患；（2）机动性，泵喷推进器可适应多种复杂水域环境，利用差速控制确保了机器人的回转；（3）实时监控，采用网桥连接树莓派进行图像传输，可远距离在线实时查看水面状况；（4）信息采集，通过远距离无线串口通信模块，采集船周围的水浊度、温度、湿度，并将数据上传至串口屏实时显示，以供使用者查看；（5）GPS 定位，使用北斗LBS 多重定位模块。
智能水面垃圾清洁机器人
智能水面垃圾清洁机器人作者：耿若楠陈沛李志文程继航卞宇宸来源：《科学导报·学术》2020年第48期随着社会的快速发展，人们的生活质量不断提高，制造的生活垃圾也越来越多。
由于环保意识的缺乏，很多生活垃圾直接或者间接被弃入江、河、湖泊之中，致使江、河、湖泊的水面上经常漂浮大量生活垃圾，部分区域如航运河道、发电站前池水污染特别严重，这些垃圾如果不及时清理，将会影响航道运行、发电机组正常运转。
另一方面，由于生活污水和工业废水大量排放，河水严重营养富集，导致水面出现了大量的浮游藻类，如不及时清理，将严重打破区域生态平衡。
为了清理这些水面漂浮垃圾，环保部门每年都要投入大量的人力、财力和物力，定时进行人工打捞。
现有的人工打捞工具均为捞勺、捞网或简单小型的打捞设备，致使人工打捞劳动强度大，工作效率低，缺乏灵活性，清理效果也不是很理想。
例如在清理河、湖水面的草生植物或是清理较大体积的垃圾时，会采用机械清理的方式，但几乎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。
水是生命不可或缺的自然資源，治理水污染势在必行，因此设计一款清理人流较大的河流和湖上等一切有水域的地方的垃圾，实用性很强的水面垃圾清洁机器人是社会的需要。
（一）国、内外研究现状和发展动态目前，国内外对水面垃圾的清洁主要采用人工打捞和机械打捞两种方式。
人工打捞利用半舱式或甲板机动驳船，由环卫工人手持网兜站在甲板边上直接把垃圾捞上来，这种作业方式劳动强度大、工作环境恶劣、人身安全没有保障，不仅清理难度大、综合成本高，而且无法治理在大雨台风季节暴发的水葫芦等海域污染。
而机械打捞装置具有间断性、笨拙性、耗时性等明显缺点，并且会造成严重污染，无法适应小型河流、湖泊等水面垃圾清理的需要。
国内外在水面垃圾清理方面也有少数自动清理无人船（清洁机器人），但是船体小、垃圾收集量小、垃圾不能太大、续航时间有限。
国内的垃圾清理无人船太小，只能清理小体积较轻的漂浮物，动力不足，一次清理的时间和垃圾量都很有限，而且智能化程度低，基本上都是基于嵌入式系统，没有通用计算机平台，无法运行人工智能和复杂智能感知系统，例如没有用于复杂障碍探测和识别的激光雷达或者图像识别系统，无法在复杂河道中自主巡航和避障，因此只能算是初级无人船。
一种水面漂浮垃圾的智能收集系统
含约束的拉格朗日优化问题，具体计算公式为：
( 12)
XU- P
为 了 对 上 述 公 式 进 行 计 算 ，随 后 提 出 了 基 于 梯 度 法的分布式动态算法：
jc/y( k + \) = Xjji k) + ju^
智 能 机 器 人 系 统 配 置 (见 图 1)。该 系 统 基 于 电 动 水 下航行器，该水下航行器在负载条件下可以在水面上航
行。水下航行器长约63.5cm,宽 48.5cm，高 46.5cm,重约 25kg。摄像机舱安装在车辆顶部的前端，其 中 ，双目摄像 机 固 定 在 隔 板 上 。具 有 3-DOF的 机 械 手 放 置 在 车 辆 上 ， 该机械手由三个伺服电机组成。要注意关节角度的范围 为270,以确保机械手的尾端可以移动到收集箱的内部。 因 此 ，智能机器人系统的尺寸要小到足以在小水域中使 用 ，并且其能源是清洁的，以避免二次污染。
检测到对象后，将其作为移除对象。然 后 ，KCF和三 角剖分工作不断地更新边界框并分别测量对象的位置。 2 实验结果 2 . 1 漂浮垃圾检测实验结果
