(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910245912.8
(22)申请日 2019.03.28
(71)申请人 东莞理工学院
地址 523808 广东省东莞市松山湖科技产
业园区大学路1号
(72)发明人 郭建文 曹金梅 陈娴 冯九发
邱鸿华 黄馥源 梁宇锋 陈梓浩
劳振鹏
(74)专利代理机构 东莞市十方专利代理事务所
(普通合伙) 44391
代理人 罗伟平
(51)Int.Cl.
E02B 15/10(2006.01)
B63B 35/32(2006.01)
(54)发明名称
一种水面垃圾收集清洁机器人
(57)摘要
本发明涉及水面垃圾清洁技术领域，具体涉
及一种水面垃圾收集清洁机器人，包括载体，设
置于载体两侧的悬浮装置，设置于载体表面的无
线通讯装置，设置于载体的漩涡发生装置，设置
于漩涡发生装置的吸油装置，设置于载体与漩涡
发生装置、无线通讯装置和吸油装置相连的电控
装置；漩涡发生装置包括与载体相连的外桶组
件，设置于外桶组件内的内桶组件，内桶组件包
括设置于载体的驱动电机，与驱动电机传动连接
的螺杆，传动设置于螺杆的内桶体；本发明采用
内外桶协同运作的方法，在水泵驱使外桶产生旋
涡引导垃圾流动过来后，内桶在螺杆提供竖直移
动的作用下，还结合了内桶特有的漏斗形机构，
大大提高了收集垃圾的成功率高。权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 109811738 A 2019.05.28
C N 109811738
A
权 利 要 求 书1/1页CN 109811738 A
1.一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：包括载体，设置于载体两侧用于载体在水面保持悬浮的悬浮装置，设置于载体表面的无线通讯装置，设置于载体背离无线通讯装置一面的漩涡发生装置，设置于漩涡发生装置的吸油装置，设置于载体与漩涡发生装置、无线通讯装置和吸油装置相连的电控装置；所述漩涡发生装置包括与载体相连的外桶组件，设置于外桶组件内的内桶组件，所述内桶组件包括设置于载体的驱动电机，与驱动电机传动连接的螺杆，传动设置于螺杆的内桶体。
2.根据权利要求1所述的一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：所述悬浮装置包括若干用于载体在水面保持悬浮的空心管，若干所述空心管至少两组设置有驱动装置，所述驱动装置设置螺旋桨安装于空心管一端。
3.根据权利要求1所述的一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：所述无线通讯装置设置防水保护罩和无线通讯模块，所述无线通讯模块和电控装置均安装于防水保护罩内，所述电控装置一侧连接有超声波传感器。
4.根据权利要求1所述的一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：所述吸油装置包括水泵，一端与水泵相连另一端与漩涡发生装置相连的导水管，所述水泵连接排水管延伸至载体外部，所述导水管与外桶组件相连。
5.根据权利要求1所述的一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：所述内桶体内部环向均布有若干漏斗叶片。
6.根据权利要求4所述的一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：所述内桶体设置与所述导水管匹配的接口。
7.根据权利要求1所述的一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：所述内桶体内壁设置若干液位传感器，该液位传感器与所述电控装置相连。
2
目录 1引言 (3) 1.1 论文背景、意义及要求 (3) 1.2 国外、国内研究概况 (4) 1.3 市场需求预测 (6) 1.4 设计的重点与难点 (6) 2 机器人行走机构的设计 (7) 2.1空调管道系统介绍及清洗原理 (7) 2.2 机器人移动载体方案设计 (8) 2.2.1 总体方案设计 (8) 2.2.2 传动方案的设计 (9) 2.3张紧机构的设计 (11) 3. 具体设计计算 (12) 3.1 移动载体传动计算 (12) 3.1.1 左右驱动轮传动计算 (12) 3.1.2 后万向轮传动计算 (20) 3.2张紧启动系统的设计计算 (24) 3.2.1气缸的选择 (24) 3.2.2启动辅助元件和回路的选择设计 (26) 3.3 传动齿轮﹑蜗轮蜗杆的尺寸计算 (27) 3.4 轴的设计﹑计算和校核 (27) 3.5 轴承的寿命计算 (32) 4 机器人转弯时的管道通过性分析 (33) 4.1 管道机器人在水平直角弯管的通过性分析 (33) 4.2 管道机器人在矩形管水平圆弧形弯头的通过性分析 (35) 5 结构设计 (36)
