基于慧鱼模型的水上垃圾收集器设计.doc

精品文档 毕 业 设 计（论 文）基于慧鱼模型的水上垃圾收集器设计专业年级 机械工程及自动化 2008级 学号姓名 指导教师 评 阅 人 二一二年六月中国 常州44欢迎下载44欢迎下载44欢迎下载44欢迎下载44欢迎下载44欢迎下载44欢迎下载44欢迎下载44欢迎下载44欢迎下载44欢迎下载44欢迎下载44欢迎下载。河海大学本科毕业设计（论文）任务书（理工科类）、毕业设计（论文）题目：基于慧鱼组合模型的水上垃圾收集器设计、毕业设计（论文）工作内容（从综合运用知识、研究方案的设计、研究方法和手段的运用、应用文献资料、数据分析处理、图纸质量、技术或观点创新等方面详细说明）：一、翻译英文资料； 二、水上垃圾收集器在水上能更加方便地收集各种垃圾，清理河道水面。通过机器前部分的叶片装置，再加上机械手臂的水面辅助功用，可以大大的加强机械水上收集垃圾的效率，进行更加方便快捷地处理水上垃圾。这个装置在设计中设计为可拆装组件，在考虑机械手臂的同时，在手臂的中间部分采用网状设计，可以减少水的阻力，也可以收集垃圾，使之更为方便和快捷。叶片的功能，在装置的前部分以叶片为主要部件。装置主要通过叶片的旋转来实现其主要功能收集垃圾。除此外，叶片收集垃圾的可以达到不间断性，提高收集垃圾的效率。 最终要求实物与设计方案一致，搭接实物模型应能够实现论文中所涉及到的相关功能，实物应以慧鱼基本构件为基础辅以其他相关零配件。 三、每周汇报进度； 四、毕业论文的撰写、修改、打印； 五、参加毕业设计论文答辩。 、进度安排：12 周 相关资料收集，拟定初始搭接方案 34 周 英文资料查找及翻译，完善搭接方案 58 周 进行模型搭接，并完成最终模型 912周 完成模型软件部分设计 1314周 完成论文初稿，拍摄作品动作视频 1516周 论文修改并定稿，参加答辩 、主要参考资料：1 机电创新实践教程 周军 河海大学出版社 2 机械原理 申永胜 清华大学出版社 3 机械设计 濮良贵 高等教育出版社 4 慧鱼创意机器人设计与实践教程 曲凌 上海交通大学出版社 指导教师： 安翠翠 ， 2011 年 12 月 20 日学生姓名： 付泽 ， 专业年级：机械工程及自动化2008级系负责人审核意见（从选题是否符合专业培养目标、是否结合科研或工程实际、综合训练程度、内容难度及工作量等方面加以审核）：该课题来自实际情况，符合机械工程及自动化专业的培养目标，对学生进行多方面的综合训练，内容难度及工作量均符合要求。系负责人签字： 年 月 日 摘要慧鱼创意组合模型（fischertechnik）诞生于德国，是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，。慧鱼创意组合模型包含了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，利用工业标准的基本构件（机械元件/电气元件/气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实验分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟。一使用背景随着国家经济的发展，环境污染越发严重，水体污染更是重中之重，但是清理水中垃圾单靠人力清理十分困难，基于这种情况，慧鱼模型的仿真技术来模拟仿真一个具有创新功能的全自动功能的垃圾清扫船。它可以清理漂浮垃圾，大型块状垃圾，更为重要的是不需要人来操作，实现全自动清扫垃圾。二机械电器结构垃圾清理船通过各种结构，如气动，齿轮齿条，凸轮，丝杠螺母。来实现清理工作，本文具有大量的机械结构，具有垃圾清理，垃圾分类，垃圾压缩，垃圾移动，大型垃圾的抓取等装置，通过这些装置可以使垃圾清理船能够轻而易举的完成基本任务，传感器是机械结构能够完美运行的保证，本文运用超声波距离传感器，光电传感器，光敏传感器等实现了船体的精确定位。实现了机械和电器的完美结合。三，软件构成应用ROBO软件通过软件的编写可以方便的实现所有机构的准确运行.ROBO软件为图表式编程。ROBO软件的人性化编程界面可以给用户提供良好的人机交互。它具有数字量，模拟量的编辑方法，可以使用户自由选择。慧鱼模型在本文中依靠其良好的塑造性。成功的模拟出垃圾清理船的具有的实体结构和功能的实现。