为 了 实 现 垃 圾 检 测 ，建立了一个浮动垃圾数据集 (FGD )，该 数 据 集 包 含 1000张图像，覆盖了不同照明下 的 各 种 塑 料 瓶 、塑 料 袋 和 泡 沫 聚 苯 乙 烯 (见 表 1LFGD 分 为 训 练 数 据 集 (TD )和 验 证 数 据 集 (VD )。本实验中 的 GPU是 NVDIA-1080。YOLOv3 在 训 练 数 据 集 上 进 行 训 练 ，在 验 证 数 据 集 上 的 测 试 结 果 (见 表 1)。精度用 mAP来 描 述 ，计算速度用每秒帧数(中5 )来评估。结果 表 明 ，该 方 法 检 测 精 度 高 ，速度满足实时性要求。但由 于 塑 料 瓶 的 包 装 形式多样，塑料瓶的检测精度略低于
一种水面清洁机器鱼的设计
2000KW时，该模组散热量是15kW，综合考虑导热率、耐水压、价格因数和加工难度，最终选择铝板，但铝水冷板水压最高不能超过1MPa，因此要求供水水压范围为0.4~1MPa。
通过实测，煤矿井下供水水压范围0.8~3MPa之间，因此水冷输入端必须安装减压阀和安全阀，井下水质较差，还需安装过滤阀，防止水垢等堵塞水道。
3.3安全性设计采掘类负载，电机导线随设备列车伸缩运动，很容易被尖锐物体刮破。
因为导线长，变频器发生II次短路时，变频器保护有延时。
所以本项目中，在变频器中线上设置在线绝缘监视仪，实时检测检测整个系统的绝缘值。
在3.3KV系统中，国标规定绝缘电阻小于120KΩ报漏电故障，通过在线绝缘监视仪实时检测，可以将漏电绝缘提高到10MΩ，大大整个供电系统安全性。
4实验结果4.1模组水冷实验2000KW三组合变频器，在额定负载，水流量60LPM，近口水温25℃，模组V+W的水冷仿真实验，水冷基板最高温度48.8℃，温升23.8℃。
通过实际满载温升实验，与仿真结果一致。
4.2短路试验W-T1对中线短路的II次短路试验波形，CH3通道是IGBT 的集电极电流，CH4通道是Vce电压值，分析可知，最大电路电流4.72KA，半母线电压2600V，电压过冲值。
4.3整机实验整机实验包括水压实验、爆炸实验、耐潮实验、压频比实验、温升实验、EMC实验等，均通过了上海防爆站验证，取得了防爆合格证。
产品在小保当等多个煤矿得到应用，运行良好。
5结论3.3kV矿用组合高压防爆变频器，通过合理拓扑划分，可将主回路和控制回路进行模块化设计，使得单体、两组合和三组合变频器可以共用相同模块，简化了设计工作量，提高了生产效率，也方便了煤矿对设备的维护，整机布局合理、性能可靠，满足煤矿对高可靠性、无极调速和低频大转矩的要求。
参考文献[1]王志.矿用高压组合变频器设计[J].江西煤炭科技,2020,3.[2]李晓,王璁,屠幼萍.电机驱动用长电缆破坏机理分析及防护[J].电气传动,2014,44（4）.[3]徐政,金立军,林秀剑,阳林,张胜锰.基于输出电抗器的PWM长线驱动系统反射过电压的抑制[J].机电工程,2016,（33）3.作者简介:吴世均(1980,11-),男,汉族,籍贯:四川简阳,职称：工程师,研究方向:电气自动化。
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。
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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（4）视觉系统：显示机器人前方的视觉信息，当红外传感器向操控者报警时，操控者可根据视觉信息 做出相应的判断。