1 引言 1.1 论文背景、意义及要求 清洁机器人作为服务机器人领域中的一个新产品,尽管目前国内在这方面的研究开发方面已经取得一定的成果, 但是仍有许多关键技术问题需要解决或提高, 行走机构就是其中的一个比较重要的技术。有的可在房间内随机移动，但要求有一定的动力和对地面有足够大的摩擦。事实上，虽然有一些公司推出了一些样品或产品，但却不能达到满意程度：清洁效果不佳，遍历时间长。随着当今社会的发展，空调通风系统在日常生活中发挥着越来越重要的作用。中央空调系统主宰着楼宇中空气的新陈代谢，被称为“建筑物之肺”。中央空调管道在长期使用中会积累许多灰尘、病菌及放射物等，这些有害物质在送风过程中便污染了空气，长期被人体吸入，就会危害大众的健康。因此人们在迫切要求提高生活质量的同时，要求提高工作居住场所及其他公共场所环境质量(特别是空气质量)的呼声也越来越急切。 国外发达国家由于很早以前便应用了众多的中央空调系统，针对空气质量对人身健康的危害，国外民众有比较深刻的认识(1976年美国费城的军团菌大爆发，事后认定其传染源就是该市某会场内的中央空调)。国外卫生机构相继出台了较为严密的中央空调使用及清洗法规，如:美国国家风管清洗协会制定的行业标准《暖通空调系统的评估、清洗和修复标准}) C ACR2002版)和日本制定的《日本风道清洗协会技术标准》CI990版)及芬兰新颁布的法律要求宾馆、饭店、洗衣房、工业加工产生粉尘物质的通风系统，每年清洁一次;医院、学校等每5年一次。类似的法律可以预见将在世界各地实施。目前发达国家均成立有中央空调风管清洗协会，如:国际通风卫生评议会(TCVH)、美国风道清洗协会(NADCA ) 、欧洲风道清洗协会(EVHA)、英国风道清洗协会(HVCA)旧本风道清洗协会(JADCA)等，国外的集中空调的风道清洗己经形成了一个巨大的产业。 国内有超过500万个各类中央空调需要清洗保养，而且每年正在以10%的速度递增，这些中央空调大部分运行了20年以上却从未清洗。随着我国经济的发展，人们对室内空气质量所带来的危害越来越重视，尤其是2003年“非典”疫情的传播，已使人们对中央空调带来的疾病隐患有了相当深刻的认识。为了保障公众健康，2006年3月1日，卫生部制定并实施了《公共场所集中空调通风系统卫生管理办法》，中央空调的卫生问题得到了前所未有的关注，对空调管道进行定期清洗势在必行。
移动机器人的关键技术分为以下三种: (1)导航技术 导航技术是移动机器人的一项核心技术之一[3,4]"它是指移动机器人通过传感器感知环境信息和自身状态,实现在有障碍的环境中面向目标的自主运动"目前,移动机器人主要的导航方式包括:磁导航,惯性导航,视觉导航等"其中,视觉导航15一7]通过摄像头对障碍物和路标信息拍摄,获取图像信息,然后对图像信息进行探测和识别实现导航"它具有信号探测范围广,获取信息完整等优点,是移动机器人导航的一个主要发展方向,而基于非结构化环境视觉导航是移动机器人导航的研究重点。 (2)多传感器信息融合技术多传感器信息融合技术是移动机器人的关键技术之一,其研究始于20世纪80年代18,9]"信息融合是指将多个传感器所提供的环境信息进行集成处理,形成对外部环境的统一表示"它融合了信息的互补性,信息的冗余性,信息的实时性和信息的低成本性"因而能比较完整地,精确地反映环境特征,从而做出正确的判断和决策,保证了机器人系统快速性,准确性和稳定性"目前移动机器人的多传感器融合技术的研究方法主要有:加权平均法,卡尔曼滤波,贝叶斯估计,D-S证据理论推理,产生规则,模糊逻辑,人工神经网络等"例如文献[10]介绍了名为Xavier的机器人,在机器人上装有多种传感器,如激光探测器!声纳、车轮编码器和彩色摄像机等,该机器人具有很高的自主导航能力。 (3)机器人控制器作为机器人的核心部分,机器人控制器是影响机器人性能的关键部分之一"目前,国内外机器人小车的控制系统的核心处理器,己经由MCS-51、80C196等8位、16位微控制器为主,逐渐演变为DSP、高性能32位微控制器为核心构成"由于模块化系统具有良好的前景,开发具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器也成为当前机器人控制器的一个研究热点"近几年,日本!美国和欧洲一些国家都在开发具有开放式结构的机器人控制器,如日本安川公司基于PC开发的具有开放式结构!网络功能的机器人控制器"我国863计划智能机器人主题也已对这方面的研究立项 视觉导航技术分类 机器人视觉被认为是机器人重要的感觉能力，机器人视觉系统正如人的眼睛一样,是机器人感知局部环境的重要“器官”,同时依此感知的环境信息实现对机器人的导航。机器人视觉信息主要指二维彩色CCD摄像机信息,在有些系统中还包括三维激光雷达采集的信息。视觉信息能否正确、实时地处理直接关系到机器人行驶速度、路径跟踪以及对障碍物的避碰,对系统的实时性和鲁棒性具有决定性的作用。视觉信息处理技术是移动机器人研究中最为关键的技术之一。
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 (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，
湖面清扫智能机器人的控制系统设计 1、引言 机器人是上个世纪中叶迅速发展起来的高新技术密集的机电一体化产品，它作为人类的新型生产工具，在减轻劳动强度、提高生产率、改变生产模式，把人从危险、恶劣的环境下解放出来等方面，显示出极大的优越性。在发达国家，工业机器人已经得到广泛应用。随着科学技术的发展，机器人的应用范围也日益扩大，遍及工业、国防、宇宙空间、海洋开发、紧急救援、危险及恶劣环境作业、医疗康复等领域。进入21世纪，人们已经越来越切身地感受到机器人深入生产、深入生活、深入社会的坚实步伐。机器人按其智能程度可分为一般机器人和智能机器人。一般机器人是指不具有智能，只具有一般编程能力和操作功能的机器人；智能机器人是具有感知、思维和动作的机器人。所谓感知即指发现、认识和描述外部环境和自身状态的能力，如装配机器人需要在非结构化的环境中认识障碍物并实现避障移动，这依赖于智能机器人的感觉系统，即各种各样的传感器；所谓思维是指机器人自身具有解决问题的能力，比如，装配机器人可以根据设计要求为一部复杂机器找到零件的装配办法及顺序，指挥执行机构，即指挥动作部分完成这部机器的装配；动作是指机器人具有可以完成作业的机构和驱动装置。由此可见，智能机器人是一个复杂的软件、硬件综合体。 机器人的核心是控制系统。机器人的先进性和功能的强弱通常都直接与其控制系统的性能有关。