，关键词：慧鱼 漂浮垃圾处理 大型块状垃圾处理 垃圾清理船AbstractFischer creative combination model (fischertechnik) was born in Germany, is a technology-intensive engineering and technical intellectual interest in the assembly model is the ideal teaching aids that demonstrate scientific principles and technical processes. Fischer creative combination model includes the field of mechanical, electronic, control, pneumatic, automotive technology, energy technology and robot technology and high-tech disciplines, using industry standard components (components of the mechanical / electrical components / pneumatic components), supplemented by sensor controllers, actuators and software with the use of the design concept and experimental analysis, can achieve the reduction of any technical process, industrial production and large-scale machinery and equipment operation simulation.1. Use BackgroundMore serious with the national economic development, environmental pollution, water pollution is the most important, but human clean-up alone is very difficult to clean water, garbage, based on this case, the the Fischertechnik model simulation technology to simulate the simulation of a innovative features the automatic function of scavenging boat. It can clean up floating garbage, large block junk, more importantly, does not require people to operate, to achieve automatic scavenging。2. Machinery and electrical structureGarbage clean up the ship through a variety of structures, such as pneumatic, rack and pinion, cam, screw nut. To achieve the clean-up work, this article has a lot of mechanical structure, with refuse removal, refuse, and garbage compression, junk mobile, large garbage crawl devices, these devices can make garbage clean-up boat can easily complete basic tasks, the sensor is mechanical structure to the perfect operation of the guarantee in this paper the use of ultrasonic distance sensors, photoelectric sensors, light sensors, to achieve the precise positioning of the hull. To achieve the perfect combination of mechanical and electrical。