水面垃圾清理机器说明书.doc

1、专业课程设计说明书题目：水面垃圾清理机器的设计指导教师：何韶君班级：机械设计制造及其自动化专业 142 班 设计者：杨威威学号：2014031224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 6五船重和排水量的计算 7六最大吃水深度的计算 7七动力装置设计 8八硬件设计 10八.1 系统总体设计 10八2 电源模块 .10八.3 电机驱动模块 11八4 无线传输模块 .11八5 继电器模块 .12八.6 主程序设计 1

2、2九 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 .19结束语 19参考文献： 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

3、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

4、 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

5、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

6、 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 salvag

7、e, 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 p

8、arts 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 pa

9、rts 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

10、 long distance water waste through 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

11、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

12、 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

13、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

14、 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 ，

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、 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 。图 3 垃 圾 收 集 箱 实 物 图 及 三 维 模 型 图四4 垃圾辅助收集装置设计如 图 4 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

21、 挡 板 组 成 。 旋 转 式 滚 刷 由 滚 筒 和 毛 刷 构 成 ， 滚 筒 由 废旧 的 玩 具 船 船 体 加 工 制 成 ， 毛 刷 由 废 旧 扫 把 毛 经 3D 打 印 支 架 固 定 于 滚 筒 水平 两 侧 母 线 。 滚 筒 刷 通 过 3D 打 印 的 子 弹 头 型 支 架 固 定 于 15mm*15mm 的 国标 铝 材 调 节 梁 上 ， 以 方 便 调 节 辅 助 装 置 距 离 水 面 的 距 离 。 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

22、 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

23、 内 ， 保 证 了 垃 圾 收 集 的 效 率 ，以 及 收 集 的 稳 定 性 。图 4 垃 圾 辅 助 收 集 装 置 实 物 图 及 三 维 模 型 图垃 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 ，

24、 该 辅 助 装 置 是非 常 实 用 的 。五船重和排水量的计算船在满载时的总质量 m 总 =m 船 +m 蓄电池 +m 其他 +m 螺旋桨 +m 垃圾其中船体的重量约为 20kg，蓄电池的重量为 2kg，螺旋桨的重量为 5kg，所能存储的垃圾的最大重量约为 8kg故总质量 总mkg35由公式 （其中 ）可得GV总船排水 23水 /8.9,/1smgtV 排 = /总 水= 08.935x=0.035m3该船的重排水量为 351排水 Vkg六最大吃水深度的计算该船的面积由数学公式可得 A 0.5由公式 可得船的最大吃水深度为吃排 AHV/吃 排 5.03m7该船的最大吃水深度为 70mm，而

25、船体的高度为 150mm，故船体的高度满足需求。七动力装置设计船舶推进器是船舶上提供推力的工具，它的作用是将船舶动力装置提供的动力转换成推力，推进船舶。船舶推进器即推动船舶前进的机构。它是把自然力、人力或机械能转换成船舶推力的能量转换器。推进器按作用方式可分为主动式和反应式两类。靠人力或风力驱船前进的纤、帆（见帆船）等为主动式，桨、橹、明轮、喷水推进器、螺旋桨等为反应式。现代运输船舶大多采用反应式推进器，应用最广的是螺旋桨。根据蓄电池的直流供电特点以及船体的简易结构等特点，选用悬扣式电动船舶推进器，该类推进器功能性强，结构简单，操作方便安全，应用范围广。电动船舶推进器是种新颖的水中动力器具，有

26、体积小、结构紧凑、效能转换率高、工作时无噪音等特点，且还具有绿色环保，按装便捷、维护简易的特点，是一些小型的船艇作为动力的首选产品，比较符合本设计的功能需要。该类船舶推进器的选用不锈钢、铝合金或高强度合成纤维，保证推进器具有足够的刚性并经久耐用；采用电子调速，以满足不同速度的需要；使操控更加方便；螺栓安装快速方便，并带有防撞脱扣机构，保护马达安全；防缠型螺旋浆，防止推进器因被水草缠绕而堵转。 鉴于船在行驶的过程中会因为水流以及自身结构所造成的阻力而受到影响，故在选择船用推进器的时候就要考虑该船舶推进器的最大推力是否大于船在行驶过程中所受到的最大阻力，并以此为依据来选择合适的船舶推进器。水流对船