机器人控制是一项跨多学科的综合性技术，涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多种学科的内容。 近年来，随着工业和其它服务行业的蓬勃发展，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，人类赖以生存的水资源也不例外。水面污染对人类的水源构成很大的威胁，湖泊尤其是旅游胜地和市内人工湖泊，更是无法逃避漂浮物污染的厄运，举目可见各种日常消费品的包装物在湖面上漂浮。污染的加剧根治水污染。但是，水面污染的治理是一项艰难的长期任务，是全人类必须面对的共同问题。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。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，但只是用于大量泄露石油的清理。目前，我国研制的清理水面漂浮物的设备还未见报道，国外研制的也不多，并且价格昂贵，实现的功能也不尽人意。因此，开发一种性
水上垃圾清理装置 1 论文摘要 1.1中文摘要 摘要 随着我国现代化进程的加快、垃圾产生量的增加，水上漂浮垃圾的数量也日益增多，而现有人工清理方式不仅效率低下，而且带有一定的危险性。鉴于此，我们设计了这个水上垃圾清理装臵，以实现对漂浮垃圾环保、高效的收集。【关键词】垃圾收集清理环保节能
目录 1 论文摘要 (1) 1.1 中文摘要 (1) 1 引语 (1) 2 作品简介 (1) 3 作品分类 (1) 4 设计目的 (1) 5 设计基本思路 (1) 6 作品原理简介 (1) 7 作品模型图片及照片 (1) 8 使用说明 (3) 9 作品主要创新点 (3) 10 作品可行性 (4) 11 技术特点优势分析 (4) 12 适应范围 (5) 13 市场分析 (5) 14 经济效益预测 (5) 15 推广价值 (5) 16 结束语 (7)
1 引语 自古中华民族就以秀丽的山河文明于世，而在改革开放三十多年之后，我们要以更加美好的景色欢迎世界各地的友人。但随着现代化的加快，我们看到的却已不是美丽的山河，而是工业文明所导致的环境污染，以及由此所引发的种种疾病，灾难。有鉴于此，我们设计了这个水上垃圾清理装臵，希望以此为祖国环境保护尽自己的绵薄之力。 2作品简介 本作品利用船只自身行进过程与水面的相对运动，带动垃圾收集器工作，达到收集清理水面漂浮垃圾的目的。广泛适用于河面，湖面，海面等垃圾比较多的区域。具有环保、无污染、收集效率高、操作简单、成本低廉等特点。 3作品分类 机械控制与能源化工类 4设计目的 本作品是专为清理河流湖泊及海面上的漂浮垃圾而设计的。机械化的设计不仅无需外加动力，美观的外形也成为水上一道靓丽的风景线，亦可起到宣传环保意识的作用。 5设计基本思路 河流湖泊漂浮垃圾多，人工清理费时费力。本作品主要利用船只作为收集清理载体，配合本作品加以简单改装，即可实现利用船只的闲余能源清理漂浮垃圾的目的。 6作品原理简介 船只前进过程中，水流的冲击力使位于船只后方的叶轮转动，叶轮带动传送带的转动。传送带上的传送收集袋在随传送带转动的过程中把位于收集口后方的垃圾收集起来。随着传送带的转动，传送收集袋运动至后方的收集器上方，并随传送带转动，将垃圾倒入收集器中。此收集过程往复循环。 7作品模型图片及照片
说明书摘要 本发明公开了一种水面漂浮垃圾清理机，机架（15）固定于浮动平台（14）上，浮动平台（14）穿插于四根立柱（3）中，从而限制其水平移动和转动，清理机随水位高低自动升沉调整到最佳工作位置；水流驱动水轮运转，为清理机提供动力，处于缓流或静水区，驱动补偿电机（6）作为动力源；传动轴（2）上的凸轮（5）通过连杆机构（19）驱动集物耙（13）在水平面摆动，驱使垃圾向打捞口汇集，网状抄板7将其打捞至网状输送板（10）上，通过输送系统将其送至垃圾箱（4）。本发明的水面漂浮垃圾清理机具有自适应能力强，节约能源，工作效率高，无需人工维护，使用范围广等特点，可广泛用于清理江、河及湖泊的水面漂浮垃圾。
摘要附图
权利要求书 1、一种水面漂浮垃圾清理机，其特征在于：浮动平台（14）活动套穿插于至少二根立柱（3）中，机架（15）固定于所述的浮动平台（14）上，在所述的浮动平台（14）上设有垃圾箱（4），所述的浮动平台（14）上设有打捞输送系统，所述的打捞输送系统一端与所述的垃圾箱（4）对接，另一端伸到水面输送垃圾，所述的浮动平台（14）上设有与所述的打捞输送系统传动连接的驱动系统。 2、根据权利要求1所述的水面漂浮垃圾清理机，其特征在于：集物耙（13）铰接于所述的机架（15）上，所述的集物耙（13）由所述的驱动系统驱动在水平面摆动且所述的集物耙（13）对应将垃圾摆动到所述的打捞输送系统的入口端。 3、根据权利要求1或2所述的水面漂浮垃圾清理机，其特征在于：所述的打捞输送系统是在输送架（18）上设有连接轴（9）和链轮（11），所述的链轮（11）与所述的驱动系统传动连接，在所述的链轮（11）上设有两根平行同步输送链（12），所述的平行同步输送链（12）每隔一定链节数用一根长轴（8）连接于两根所述的平行同步输送链（12）之间，在所述的平行同步输送链（12）上相间设有网状输送板（10）和网状抄板（7），所述的网状输送板（10）的一侧通过两个一字型铰链杆（17）铰接于所述的平行同步输送链（12）的长轴（8）上，可绕其自由转动，另一侧搭接于下一个所述的平行同步输送链（12）的长轴（8）上；所述的网状抄板（7）由两个成60°角度的V型铰链架（16）铰接于所述的平行同步输送链（12）的长轴（8）上，所述的V型铰链架（16）一侧搭接于所述的平行同步输送链（12）的下一个长轴（8）上，另一侧支撑所述的网状抄板（7）使其与传送面成60°角度。 4、根据权利要求1或2所述的水面漂浮垃圾清理机，其特征在于：所述的驱动系统是水轮（1）和驱动补偿电机（6）分别通过离合器连接于传动轴（2）的两端，所述的传动轴（2）与所述的打捞输送系统和所述的集物耙（13）传动连接。 5、根据权利要求4所述的水面漂浮垃圾清理机，其特征在于：凸轮5集成于所述的传动轴（2）上，所述的集物耙（13）通过连杆机构（19）与所述的凸轮（5）传动连接。