3 the software componentApplication ROBO software through the preparation of the software can facilitate the realization of the exact operation of all agencies. ROBO software chart programming. ROBO software user-friendly programming interface to provide users with good human-computer interaction. It has digital and analog editing, and allows the user freedom of choice. The Fischertechnik model in this paper rely on its good shaping. The successful simulation of the implementation of the garbage clean up the boat with a solid structure and function.Keywords：Fishcher Floating garbage disposal Large massive waste disposal Waste clean-up boat目 录第一章 绪论1第一节 垃圾清理船的使用背景1第二节 慧鱼组合模型的介绍3第三节 慧鱼模型编程的常用模块4第二章 设计目标和工作原理12第一节 设计目标12第二节 工作原理13第三章 垃圾清理船的结构14第一节 垃圾清理船的机械结构14第二节 垃圾清理船电器结构23第三节 油污分离系统26第四章 垃圾清理船的软件设计32第一节 垃圾清理船最基本子程序32第二节 功能模块34第三节 主程序38第五章 小结与展望40参考文献41致谢43附录：44第一章 绪论河道对于国家来说是血管，是国家经济的命脉，做好河道的清理对于国家经济的发展具有十分重要的作用，我国两条主要的运输航线黄河，长江是内陆河，尤其黄河大量的生活垃圾从上游卷入河道对下游的运输产生了很大的影响，山峡库区的水体富营养化使海草生长使我们的河道产生拥堵，导致船不能顺畅航行，所以需要大量的垃圾清理船，而全自动垃圾清理船无异于最优选择，因为它大量的节约了人力，能24小时不间断工作。第一节 垃圾清理船的使用背景一水面垃圾现状-水生植物水葫芦也叫凤眠莲、水荷花，是生长于河流、湖泊、池塘、水库、稻田等水流慢水域的多年生浮水草本植物。目前，水葫芦已被列为世界10大害草之一，国家环保局已把它列为首批最危险的16种外来入侵物种之一. 从1975年至今，珠江水域水葫芦每十年就增长十倍，1975年平均每天只捞到0.5吨水葫芦，1985年为5吨，1995年为50吨，而现在平均每天接近500吨。我国广东、云南、浙江、福建等地每年都要人工打捞水葫芦，仅浙江温州和福建莆田1999年的人工打捞费用就分别为1000万和500万元。世界自然保护联盟的数字显示，在世界最穷的非洲，七个国家每年为控制水葫芦付出的“成本”是两千万到五千万美元，水葫芦治理已迫在眉睫。 图1.1 水葫芦二水面垃圾现状-生活垃圾中国目前城市生活垃圾量已达1.35亿吨，其中有很大比重的垃圾被排入江河等水体中，给垃圾清理工作带来很大困难。例如：北京市现日产垃圾13000吨,全年生产495万吨,而且每年将以8%的速度递增。再之，上海市2004年度生活垃圾总量达到609.68万吨，每天产生1.67万吨。水体中的生活垃圾亟待解决。 图1.2 生活垃圾 三水面垃圾现状-水面油污污染含油污水的来源主要是石油工业、金属工业、食品工业、纺织工业及运输工业等行业。 含油污水的第一大来源是石油工业，在石油生产、 精炼、 储存、 运输和使用过程中均会产生大量的含油污水，尤其是炼油工业会产生大量的含油污水， 污水中的油有相当一部分以乳化油的形式存在， 这些污水主要包括油气和油品的冷凝分离水、 油气和油品的洗涤水、反应生成水、 机泵填料冷却水、化验室排水、油槽车洗涤水、 炼油设备洗涤水和地面冲洗水等。 含油污水的第二大来源是金属工业，而钢材制造和金属加工业是金属工业中含油污水的两大重要来源， 这类污水中主要含有润滑油和液压油， 其中既有游离态油， 也有乳化油。