27、体的阻力可由下式来确定vSCFV5.0阻式中： VC流体阻力系数，一般取 1.S侵湿面积（ 2m）流体的密度（ 3/t）侵湿面积 取船在最大吃水深度时的值，而最大吃水深度在前面计算得为70mm，根据数学方法计算可以可得 S21.0m，设船在水中行驶时的最大速度为 1m/s,则船在行驶过程中，水流对船体的阻力为：=115.5N12.0153阻 F则 gm/阻 由 于 双 体 船 宽 度 比 一 般 船 舶 要 宽 ，kg7.895吃 水 也 较 一 般 船 舶 浅 ， 所 以 根 据 它 的 特 点 ， 采 用 了 双 螺 旋 桨 推 进 系 统 。 螺 旋桨 构 造 简 单 ， 造 价 低 廉

28、 ， 使 用 方 便 ， 效 率 较 高 ， 是 目 前 应 用 最 广 的 推 进 器 。根 据 螺 旋 桨 叶 数 不 同 效 率 不 同 的 原 则 ， 如 图 5 所 示 ， 本 设 计 选 用 了 叶 数 适 中的 六 叶 螺 旋 桨 ， 根 据 预 估 的 70mm 吃 水 深 度 ， 双 桨 螺 旋 桨 直 径D=1.2xF 阻 x70mm/100=97mm得 出 螺 旋 桨 直 径 约 97mm。 将 螺 旋 桨 布 置 于 船 体 两 侧 尾 部 下 方 ， 既 可 以 保 证螺 旋 桨 吃 水 量 ， 使 螺 旋 桨 产 生 的 推 力 足 够 且 不 会 浪 费 ， 又

29、可 以 使 船 体 转 向 灵活 、 具 有 很 强 可 操 控 性 。故根据算出来的值可选择如图 5 所示的推进器，查得该推进器的基本参数如下所示：名称：螺旋桨推进器最大推力：20kg控制方式：遥控动力方式：电机推动（蓄电池供电）变速： 电子调速电机电压：24V电机最大电流：60MA推荐使用蓄电池：24v60MAh直径：96mm长度：190mm重量：4kg 图 5 动 力 装 置 装 置 图 八硬件设计八.1 系统总体设计为 实 现 机 器 人 的 人 机 交 互 ， 且 能 够 灵 活 控 制 以 及 实 时 反 馈 图 像 等 ， 本 设 计主 要 采 用 了 电 源 供 电 模 块 、

30、 电 机 驱 动 模 块 、 无 线 传 输 模 块 、 开 关 模 块 、 继 电器 模 块 、 图 传 模 块 等 。本 设 计 选 用 32 位 微 处 理 控 制 器 STM32F103C8T6 作 为 主 控 芯 片 ， 其工 作 主 频 为 72 MHz， STM32 系 列 是 基 于 A M Cortex M3 内 核 的 处理 器 ， 低 功 耗 ， 处 理 速 度 快 ， 能 够 满 足 双 电 机 快 速 差 速 运 动 的 需 要 ， 并 自 带高 速 的 I 2C、 SPI 接 口 控 制 器 ， 方 便 与 各 路 传 感 器 模 块 进 行 实 时 数 据 采 集

31、 ， 自带 的 多 路 输 出 PWM 模 块 便 于 电 机 的 控 制 ， 自 带 的 AD 采 集 通 道 便 于 实 现 电压 值 的 采 集 ， 实 现 电 机 的 遥 控 调 速 。 整 个 系 统 由 电 源 管 理 模 块 提 供 电 力 。图 6 控 制 系 统 总 体八2 电源模块根 据 电 源 模 块 主 要 是 电 压 为 24V， 用 时 10h， 电 流 60MA,计 算 电 源 容 量 的 大 小 ：W=P.T=U.I.T=12v60Mh10=14400MAh容 量 为 15000MAh 的 锂 电 池 ， 配 有 三 个 稳 压 模 块 分 别 输 出 1.25

32、35V 可调 电 压 ， 输 出 3 路 不 同 电 压 值 进 行 单 片 机 、 继 电 器 、 图 传 模 块 的 驱 动 。八.3 电机驱动模块电 机 驱 动 模 块 采 用 24V 60MA 大 功 率 直 流 电 机 驱 动 模 块 器 ， H 桥 全 隔 离 ，可 满 PWM 的 模 块 。其 功 能 特 点 有 ：（ 1） 小 尺 寸 ， 50mm50mm12.5mm（ 2） 多 重 保 护 ， 内 置 过 电 压 、 欠 电 压 、 过 热 保 护 电 路（ 3） 控 制 信 号 全 隔 离 ， 充 分 兼 容 3-5V 电 压 输 入（ 4） 大 功 率 ， 无 需 再 加