中央空调管道清扫机器人 作品说明书 项目名称：中央空调管道清洗机器人 负责人： 学学 校： 院： 河南理工大学 电气学院 联系电话：
中央空调管道清扫机器人说明书 摘要：在进行本设计前，我们充分考虑了空调管道清扫机器人工作环境的特点，认识到自主控制机器人设计和操作虽简便，但其工作有很大的盲目性，对管道的清洁状况和清扫结果都无法进行实时反馈，这样必然影响其工作效率。因此，我们以高效为理念，进行了本设计，实现了机器小车的实时监测与控制。 本设计主要有机器主机、无线信号发送和接受装置、无线视频信号发送和接收装置、监控台和遥控器等几部分组成，软件方面主要应用了51单片机电路、无线信号传输技术、电源电路和独立按键技术。 机器人工作时，机器主机进入管道内，监控台和遥控器置于管道外，通过无线信号发送和接收装置进行连接，从而对机器人对中央空调清扫的过程进行实时的监测和控制。 关键词：无线信号传输，遥控，管道吸尘，毛刷，摄像头 1.作品应用背景 在室内空气污染来源中,中央空调的污染物与日俱增。 2003年8月份中国标准化研究院及卫生部共同起草了GB19210-2003《空调通风系统清洗规模》和卫 生部2003《公共场所集中空调通风系统卫生规模》，卫生部还于2005年提出了《公共场所集中空调通风系统卫生管理办法》。 目前全国共有上百万台中央空调亟待清洗保养,空调清洗行业正在悄悄兴起。而国内市场上尚无管道清洁机器人产品,本文设计的中央空调管道清洁机器人系统结构简单，自动化程度高,适用范围广，成本 较低,对促进我国中央空调管道清洗行业的发展、改善室内空气质量、提高生活和健康水平等具有积极的意义。 2．中央空调管道清洁机器人发展趋势 国内有超过500万个各类中央空调需要清洗保养，而且每年正在以10%的速度递增，这些中央空调大部分运行了20年以上却从未清洗。随着我国经济的发展，人们对室内空气质量所带来的危害越来越重视，尤其是2003年“非典”疫情的传播，已使人们对中央空调带来的疾病隐患有了相当深刻的认识。为了保障公众健康，2006年3月1日，卫生部制定并实施了《公共场所集中空调通风系统卫生管理办法》，中央空调的卫生问题得到了前所未有的关注，对空调管道进行定期清洗势在必行。因此，中央空调清洗 行业将成为中国一个新兴的并有着巨大潜力的发展行业，对中央空调清洁机器人的研究与开发更是具有很大的社会价值和商业价值。 3.创新点
机器人上用的传感器的介绍 作者：Ricky 文章来源：https://www.doczj.com/doc/2115718307.html,更新时间：2006年05月20日打印此文浏览数：18549 感知系统是机器人能够实现自主化的必须部分。这一章，将介绍一下移动机器人中所采用的传感器以及如何从传感器系统中采集所需要的信号。 根据传感器的作用分，一般传感器分为： 内部传感器（体内传感器）：主要测量机器人内部系统，比如温度，电机速度，电机载荷，电池电压等。 外部传感器（外界传感器）：主要测量外界环境，比如距离测量，声音，光线。 根据传感器的运行方式，可以分为： 被动式传感器：传感器本身不发出能量，比如CCD，CMOS摄像头传感器，靠捕获外界光线来获得信息。 主动式传感器：传感器会发出探测信号。比如超声波，红外，激光。但是此类传感器的反射信号会受到很多物质的影响，从而影响准确的信号获得。同时，信号还狠容易受到干扰，比如相邻两个机器人都发出超声波，这些信号就会产生干扰。 传感器一般有以下几个指标： 动态范围：是指传感器能检测的范围。比如电流传感器能够测量1mA－20A的电流，那么这个传感器的测量范围就是10log（20/0.001)=43dB. 如果传感器的输入超出了传感器的测量范围，那么传感器就不会显示正确的测量值了。比如超声波传感器对近距离的物体无法测量。 分辨率：分辨率是指传感器能测量的最小差异。比如电流传感器，它的分辨率可能是5mA，也就是说小于5mA的电流差异，它没法检测出。当然越高分辨率的传感器价格就越贵。 线性度：这是一个非常重要的指标来衡量传感器输入和输出的关系。 频率：是指传感器的采样速度。比如一个超声波传感器的采样速度为20HZ，也就是说每秒钟能扫描20次。 下面介绍一下常用的传感器： 编码器：主要用于测量电机的旋转角度和速度。任何用电机的地方，都可以用编码器来作为传感器来获得电机的输出。
一种水面漂浮物自动清理机器人结构设计 史浩辉，李莉莉，付宗国，罗准，官俊 （浙江海洋大学船舶与机电工程学院，浙江舟山316022） 摘要：为了解决传统的垃圾打捞船难以解决的小型水面悬浮物的问题，提出一种利用“漩涡”和网筛工作原理，并以太阳能为新能源的一种水面漂浮物清理机器人的设计方案。实现对水体的“二次清理”，也可在水面航行过程或在静止在某固定点完成垃圾的收集，方便灵活。 