含油污水的第三大来源是食品加工业。 在肉、 鱼和家禽的屠宰、 清洗及其副产品的加工过程中会产生大量的含油污水油脂对水体污染的危害主要表现在以下几个方面： (1)恶化水质、危害水产资源； (2)危害人体健康； (3)污染大气；(4)影响农作物的生长； 图1.3 油污污染(5)影响自然景观；(6)影响洁净的自然水源。综上所述，含油污水进入水体会对生态环境造成极大的危害，但是，与此同时，这些油类也是资源，一旦回收，它们中的大部分可以用作化工原料，因此，对含油污水进行治理与资源回收具有必要性和紧迫性。现在，多数情况仍然采用人工打捞的传统方法，费时费力。而现有打捞机械价格昂贵、工作效率低，远远没有普及，主要缺点是速度慢、打捞效果差、噪音大、污染大、垃圾容仓小等。油污染作为一种常见的污染，对环境保护和生态平衡危害极大。当今油水分离技术较多， 常用的方法有重力分离法、空气浮选法、粗粒化法、过滤法、吸附法、超声波法等技术，并且新的除油技术还在不断的研发中。但对乳化油的处理效果往往较差，有时还产生二次污染等问题。 综上分析，现在市场上急需一种高效的，性价比高的清污船。第二节 慧鱼组合模型的介绍一硬件慧鱼的硬件主要是由主板起到决定性的作用，这是十分重要的板块，他起了相当于人类大脑的作用，为慧鱼提供了逻辑思考能力，慧鱼主板有多种接口，以电脑连接以usb为主，而对于电源接口则有两种。一种是蓄电池，另一种是DC接口，这位慧鱼模型的移动提供了很大的便利。主板的组成由8个数字接口，一个模拟量接口，距离接口，以及4个电机接口。图1.4 慧鱼的主板二软件慧鱼的软件部分是编程部分，也是能让慧鱼模型动起来的关键一步，慧鱼的程序编辑软件有很优秀的人机交互界面，它采用图表式的编程方法，使得整个编辑界面简单，明了。十分便于学生的使用。图1.5 慧鱼的操作界面第三节 慧鱼模型编程的常用模块一慧鱼的常用模块（1） 开始模块程序流程都是由“开始”模块作为开头的。如果程序不是由此模块开头，流程就无法执行。假如一个程序由几个流程组成，每一个流程必须由“开始” 模块开头。各个不同的流程就同时开始启动。“开始” 模块没有属性可以改变，所以，如果鼠标右键点击模块，则不象其它大多数模块会有属性窗口打开。（2） 结束模块一个流程结束的出口应该连到“结束” 模块。流程也可以在各个不同的地方用此模块终结，也可以将各个不同流程的出口连接到同一个“结束” 模块。但是，也很有可能流程是也个没有结束的循环，不含“结束” 模块。“结束” 模块没有属性可以改变，所以，如果鼠标右键点击模块，则不象其它大多数模块会有属性窗口打开。（3） 数字分支根据某一个数字量输入I1-I8的状态，在一个或者两个方向上你可以直接用此分支来编程控制。比如，数字量输入的某个传感器闭合（=1），则程序分支走“1”出口。反之，如果输入断开，则程序分支走“0”出口。如果鼠标右键点击模块，会有属性窗口打开：按钮“I1”到“I8”允许选择某一个要查询的接口板输入。在“接口板/扩展板（Interface/extension）”一栏，可以选择所需的是ROBO接口板、扩展板还是其它接口板的输入信号。在“交换1/0分支位置（Interchange 1/0 connections）”一栏，可以交换分支中“1”和“0”出口的位置。一般情况下，“1”出口在下部，“0”出口在右边。但有时侯将“1”出口放到右边会更实用，按一下“Interchange 1/0 connections”，在关闭对话框时，这两个出口就互换了。（4） 模拟分支除了数字量输入，ROBO接口板有6路模拟量输入：2路阻抗输入AX和AY，2路电压输入A1和A2，以及2路距离传感器输入D1和D2。用此模块可以将模拟量输入值和固定值进行比较，根据比较的结果，来确定分支的“Yes(Y)”或者“No(N)”出口。 如果鼠标右键点击模块，会有属性窗口打开：在“模拟量输入（Analog input）”一栏，可以选择某一个要查询的接口板输入。所有的模拟量输入都返回一个01023的值。详细信息可以参见71页第7.6.2节各种模拟量输入方面的信息。在“接口板/扩展板（Interface/extension）”一栏，可以选择所需的是ROBO接口板、扩展板还是其它接口板的输入信号。详细信息可以参见48页第6章“扩展接口板和控制几块接口板”在“条件（condition）”一栏，可以选择一个比较算式，比如小于（）,并输入比较值。比较值应该在0和1023之间。当在线模式下启动一个含模拟分支的程序时，当前的模拟值会显示出来。 