33、 散 热 处 理 ， 即 可 驱 动 60MA 电 机 负 载（ 5） 高 速 PWM 隔 离 输 入 ， 最 小 脉 冲 宽 度 3us,隔 离 带 宽 10MHz（ 6） 支 持 满 占 空 比 输 入 ， 可 脱 离 MCU， 实 现 外 部 开 关 直 接 控 制 ， 可 串联 限 位 开 关（ 7） 驱 动 器 运 行 电 压 6.5-29V， 支 持 7-24V 电 压 等 级 直 流 有 刷 电 动 机(8)具 有 双 色 转 向 指 示 灯 指 示 电 机 运 转 方 向 。采 用 完 全 隔 离 的 方 式 控 制 驱 动 电 机 ， 该 方 式 使 用 独 立 的 电 源

34、对 MCU 供电 ， 通 过 光 电 隔 离 的 形 式 输 入 控 制 信 号 。图 7 电 机 驱 动优 点 ： MCU 与 电 机 驱 动 完 全 电 气 隔 离 ， 使 MCU 电 磁 兼 容 性 能 大 大 提 高 ，其 次 还 可 保 证 控 制 电 路 的 电 气 安 全 ， 即 使 出 现 严 重 的 短 路 过 压 等 情 况 ， 也 不用 担 心 MCU 被 串 入 高 压 而 烧 毁 ， 同 时 具 有 良 好 的 控 制 稳 定 性 。电 机 采 用 调 速 ， 即 改 变 直 流 电 机 电 枢 电 压 的 的 占 空 比 来 改 变 平 均电 压 ， 从 而 实 现

35、 直 流 电 机 调 速 。 除 了 电 机 对 应 的 信 号 调 速 之 外 ， 该 模块 还 需 要 2 路 逻 辑 输 入 控 制 电 机 转 向 ， 模 块 连 接 如 图 7 所 示 。 因 此 将 PWM信 号 输 入 端 接 入 单 片 机 定 时 器 输 出 ， 逻 辑 输 入 端 接 单 片 机 配 置 为 输 出 模 式 的 口 即 可 实 现 对 该 模 块 的 控 制 。八4 无线传输模块如 图 8， 无 线 传 输 模 块 通 过 串 口 进 行 单 片 机 之 间 的 通 信 ， 从 而 实 现 上 位 机与 主 机 的 数 据 传 输 ， 上 位 机 识 别 按

36、 键 发 送 不 同 的 字 符 到 串 口 ， 然 后 通 过 无 线传 输 将 字 符 代 码 发 送 给 主 机 ， 主 机 接 收 到 相 应 的 字 符 代 码 后 执 行 对 应 的 动 作 ,从 而 实 现 人 机 交 互 。图 8 无 线 传 输 模 块 图 解八5 继电器模块如 图 9 所 示 ， 本 设 计 采 用 的 继 电 器 为 1 路 5V 继 电 器 ， 低 电 平 触 发 ， 通 过单 片 机 控 制 继 电 器 模 块 的 启 停 来 控 制 滚 刷 电 机 的 启 动 和 停 止 ， 从 而 实 现 对 垃圾 辅 助 收 集 装 置 的 远 程 控 制 。图

37、 9 继 电 器 模 块 图 解八.6 主程序设计该 小 船 软 件 程 序 事 是 在 MDK5 开 发 环 境 下 采 用 C 语 言 编 写 ， 其 流 程 如 下图 所 示 。 上 电 后 先 进 行 系 统 初 始 化 ， 包 括 时 钟 配 置 、 延 时 函 数 初 始 化 以 及 调试 程 序 时 所 需 串 口 的 初 始 化 。 然 后 进 行 定 时 器 的 初 始 化 ， 本 系 统 中 定 时 器 用于 信 号 的 产 生 。 采 用 了 两 个 定 时 器 的 分 别 输 出 两 路 PWM 波 ， 实 现 双电 机 的 控 制 。 开 始 时 ， 上 位 机 遥