关键字：新能源；机器人；网筛过滤；环保设备 中图分类号:TP242.3文献标志码:A文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园员9）01原园110原园3 Structural Design of an Automatic Cleaning Robot for Water Surface Floating Object SHI Haohui，LI Lili，FU Zongguo，LUO Zhun，GUAN Jun (School of Naval Architecture and Electromechanical Engineering,Zhejiang Ocean University,Zhoushan316022,China) Abstract:In order to solve the problem that traditional garbage salvage vessels are difficult to collect small water surface floating objects,this paper proposes a design scheme of a surface floating object cleaning robot that uses the principle of whirlpool and mesh screen and uses solar energy as new energy.To achieve the"secondary clean-up"of water,it is also convenient and flexible to collect garbage in the surface navigation process or at a fixed point. Keywords:new energy;robot;mesh screen filtering;environmental protection equipment 0引言 当前国内外对于封闭或小型水域垃圾清理研究较 少，水上垃圾清理主要以人工清理为主。虽然目前国内外 所开发出的垃圾清理船种类繁多，作用原理也不一而足， 但它们大都是定位于江、河、湖、海等大面积水域的垃圾 清理，而且只能对于水中的较大体积的漂浮物进行清理， 而对于水中较小的悬浮垃圾却是束手无策，不能对水体 的清洁作进一步的处理。本文设计了一种水面漂浮物自 动清理机器人，不仅可以清理较大体积漂浮物，而且可以 清理水面小型的悬浮物（如浮萍、藻类、果皮等）[1]，解决了 传统的垃圾打捞船难以解决的小型水面悬浮物的问题。 1水面漂浮物清理机器人 1援1水面机器人主要结构 水面漂浮物自动清理机器人，包括船体及船体的前后两侧分别设置的前阀门和后阀门，且船体中设有网筛。船体的内部为用于放置网筛的主舱室、船体前舱、船体后舱、片体内隙、船舱侧隙组成；前舱阀门的启闭型式为滑移式，并且船体前舱和船体后舱通过船舱侧隙连接。船体底部安装有斗状套筒，斗状套筒末端与水泵进水口相连；在水泵出水口安装电磁阀，在船体底部后侧对称安装两个水下推进器；且水下推进器上都设有推进器螺旋桨。船体与机器人上盖通过U型滑槽滑动连接，机器人上盖前端设置有激光雷达传感器，船体后舱内设置有控制装置；且控制装置为控制在船体底部的水泵工作，还控制着水下推进器的转速，船体前舱里安装超级电容[2]。实现太阳能充电和内置电池储电的互换，通过无线电无线遥控、自主控制互换的方式实现清理垃圾的智能化。 1.2机器人流线型外形 为了减少机器人在水下时，由于水体对机器人表面造成的阻力问题，提高水面垃圾清理机器人在湖面、河流中的能动性。我们把该机器人的外形构造为流线型外形，提出构思的想法和高速列车的车头结构大致相同，对于水流有顺流作用，以此来减少水中阻力对机器人的能源消耗，同时也更加美观[3]。如图2所示，网筛的顶部为通过船舱侧隙表面上设置的网筛扣固定，整体侧面都为流线型外型。 2主要设备与性能 2.1网筛过滤装置和仓内垃圾处理 如图3，船体的主舱室、船体前舱、船体后舱中都放置 图1水面漂浮物自动清理机器人的3/4结构示意图 后阀门2.船盖侧夹层3.片体内隙4.推进器螺旋桨 水下推进器主体6.水泵7.电磁阀8.斗状套筒9. 前舱10.前阀门11.激光雷达传感器12.船盖前夹层 太阳能电池板 13 11 10 9876 5 1 110 圆园员9年第1期网址：https://www.doczj.com/doc/2115718307.html,电邮：hrbengineer@https://www.doczj.com/doc/2115718307.html,
项目名称振动式管道清洗机器人 基本信息概述 项目大类科技发明制作B类 项目小类机械与控制 项目简介 本作品主要由电机、偏心块、毛刷等组成。基于毛刷的弹性与自适应性，利用电机带动偏心块产生离心力压缩毛刷，以管壁对毛刷的反作用力来实现旋转前进。利用高频振动的毛刷来清洗灰尘及污垢。可实现大角度转弯、变径管道清洗、竖直管道清洗等功能，克服了机器人在管道中卡死、打滑等缺点。 项目图片： 项目介绍 本作品制作材料基本上为塑料，采用多节连接，前一节中间为电机，两节之间用挠性软管链接，后一节载有电池。每节长度约为直径的2/3。 他基于毛刷的弹性与自适应性，使附在机器人周围的毛刷与机器人端面法向径向都形成一定的角度，利用电动机带动偏心轮产生离心力传向毛刷，使毛刷偏移角度发生变化，毛刷与管壁间产生摩擦力推动机器人前进。同时，管壁施加给毛刷的法向力由于毛刷的偏移产生力矩，迫使机器人旋转。两个运动合成后，机器人呈螺旋前进状态。再前进过程中，由于毛刷高频振动，与管壁间相对高速来回滑动，已达到清洗管道的目的。在清洗过程中若需对某一处管道加强清洗时，对机械人施加一个反方向的力，则可使毛刷停留下来旋转清洗，实现定点定位清洗功能，本作品可加一个辅助装置实现。 作品设计、发明的目的和基本思路、创新点和主要技术指标