在“交换Y/N分支位置（Interchange Y/N connections）”一栏，可以交换分支中“Y”和“N”出口的位置。一般情况下，“Y”出口在下部，“N”出口在右边。但有时侯将“Y”出口放到右边会更实用，按一下“Interchange 1/0 connections”，在关闭对话框时，这两个出口就互换了。（5） 延时用延时模块可以使流程执行延迟一个你所设定的持续周期。如果鼠标右键点击模块，会有属性窗口打开：你可以在窗口中输入所要延迟的时间（秒、分钟或者小时）。延时时间范围可以从1毫秒到500小时。然而，延时时间越长，精度越低。（6）马达输出用“马达输出”程序模块可以改变接口板的两极输出M1-M4中某一个的状态。接口板的输出可以是马达，也可以是灯或者电磁铁。对于马达，可以设置它的转向和速度。 如果鼠标右键点击模块，会有属性窗口打开： 在“马达输出（ Motor output ）”一栏，可以设定选用M1至 M4中的一个作为输出。在“接口板/扩展板（ Interface / Extension）” 一栏，可以选择所需的是ROBO接口板、扩展板还是其它接口板的输出。详细信息可以参见50页第6章“扩展接口板和控制多块接口板”在“类型（Image）”一栏，可以选择代表连接到输出的慧鱼器件的图示。在“动作状态（Action ）”一栏，可以设置输出该如何动作。对于马达，可以设置马达左转（逆时针）或者右转（顺时针）或者停止。如果在马达输出上接了一个灯（见下面灯输出的提示），可以打开或者关闭它。最后，可以在“1”和“8”之间指定一个 速度 或者 亮度 。 8是最大速度，亮度或者磁场强度； 1 最小。在停止或者关闭的情况下，通常不需要指定速度。这里列举了一些动作符号和图示：马达右转(顺时针)马达左转(逆时针)马达停止u灯打开灯关闭 图1.6 动作图示二子程序模块(1) 子程序入口一个子程序可以有一个或多个子程序入口。主程序或者上层子程序通过这些入口将控制转入子程序。在插入上一级程序的子程序绿色符号中，每个子程序入口的一个连接端子都插在上边。这个符号上的连接线有一个相同的顺序（由左至右），正如子程序的功能设计中的子程序入口。如果鼠标右键点击模块，会有属性窗口打开。在窗口中可以给入口取个名字，然后此名字会在符号中显示。有关子程序更多的相关信息，可以参见第27页的第四章“运行子程序”（2） 子程序出口一个子程序可以有一个或多个子程序出口。子程序通过这些出口将控制转回主程序或者上层子程序。在插入上一级程序的子程序绿色符号中，每个子程序入口的一个连接端子都插在下边。这个符号上的连接线有一个相同的顺序（由左至右），正如子程序的功能设计中的子程序入口。如果鼠标右键点击模块，会有属性窗口打开。在窗口中可以给入口取个名字，然后此名字会在符号中显示。三变量（1） 全局变量每个变量可以存储一个-32767 到 32767之间的数值。变量的值可由连接一个“=”模块到指令模块的左边来设定。在属性窗口中，也可以赋予变量一个初始值，并保持到其收到第一个指令改变的值。ROBO Pro只能为所有的变量模块建立一个同名而且变量类型为全局的变量。所有的同名全局变量都是一样的，而且有相同的值，即使它们出现在不同的子程序中。当其中一个变量模块通过指令改变了，所有其它的同名变量也被改变了。这一条对与局部变量并不适用。除了“ = ” 指令，变量也可以接受 “+” 和“ ”指令。所以， 比如说变量接到了一个指令“+ 5“，就将5加到了当前值上。对与“-”指令，指令传送的值就由当前值减去。在“名称（ Name）”一栏，可以输入变量名。在“初始值（ Initial value ）”一栏，可以输入变量的初始值。变量保持这个值，直到通过=, +, 或者 指令得到一个新的值。这个“变量类型（ Variable type ）”项只有在子程序中对变量才有意义，而且在下一节“局部变量”中有更好的解释。对于主程序中的变量，两个设置的效果是一样的。（2） 常量和变量一样，常量也有一个值，但是常量的值不能由程序来改变。如果子程序中总是使用一个相同的值，可以将一个常量和一个子程序符号的数据输入相关联。常量在运算器计算中也是非常实用的。三指令集（1）加指令“ + ”可以传递到变量或者定时器变量来增加变量的值。指令“ + ”可以附带任何一个想要的值，并加到变量上。因为指令附带的值也可以为负，变量的值也可以用此指令来减少。（2）判断这个程序判断模块的左边有一个橙色的数据输入端“A”。通过这个端子，可以读入一个经常来自输入模块的 数值（见第71页）。数据输入端“A ”可以和变量、定时器变量或运算器的输出相关联（见第76页“运算器”一节）。