遥控式水面垃圾自动清理器

祁于航 柴泽旭 石可 郭宏进 王丽华 赵文余

摘要：针对水面垃圾的清扫，开发了遥控水面垃圾清扫器，主要由船体、垃圾收集设备、垃圾收集设备、供能系统、动力系统、遥控系统等组成。垃圾收集装置和电动垃圾收集装置，提高垃圾收集效率，远程控制系统设计提供高度自动化的水面垃圾清理。

关键词：遥控式，水面垃圾，自动清理器

随着经济的快速发展，水资源的环境保护也越来越受到重视。一些环保意识低下的人将垃圾直接倾倒在湖中。这不仅污染了环境，而且逐渐威胁到水资源的利用和旅游业。因此，净化水面废物是水体环境保护的重要措施之一。目前，国内外清理地表垃圾主要有两种方式：人工收集和机械收集。人工打捞采用半舱或甲板机动驳船，卫生工作者手持网袋站在甲板边缘，直接收集杂物。这种操作方法费力，工作环境恶劣。不仅清洗困难，而且综合性强、成本高，而且无法治理大雨、台风季节发生的水葫芦等海洋污染。但机械回收设备存在不连续、笨拙、费时等明显弊端，不能满足小河湖水面清理的需要。针对上述情况，项目组研发了遥控水洗杂物，技术支持小河湖杂物的清理。

1结构设计

入流面洗污机由清污系统、推进系统和控制系统组成，它依托水的流动性原理，采用双体结构设计，优化了主体及附件的形态参数。提高稳定性，降低航行阻力，适应各种复杂的水域环境。舞台前放置了摄像头和天线，舞台中央放置了24V、16Ah的大容量锂电池，电子舱内的舞台上放置了控制电路和导航设备。推进系统由推进电机、风道推进器和推进器防护罩组成，垃圾清扫系统由垃圾收集桶、高度调节板和水泵组成。机器和水泵在垃圾收集桶的后面。垃圾收集桶底部低于水面，底部倾斜，以利于水流的形成和垃圾的流入。高度调节板可以连接装载平台和垃圾收集桶，同时调整水下收集桶的位置和水的流速，以适应各种水环境。正常垃圾收集的可行性。双体船的两个浮筒都装满了泡沫聚苯乙烯。这样不仅可以满足相应的浮力要求，还可以密封浮筒，防止漏水，使船体更加稳定。

2工作原理

为了达到清理垃圾的目的，系统需要协调工作。工作原理流程图采用遥控器控制吸尘器收集电机反向旋转，产生平行和反向水流。收集的杂物呈凹形，导向槽流向杂物收集器。通过减速电机和齿轮组驱动主动辊

输送带与主动滚轮和从动滚轮牢固连接，附在其上的网状钩臂可连续将杂物运送至可拆卸垃圾桶。网状钩臂用于捕捉灰尘和过滤灰尘中的水分。船体的前进、后退、转弯和加速均可通过遥控系统进行控制。

其原理如下。遥控器发出控制信号，接收器接收到遥控信号后，电子调速器控制前后旋转和两台动力电机的速度前进和后退。当两个电机同时来回旋转时，船体来回运动。如果两个电机的速度不同，船体将以较低的速度旋转。边。安装在船体顶部的太阳能电池板可以在充足的阳光下为电池充电，节省能源。安装在船体前后的摄像头有效地监控水面和碎片数量，并为地勤人员提供视觉信息。

2.1推进系统

本机采用STM32单片机作为主控单元，NEO-M8NPixhawkAPM采用GPS定位模块和电子罗盘作为导航控制器，摄像头传感器采用FPV700单板高清摄像头。它采用智能导航模式和远程控制模式相结合的方式来控制机器的转向和前后方向。遥控器通过接收器控制两个推进电机。螺旋桨放置在双体船两侧的浮筒中。已添加ESC以促进差速转向。

2.2带导管和螺旋桨护罩的螺旋桨

螺旋桨外壳导管以提高其效率。风管的横截面是翼型的，外侧是直的，内侧是弧形的。螺旋桨向前旋转时，螺旋桨旋转面前后存在压力差，会产生向前推力。此外，导管的静态推力在零前进速度时最大化。这意味着当机器从静止位置开始移动时，它将最高效且易于启动。在低速时，涵道螺旋桨可将效率提高约20%。风管前后均设有金属防护罩，防护罩呈网状和半水滴状，以减少附加阻力。防护罩可防止水中水草等障碍物缠绕，增加航行安全，保证速度稳定性。

2.3电机推进器

使用T100电机推进器。由塑料和不锈钢制成的螺旋桨防锈、价格便宜、易于控制和免维护。电机采用防水保护涂层密封，与螺旋桨和喷嘴紧密结合。与普通螺旋桨相比，它占用的空间减少了36%，并且可以在水兼容机器的高静态推力要求下反转螺旋桨以实现反扭矩。使用三相无刷电机设计和高性能塑料轴承进行最小化。摩擦、主动水冷有助于冷却电机；即使没有充气或充油腔，它也能承受极压。垃圾收集桶位于两个浮标之间。当使用400W水泵在垃圾桶前壁底部吸水时，水会沿着斜坡从入口流入垃圾桶。形成一股水流。由于水的粘性作用，杂物可以随水一起流入垃圾收集斗，但同时，水的存在也不允许杂物轻易逸出。另外，水位调节板调节水下垃圾收集桶的位置，调节水流速度，应用水的流动性和粘性原理，实现垃圾收入，提高效率。它依靠水流在机器靠近时自动排出灰尘，电池直接为水泵供电。只要机器在运行，水泵就一直开着。具有恒定水流，防止废物收入外流，确保废物清洁效率，并设置保证以调节水流清洁不同水和不同环境条件的废物的机制和机器。大大提高了机器的适用性和稳定性。

3结论

结合自动导航模式和无线遥控模式，采用24V、16Ah大容量锂电池，可长时间持续供电。电池配备低电压报警模块，保护电池寿命。

采用双体船结构设计，水域内的地表风和洋流对航行几乎没有影响，保证航行稳定性，适合各种水域环境工作。低阻力保证速度，快速有效。清除水面上的灰尘。

涵道螺旋桨设计提高航行效率，螺旋桨防护罩设计确保航行安全。水泵吸力产生的水流使杂物高效快速地流入，填充泡沫塑料的浮力设计提高了机器的安全性和可靠性。高度调节板设计让可以调节水下垃圾收集桶的高度，调节水面以上的高度，然后调节水的流速。原材料清洁、环保、可回收，符合可持续发展理念。

参考文献：

[1]张定华.工程力学[M].北京:高等教育出版社,2010:7-29.

[2]杨黎明.机械零件设计手册修订版[M].北京:国防工业出版社,1993:2-18,300-303.

[3]姜志海.单片机的C语言程序设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2015:52-60.

[4]冯清秀.机电传动控制[M].武汉:华中科技大学出版社,2016:230-238,277-285.

[5]陈立德.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社,2013:156-159