1 设计目的：本作品是针对目前管道清洗机器人在行走机构、清扫方式、驱动装置、管道适应性等方面存在的不足来进行设计的，可实现大角度转弯、变径管道清洗、竖直管道清洗等功能，克服了机器人在管道中卡死、打滑等缺点。 2 基本思路：基于毛刷的弹性与自适应性，使附在机器人周围的毛刷与机器人端面法向径向都形成一定的角度，利用电动机带动偏心轮产生离心力传向毛刷，使毛刷偏移角度发生变化，毛刷与管壁间产生摩擦力推动机器人旋转前进。再前进过程中，由于毛刷高频振动，与管壁间相对高速来回滑动，以达到清洗管道的目的。 3 创新点：以毛刷变形产生螺旋前进动力，高频振动清洗，毛刷集清洗与驱动于一身，不需要大扭矩电机；毛刷与管壁间实现压缩性全接触，摩擦力大，不易发生打滑现象。 4 技术关键：在于确定毛刷的偏移角度和机器人振动的频率，对于振动规律进行分析，确定机器人在前进与清洗最佳状态时的振动参数；应用有关知识求解系统最优参数，为设计与开发振动式管道清洗机器人奠定理论基础与实验基础。 主要技术指标如下： 1）毛刷偏移角度：5°～60° 2）行走速度：≤250mm/s 3）变径范围：≤3mm（φ75） 4）爬坡角度：0°～90° 5）转弯角度：0°～90 ° 6）最快转速：110r/min 7）振动频率：≥50Hz 8）功率：0.012KW 作品的先进性科学性 本作品是管道清洗机器人的一次革新，他从更本上改变了以往管道清洗机器的清洗及行走方式，克服了目前管道清洗机器人的多方不足。其理论准确、论据充分、方案可行，具有研究与开发的使用价值。 目前国外的管道清洗机器人大多采用轮式或双履带式移动载体，越障能力差。并且，管道清洗机器人是在管道限定的环境里运行，尤其是在有弯曲管道里运行，一方面，机器人在弯管(包括垂直管道) 行走中要有足够的摩擦力来克服重力的影响，另一方面需要提供足够大的驱动力来克服各种阻力，这就需要尺寸小而扭矩大的电机…… 通过实验对比，本作品具有如下优点： 1、清洗速度快，不打滑，效率高，效果明显。 2、可清洗竖直管道、变径管道、“S”形，“U”形等特殊管道。 3，体积小，重量轻，结构简单，维修容易，操作简单。 4，备件少，成本低，可更换多种规格毛刷，使用寿命长。 综上所述，本作品与国内管道清洗机器人相比较，更具有结构科学性，性能可靠性，效率高效性等特点。 使用说明及技术特点和优势，作品的适用范围，推广前景，市场分析和经济效益预测 使用说明： 本作品机构简单，操作方便，不需要专业人员即可使用。 1、打开机器人电源开关打开，将机器人头部放入待清洗管道，机器人即可螺旋前进进行清
机器人最实用的10种传感器盘点 随着智能化的程度提高，机器人传感器应用越来越多。智能机器人主要有交互机器人、传感机器人和自主机器人3种。从拟人功能出发，视觉、力觉、触觉最为重要，早已进入实用阶段，听觉也有较大进展，其它还有嗅觉、味觉、滑觉等，对应有多种传感器，所以机器人传感产业也形成了生产和科研力量。 内传感器 机器介机电一体化的产品，内传感器和电机、轴等机械部件或机械结构如手臂（Arm）、手腕（Wrist）等安装在一起，完成位置、速度、力度的测量，实现伺服控制。 位置（位移）传感器 直线移动传感器有电位计式传感器和可调变压器两种。角位移传感器有电位计式、可调变压器（旋转变压器）及光电编码器三种，其中光电编码器有增量式编码器和绝对式编码器。增量式编码器一般用于零位不确定的位置伺服控制，绝对式编码器能够得到对应于编码器初始锁定位置的驱动轴瞬时角度值，当设备受到压力时，只要读出每个关节编码器的读数，就能够对伺服控制的给定值进行调整，以防止机器人启动时产生过剧烈的运动。 速度和加速度传感器 速度传感器有测量平移和旋转运动速度两种，但大多数情况下，只限于测量旋转速度。利用位移的导数，特别是光电方法让光照射旋转圆盘，检测出旋转频率和脉冲数目，以求出旋转角度，及利用圆盘制成有缝隙，通过二个光电二极管辨别出角速度，即转速，这就是光电脉冲式转速传感器。此外还有测速发电机用于测速等。 应变仪即伸缩测量仪，也是一种应力传感器，用于加速度测量。加速度传感器用于测量工业机器人的动态控制信号。一般有由速度测量进行推演、已知质量物体加速度所产生动力，即应用应变仪测量此力进行推演，还有就是下面所说的方法： 与被测加速度有关的力可由一个已知质量产生。这种力可以为电磁力或电动力，最终简化为对电流的测量，这就是伺服返回传感器，实际又能有多种振动式加速度传感器。
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910245912.8 (22)申请日 2019.03.28 (71)申请人 东莞理工学院 地址 523808 广东省东莞市松山湖科技产 业园区大学路1号 (72)发明人 郭建文 曹金梅 陈娴 冯九发 邱鸿华 黄馥源 梁宇锋 陈梓浩 劳振鹏 (74)专利代理机构 东莞市十方专利代理事务所 (普通合伙) 44391 代理人 罗伟平 (51)Int.Cl. E02B 15/10(2006.01) B63B 35/32(2006.01) (54)发明名称 一种水面垃圾收集清洁机器人 (57)摘要 本发明涉及水面垃圾清洁技术领域，具体涉 及一种水面垃圾收集清洁机器人，包括载体，设 置于载体两侧的悬浮装置，设置于载体表面的无 线通讯装置，设置于载体的漩涡发生装置，设置 于漩涡发生装置的吸油装置，设置于载体与漩涡 发生装置、无线通讯装置和吸油装置相连的电控 装置；漩涡发生装置包括与载体相连的外桶组 件，设置于外桶组件内的内桶组件，内桶组件包 括设置于载体的驱动电机，与驱动电机传动连接 的螺杆，传动设置于螺杆的内桶体；本发明采用 内外桶协同运作的方法，在水泵驱使外桶产生旋 涡引导垃圾流动过来后，内桶在螺杆提供竖直移 动的作用下，还结合了内桶特有的漏斗形机构， 大大提高了收集垃圾的成功率高。权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 109811738 A 2019.05.28 C N 109811738 A