38、控 端 不 断 的 发 送 停 止 代 码 ， 主 机 处 于 停 止 状态 。 当 遥 控 端 有 按 键 按 下 ， 即 发 送 对 应 的 代 码 ， 主 机 接 收 后 做 出 相 应 的 动 作 。程 序 设 计 流 程 图 如 图 10 所 示 。图 10 软 件 设 计 流 程 图九 影像收集系统设计此 款 水 面 垃 圾 清 理 机 器 人 需 要 人 工 远 距 离 遥 控 ， 为 了 更 准 确 快 速 的 定 位到 垃 圾 所 在 位 置 ， 设 计 安 装 了 如 图 11 所 示 的 图 传 发 射 收 集 系 统 。 采 用AOMWAY 5.8g TX001 图 传

39、 发 射 器 ， 具 有 重 量 轻 、 体 积 小 、 方 便 安 装 等 特 点 ，具 有 5.8g 40 个 发 射 机 频 道 ， 支 持 6-28V 电 压 供 电 ， 利 用 手 机 进 行 影 像 接 收 ，图 像 清 晰 准 确 。图 11 图 传 系 统十 工作参数，待机和工作时长该 水 面 垃 圾 清 理 机 器 人 采 用 24V、 10000mA 锂 电 池 供 电 ， 不 仅 节 能 减 排 ，而 且 可 长 时 间 工 作 ， 具 体 工 作 时 间 参 数 如 下 表 ：表 1 水 面 垃 圾 清 理 机 器 人 工 作 时 长时 间 参 数 数 值 /分 钟待

40、机 时 长 30240连 续 工 作 时 长 600十一. 垃圾收集特性及参数本 设 计 采 用 网 状 式 垃 圾 收 集 箱 ， 方 型 结 构 ， 总 体 尺 寸 为235mm*175mm*550mm。 机 器 人 工 作 时 ， 可 收 集 直 径 最 大 为 90mm 的 垃 圾 ，一 次 性 可 收 集 最 多 0.02m3 体 积 的 垃 圾 。垃 圾 收 集 的 便 利 性设 计 采 用 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

41、 率 。 加 上 船 体 前 端 安 装 有垃 圾 辅 助 收 集 装 置 ， 当 船 体 向 前 行 驶 时 ， 收 集 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 箱 以 及 垃 圾 辅 助 收 集 装 置 结 构 简 单 、 容 易 制 作 ， 且 功 能 性 强 ，利 用 简 单 的 机 械 结 构 便 能 实 现 理 想 的 功 能 ， 很 适 合 应 用 推 广 。十二.外观特性水 面

42、垃 圾 清 理 机 器 人 整 体 采 用 双 体 船 结 构 ， 双 体 船 可 以 在 承 受 较 大 风 浪的 前 提 下 仍 能 稳 定 工 作 ， 且 较 大 的 宽 度 ， 使 得 各 设 备 能 够 合 理 有 效 的 布 置 。船 体 前 端 和 后 端 均 采 用 流 线 型 结 构 ， 可 以 尽 可 能 的 减 小 水 流 阻 力 ， 减 少 能 源的 浪 费 。船 体 保 护 壳 利 用 亚 克 力 材 料 弯 折 成 流 线 型 ， 可 以 减 小 空 气 、 风 力 带 来 的阻 力 ， 提 高 船 体 稳 定 性 。十三. 控制方式通 过 串 口 进 行 单 片

43、机 之 间 的 通 信 ， 从 而 实 现 上 位 机 与 主 机 的 数 据 传 输 ，上 位 机 识 别 按 键 发 送 不 同 的 字 符 到 串 口 ， 然 后 通 过 无 线 传 输 将 字 符 代 码 发 送给 主 机 ， 主 机 接 收 到 相 应 的 字 符 代 码 后 执 行 对 应 的 动 作 ， 从 而 控 制 各 模 块 运行 方 式 ， 实 现 人 机 交 互 。 十四. 成本报告1 成 本 概 述表 2 总 成 本 一 览系 统 材 料 工 序 紧 固 件 总 成 本船 体 104.3 7.52 2.1 113.92垃 圾 收集 系 统 29.625 3 2.5 2