(5) 垃圾仓：暂时存放垃圾，当垃圾装满时，第三个电机控制机器人关闭舱门，把垃圾倾倒在回收点。 (6) 各种传感器：红外接近传感器能够使船体在接近障碍物一定距离时向操控者报警，防止机器人与 岩石或其它非漂浮物体相撞；光束遮断式传感器用来判断垃圾仓是否已满。光电编码器可以反馈机器人 的行进速度。 传感器采集的信号转化成数字信号，传递给单片机，单片机将已经存储的信息与电信号对比，作出判 断，然后发出相应的信号:1.若传给垃圾仓已满的信号，单片机会定位起始点，机器人会自动回到起始点 等。2.当接近障碍物一定距离是会自动向操控者报警。 图像采集器会将采集到的图像信息实时传递给操控者，当出现报警时操作者会控制机器人调整走向， 进而使机器人收集垃圾或者避开障碍物。
随着工业的发展，人们在注重经济效益的情况下忽略了环境的污染，很多生活垃圾，工业垃圾直接投 放到河流湖泊里，这些垃圾在我们生活用水中会给我们的身体健康造成威胁，在旅游景点中影响观赏性， 给我们造成很多烦恼。
水面清洁机器人可以减少人为深海作业的危险，大大提高捕捞效率，很好的改善水质环境。
，项目具体设计方案 ★ ★ ★
项目的创新点（100 字左右，请分条列出） （1） 通过单片机和人的控制去协调各系统完成各项任务，如调向，前进后退。 （2） 通过各种传感器得到相应的信号，将其转化成数字信号，与单片机中所存储的程序（信号）进行
比较，然后使船体做任务。 （3） 利用光束遮断式传感器去检测垃圾仓是否已满，进而判断是否返回起始点。 （4） 采用双电机驱动，利用中央差速器控制两个电机转速，进而调整船体方向。(利用光电编码器反 应速度） （5） 通过图像采集系统实时向操控者传送图像信息。 项目的研究意义与选题依据
各个系统介绍： （1) 船体：主体分左右两个船舱体，船体中间有网状垃圾仓，仓后有一个电机来控制吸力装置，使两 船体中间水流速度相对向后，漂浮垃圾随水流由船的前方经由两船体中间进入后方垃圾仓，完成垃圾的 收集；船体下方设有龙骨，用来支撑船身，使船只更坚固。
（2）控制系统：以可编程的单片机为核心构成控制系统，接收各种传感器等设备的输入信号，计算和 输出多路控制信号，协调各驱动电机，并对系统状态进行调控。
编号
机电产品创新设计竞赛方案书
（2013）
项目名称： 水面可移动清洁机器人 所属类别： 其他 申 报 人： xxx 所在院系： 交通学院 所在专业： 机械设计制造及其自动化
2013 年 9 月
项目名称 项目类别
水面清扫机器人
A：梦工厂（） B：梦幻课堂（） C：其它（√）（请勾选）
2 申请者情况
项目负责人获奖情况
垃圾仓
(方案流程图）
光束遮断式传感 器
红外接近传感器 器
数字信号
图像采集器
自动关闭垃 圾仓门
单片机
将图像信息显示到遥 控器显示屏，进行操纵
返回起点倾倒 垃圾
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
避
开
障
电机驱动系统
收 集 垃
碍
圾
物
基本效果图
船体（左右两个）
遥控天线
摄像头
控制系统
螺旋桨
垃圾仓（网状）
光束中断传 感器
吸力装置
红外接近传感 器（左右两个）
泄露石油的清理。针对中小型湖泊水域环境的治理，国内常州超媒体与感知技术研究 所有过对这方面的研究，该机器人可以清除漂浮在水表面的垃圾，蓝藻。它体积小， 动作灵活，对于小区域的打捞效果极好。
因此，开发一种性能优良，价格便宜，操作简单，使用安全的自主式智能水面清扫 机器人已成为一种必要，而且有较好的市场前景。
研究内容提要（100 字左右） 近年来，人们在重视其经济效益的同时却往往忽略了他们对环境的污染，譬如在
水面上飘浮着的各种垃圾。用人工清理水面漂浮物只是权益之计，有些危险水域人无 法工作。需要通过机器人代替清理,既减少了危险，又可以提高工作效率。
国内外本项目的研究状况： 很多发达国家致力于水面污染治理设备的研究，如石油清理设备，很多是用于大量
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