权 利 要 求 书1/1页CN 109811738 A 1.一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：包括载体，设置于载体两侧用于载体在水面保持悬浮的悬浮装置，设置于载体表面的无线通讯装置，设置于载体背离无线通讯装置一面的漩涡发生装置，设置于漩涡发生装置的吸油装置，设置于载体与漩涡发生装置、无线通讯装置和吸油装置相连的电控装置；所述漩涡发生装置包括与载体相连的外桶组件，设置于外桶组件内的内桶组件，所述内桶组件包括设置于载体的驱动电机，与驱动电机传动连接的螺杆，传动设置于螺杆的内桶体。 2.根据权利要求1所述的一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：所述悬浮装置包括若干用于载体在水面保持悬浮的空心管，若干所述空心管至少两组设置有驱动装置，所述驱动装置设置螺旋桨安装于空心管一端。 3.根据权利要求1所述的一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：所述无线通讯装置设置防水保护罩和无线通讯模块，所述无线通讯模块和电控装置均安装于防水保护罩内，所述电控装置一侧连接有超声波传感器。 4.根据权利要求1所述的一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：所述吸油装置包括水泵，一端与水泵相连另一端与漩涡发生装置相连的导水管，所述水泵连接排水管延伸至载体外部，所述导水管与外桶组件相连。 5.根据权利要求1所述的一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：所述内桶体内部环向均布有若干漏斗叶片。 6.根据权利要求4所述的一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：所述内桶体设置与所述导水管匹配的接口。 7.根据权利要求1所述的一种水面垃圾收集清洁机器人，其特征在于：所述内桶体内壁设置若干液位传感器，该液位传感器与所述电控装置相连。 2
中央空调管道清洁机器人机构设计 一、课题训练容 本课题基于国外已经取得的科研成果，针对中央空调矩形通风管道系统的特点作了深入的分析和论证，在查阅和掌握大量有关文献的基础上，针对矩形的空调管道提出了管道机器人的机构设计方案。本课题训练容： 1.移动载体的设计﹑撑紧装置的设计﹑机械手的设计 2.零件设计计算以及强度校核 3.对机器人在转弯时的通过性进行了分析 二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量等具体要求）论文任务： 针对矩形的空调管道设计管道清洁机器人。 论文要求： 1.设计说明书按《科技学院毕业设计（论文）格式模板》要求书写。 2.译文见附页。 3.程序要求框图详细完整，硬件图纸完备，程序清单作为附页附在论文后，程序及电子文档刻成光盘与报告同时上交。 4.设计指标需考虑技术经济性要求。 三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料 主要参数： 机器人车体长为501mm，宽438mm，高为294mm，车体加上机械手附带毛刷总长为1281mm；机械手总长为792.5mm水平最高行进速度：1m/s；垂直攀爬速度：100mm/s；垂直攀爬载重：10kg；回转半径：0；机械手自由度：4；监视器回转速度：2度/秒；监视器水平回转围：360°；监视器俯仰回转围：240度。
主要参考资料： [1] GB/T 19210-2003．空调通风系统清洗规[S]．中国标准化，2003，(9):66-67 [2] 甘小明，徐滨士，董世运等．管道机器人的发展现状[J]．机器人技术与应 用，2003，(6)：5-10 [3] 龚振邦等编著．机器人机械设计[M]．：电子工业，1995 [4] 濮良贵，纪名刚等编著.第8版.机械设计[M].：高等教育，2005 [5] 桓，作模，文杰等编著.第7版.机械原理[M].：高等教育，2006 [6] 宋章军，恳，向东等．通风管道智能清污机器人MDCR-I的研制与开发[J]．机 器人，2005，27(2)：142-146 [7] 晓明，车立新，霄鹏等．中央空调管道清扫机器人的设计[J]．机械，2005， 32(1)：39-41 [8] 文彬，建国，蓓智等．管道检测机器人的研制[J]．机械工程师，2005，(1)： 16-18
“水上漂浮物自动清理机器人”项目研究结题报告 学生姓名：鲍陈磊于一帆陈姝妍刘冰 学院名称：电气工程及自动化学院 指导老师：雷呈喜助理工程师 1课题研究目的 本课题所要研制的水面漂浮物自动清理机器人是一种新型高科技环保产品，主要用于水面漂浮物（如漂浮垃圾）的打捞和收集工作。其自动化程度较高，能完成对各种水面漂浮垃圾的扫描、和收集工作，并能有效回避障碍物，收集满后还能自动返回，同时也可以将其改为由工人遥控完成，能适应各种情况下的工作，从而使得使用的范围更加广泛，效果更加显著。 2课题背景 近年来，随着工业的发展，我国水体污染日益加剧，社会影响巨大，造成的经济损失更是无以估量。在经济不断发展的今天，人们已经越来越意识到环境保护的重要性，特别是水体保护的重要性，这不仅仅是美化我们的生活环境，创造更加适宜的生存空间，而且更是对经济、对我们的日常生活有着十分深刻的现实 对于水面漂浮物的治理，国外已研制成功大型综合清污船等自动化水平比较高的水面固体垃圾收集机械，定时在河道上巡航清污，用较小的经济成本换来了较大的环境效益。 而国内的治理现状仍然停留在人工打捞阶段，效率比较低，工作强度比较大，亟需实用的机械化设备参与清污。 于此同时，人工打捞方式还有一定的限制，对于水面比较狭窄的地方，或是水较少，水深小于50cm左右的地方，就无法进行正常的打捞工作；同时，对于一些污染比较严重的水体，人工打捞也就不太合适了。 我们研制的水上漂浮物自动清理机器人模型，就是为了改进以上人工打捞的不足而设计的，可以在很大程度上提高固体垃圾收集的效率和垃圾收集的范围，降低成本，减少工作人员的工作强度。它可以实现自动扫描、寻找、识别各种漂浮于水面之上的垃圾，自动地运动到垃圾处收集垃圾，把收集到的废物放在回收箱。同时可以实现人工遥控控制，以满足各方位的需要。 3课题研究主要内容 我们设计制作的水上漂浮物自动清理机器人模型如下图所示，由机械部分和电子部分构成。