44、5.125控 制 系统 352.18 0.5 3.9 356.18动 力 系统 225.7 1.1 0.8 227.6图 传 系统 113.4 1.1 0.6 115.1整 体 造价 825.205 13.22 9.9 848.3252 船 体 部 分表 3 船 体 部 分 成 本 一 览零件 描 述单 位 价格 数 量材 料 成本工 序成 本紧 固件 成本总 成本PVC方管自 制 ，切 割 41.5 0.88m 36.52 0.02 0.4 36.943D打印船头自 制 ，3D 打印0.5 24m 12 1.1 0.4 13.53D打印船尾自 制 ，3D 打印0.5 29m 14.5 1.1

45、 0.4 16船体支撑架自 制 ，方 形 不锈 钢 管焊 接16 0.94m 15.04 2.3 0.5 17.84控制盒固定梁自 制 ，国 标 铝材角 磨 机切 割5.9 1.06m 6.25 0.2 无 6.45船体挡水壳自 制 ，亚 克 力板 激 光切 割25 0.8 20 2.8 0.4 23.2合计 104.3 7.52 2.1113.923 垃 圾 收 集 系 统表 4 垃 圾 收 集 系 统 成 本 一 览零件 描 述单 位 价格 数 量材 料 成本工 序 成本紧 固件 成本总 成本垃圾收集箱自 制 ，裁 剪 ，胶 合5.5 0.96m2 5.3 无 0.4 5.7滚筒自 制 ，

46、废 旧 玩具 船 再加 工1 1 1 无 0.6 1.6毛刷自 制 ，废 旧 扫把 再 加工0.5 1 1 无 0.5 1.5滚筒支架自 制 ，3D 打印 加 工0.5 15.8m 7.9 1.3 0.6 9.8滚筒支撑梁自 制 ，铝 材 ，角 磨 机切 割5.9 0.75m 4.425 0.3 0.4 4.725垃圾辅助收集板自 制 ，亚 克 力板 激 光切 割25 0.2 5 0.6 无 5.6角度调节器自 制 ，切 割 5 1 5 0.8 无 5.8合计29.625 3 2.525.1254 控 制 系 统表 5 控 制 系 统 成 本 一 览零件 描 述单 位价 格 数 量材 料成 本

47、工 序成 本紧 固件 成本总 成本主控制板自 制 ，锡 焊焊 接17.5 2 35 0.3 0.4 35.7电机驱动购 买件 5.3 2 10.6 无 0.8 11.4杜邦线购 买件 0.1 29 2.9 无 无 2.9锂电池购 买 230 1 230 无 1.4 231.4防水盒自 制 ，钻 孔 34.8 1 34.8 0.2 1.3 36.3稳压模块购 买 7.5 3 22 无 无 22电源线购 买 28 0.01 0.28 无 无 0.28电源开关购 买 1.2 2 2.4 无 无 1.2继电器购 买 2.7 1 2.7 无 无 2.7无线模块购 买 11.5 1 对 11.5 无 无

48、11.5合计352.18 0.5 3.9356.185 动 力 系 统表 6 动 力 系 统 成 本 一 览6 图 传 系 统表 7 图 传 系 统 成 本 一 览零件 描 述单 位价 格 数 量材 料成 本工 序成 本紧 固件 成本总 成本图传发射接收装置购 买 110 1 110 无 无 110零 件 描 述 单 位 价 格 数 量 材 料 成 本 工 序 成 本 紧 固 件 成 本 总 成 本螺 旋 桨推 进 器 购 买 223 1 对 223 无 0.4 223.4螺 旋 桨固 定 架自 制 ， 3D 打印 0.5 5.4m 2.7 1.1 0.4 4.5合 计 225.7 1.1 0

49、.8 227.6摄像头固定盒自 制 ，3D 打印0.5 6.8m 3.4 1.1 0.6 5.1合计113.4 1.1 0.6115.1十五. 创新点说明，及如何有效防水首先船体防水是一个非常重要的工作，一旦大量的水进入设计的机器中，会使机器下沉，吃水量变大。这是国内小型机器的一个大难点，尤其是船体不是封闭的金属或者其他材料。很容易使水进入其中。破坏内部结构，造成严重后果。我的设计思路是用发泡注入船体内部，填充双船体内部空余部分，由于发泡的质量很轻，水很难进入其中，这样无论船体向各个方向行进，都不会使水进入其中。在摄像头附近有挡水板，这样能有效防止滚筒扬起的水进入机构。滚筒是一大创新点，它的作用有两个。1 是将较大垃圾扫入收集箱中，避免了垃圾拥堵在船体端的尴尬局面。