智能机器人中最实用的10种霍尼韦尔传感器盘点 随着智能化的程度提高，机器人传感器产品应用越来越多。智能机器人主要有交互机器人、传感机器人和自主机器人3种。从拟人功能出发，视觉、力觉、触觉最为重要，早已进入实用阶段，听觉也有较大进展，其它还有嗅觉、味觉、滑觉等，对应有多种传感器，所以机器人传感产业也形成了生产和科研力量，泰德兰电子科技中霍尼韦尔（honeywell）传感器在智能机器人中有哪些应用呢？ 内传感器 机器介机电一体化的产品，内传感器产品和电机、轴等机械部件或机械结构如手臂（Arm）、手腕（Wrist）等安装在一起，完成位置、速度、力度的测量，实现伺服控制。 位置（位移）传感器 直线移动传感器有电位计式传感器和可调变压器两种。角位移传感器有电位计式、可调变压器（旋转变压器）及光电编码器三种，其中光电编码器有增量式编码器和绝对式编码器。增量式编码器一般用于零位不确定的位置伺服控制，绝对式编码器能够得到对应于编码器初始锁定位置的驱动轴瞬时角度值，当设备受到压力时，只要读出每个关节编码器的读数，就能够对伺服控制的给定值进行调整，以防止机器人启动时产生过剧烈的运动。 速度和加速度传感器 速度传感器有测量平移和旋转运动速度两种，但大多数情况下，只限于测量旋转速度。利用位移的导数，特别是光电方法让光照射旋转圆盘，检测出旋转频率和脉冲数目，以求出旋转角度，及利用圆盘制成有缝隙，通过二个光电二极管辨别出角速度，即转速，这就是光电脉冲式转速传感器。此外还有测速发电机用于测速等。
应变仪即伸缩测量仪，也是一种应力传感器，用于加速度测量。加速度传感器用于测量工业机器人的动态控制信号。一般有由速度测量进行推演、已知质量物体加速度所产生动力，即应用应变仪测量此力进行推演，还有就是下面所说的方法： 与被测加速度有关的力可由一个已知质量产生。这种力可以为电磁力或电动力，最终简化为对电流的测量，这就是伺服返回传感器，实际又能有多种振动式加速度传感器。 力觉传感器 力觉传感器用于测量两物体之间作用力的三个分量和力矩的三个分量。机器人中理想的传感器是粘接在依从部件的半导体应力计。具体有金属电阻型力觉传感器、半导体型力觉传感器、其它磁性压力式和利用弦振动原理制作的力觉传感器。 还有转矩传感器（如用光电传感器测量转矩）、腕力传感器（如国际斯坦福研究所的由6个小型差动变压器组成，能测量作用于腕部X、Y和Z三个方向的动力及各轴动转矩）等。 由于机器人发展历史较长，近年来普遍采用以交流永磁电动机为主的交流伺服系统，对应位置、速度等传感器大量应用的是：各种类型的光电编码器、磁编码器和旋转变压器。 外传感器 以往一般工业机器人是没有外部感觉能力的，而新一代机器人如多关节机器人，特别是移动机器人、智能机器人则要求具有校正能力和反应环境变化的能力，外传感器就是实现这些能力的。 触觉传感器 微型开关是接触传感器最常用型式，另有隔离式双态接触传感器（即双稳态开关半导体电路）、单模拟量传感器、矩阵传感器（压电元件的矩阵传感器、人工皮肤——变电导聚合物、光反射触觉传感器等）。 应力传感器 如多关节机器人进行动作时需要知道实际存在的接触、接触点的位置（定位）、接触的特性即估计受到的力（表征）这三个条件，所以用上节已指出的应变仪，结合具体应力检测的基本假设，如求出工作台面与物体间的作用力，具体有对环境装设传感器、对机器人腕部装设测试仪器用传动装置作为传感器等方法。 接近度传感器
摘要：设计一种新型的水上清洁机器人。把指南针引入自动控制系统，实现了螺旋前进运动，大大简化了操作过程。工作时只需用遥控器设定它的旋转半径和前进方向，就可以自动地完成水面清洁任务。由于采用了柔性舵，转向更灵敏，从而保证了它具有良好的机动性。经过试验取得了良好的效果。 关键词：打捞机构；指南针加速检测；柔性舵；水上清洁 在现实生活中有许多水源，如河流、人工湖、浅水面、海水浴场等，水面上都漂浮着塑料袋、泡沫、过量的水藻、树叶等很多垃圾，严重影响着人们的健康生活和环境的美丽。现在已有的大型打捞船体积大、成本高，需要多人同时协同工作，而且不能进入小区域实施打捞工作。在很多小型区域水面上依然是依靠人工打捞垃圾，而人工打捞工作难度和劳动强度都很大。为了解决这一问题，我们设计制作了水上清洁机器人。它具有成本低、体积小、操作灵活等优点，非常适合在小型区域进行打捞清洁作业，而且实现了自动化的控制，操作人员只需利用遥控器设定两个实际工作参数，水上清洁机器人就可以自动完成水上的清洁任务。 1设计思路 通常来说，垃圾在水面上的分布是不均匀的，如图1所示。若是采用直线式往复运动的轨迹打捞，由于垃圾相对于水面有一定的漂移，打捞效果不好，操纵人员需要根据垃圾分布不均匀的情况不停地来回操纵，费时费力，且对机器损害较大。经分析发现，螺旋前进运动的轨迹是比较理想的，这种运动轨迹具有渐进性，只要设定旋转半径和螺旋渐进方向即可，简化了操纵过程，而且同一区域的水面可以被清洁多次，清洁效果较好，如图2所示。 图1水面上垃圾分布示意图 图2改变旋转半径控制清洁范围 设计要求机器人能够自动完成螺旋前进运动，并且螺旋半径可以调节。仅改变转向舵的角度只能使船体绕某一中心的旋转，并不能实现船体沿某一方向偏移前进。曾考虑使用陀螺仪，考虑到它的价格非常昂贵，需要的处理电路过于复杂，而我们需要的只是一个精度要求不高的开关信号，所以最终采用了指南针，同样达到了很好的效果。经过分析论证后，将指南针引入船体的自动控制系统中，运用了指南针指向不变的原理，在船体转到某一确定位置时加速行驶，实现螺旋渐进运动，如图3所示。 图3在确定位置加速实现螺旋前进