模块将来自数据输入端“A”的数值和一个固定但可自由定义的值比较。根据比较是否保持，决定模块的分支以“Y”或者“N”为出口。 在 “条件（Condition）”这一栏，在右边的区域，可以输入用来和输入值A作比较的的数值。通常的比较运算器对于这一比较是有效的。 如果你选择了“交换Y/N分支位置（ Interchange Y/N connections）”，在你选择OK，退出属性窗口的时候，“ Y ”and“ N ”两个出口就会互换。要将Y/N 接口回到初始的位置，你可以将它们再互换一次。最常用的比较是A0。意味着如果在数据输入端A出现的数值大于0，那么控制分支就以Y为出口。例如，仅传递1或者0值的的数字量输入，就可以用这个方法来评估。但是，定时器变量和其它很多的数值也同样可以用比较式A0来评估。（3） 数字量输入 数字量输入I1到 I8的值可以用“Digital input”模块来查询。如果接口板上输入端口电气上是闭合的，则数字量输入模块的橙色连接上会返回一个数值“1”，否则就会返回一个数值“0”。 在“数字 量输入（Digital input）” 一栏，可以选择所用的接口板输入端号。扩展接口板上的输入端可以在“接口板/扩展板（Interface / Extension）”中选择。在“类型（ Image）” 一栏，可以选择连接到输入端的传感器图示。大多数情况下是一个“微动开关（mini-push-button）”。“干簧管（reed contact ）”是一种可以检测磁场的传感器。虽然光电开关事实上是一种模拟的传感器，但也可以接到数字接口。你可以将一个带透镜的灯作为光束，和连接到输入端的光电开关一起使用。其在光束中断时为(=0) 或者未中断 (=1)。另一方面，如果将光电开关接到一个模拟量输入端，可以用来区分在明亮和黑暗之间的许多阶段。在“接口板/扩展板（ Interface / Extension ）”一栏，可以选择所要使用的输入端口是来自ROBO接口板，扩展接口板还是其它的接口板。经更仔细的查看，对于所有的输入类型都只有一种类型的程序模块。你随时可以通过属性窗口顶部的标签来多次切换输入端。这种功能在开关输入、IR输入和面板输入间切换时特别有用。（4） 模拟量输入模拟量输入模拟量输入端的值可以通过“Analog input”模块来进行查询。和数字量输入返回“0”和“1”值不同，模拟量输入可以分辨连续的输入。所有的模拟量输入返回一个“0到 1023”之间的值。然而，ROBO接口板有各种不同的模拟量输入接口来测量不同的物理量。具体来说，模拟量输入可以适应用来测量电阻，测量电压和测量距离的不同的传感器。通常的慧鱼传感器中，温度传感器和光电传感器将被测量（温度和光强度）转换成一个电阻值。所以必须将这些传感器接到AX和AY输入端。电压输入端A1 和A2设计用来连接所有产生0 到 10V电压的传感器。在ROBO接口板上没有针对AV输入的端口。它通常和接口板的电源电压相关联。这样一来，比如可以监控电池的电压，在电池耗尽之前可以将模型撤离。距离传感器输入端D1 和 D2 可以接到慧鱼特殊传感器，可以测量（比如到障碍物）的距离。在“模拟输入（ Analog input ）”一栏，可以选择想要用的模拟量输入端。在“类型（ Image）”一栏，可以选择连接到输入端的传感器的图示。在“接口板/扩展板（ Interface / Extension）” 一栏，可以选择你所要用的输入端是来自接口板，扩展接口板还是其它接口板。相关信息可以参见第50页的“扩展接口板和控制多块接口板”一章。对所有的输入，ROBO Pro都用一个单一的模块，通过顶部的标签可以在各输入类型间切换。这一点在模拟量输入的属性窗口中可以看得更清楚了。然而，为了简化起见，在模块窗口中各种输入模块（5） 马达输出马达输出用Motor output模块可以控制接口板或者智能接口板的四个双向双向马达之一。一个马达输出通常使用两个接口板接口，而灯输出只用一个接口。在在“马达输出（ Motor output）” 一栏，可以选择使用的接口板输出端口。也可以在Interface / Extension一栏中选择扩展接口板的的输出端口。在“接口板/扩展板（ Interface / Extension）” 一栏，可以选择所使用的输出是来自接口板上，扩展接口板上还是其它接口板上的。在“类型（Image ）”一栏，可以选择接到输出接口的负载的图示。大多数情况下是一个马达，但也可以接一个电磁铁，电磁阀或者灯到马达输出。（6） 逻辑运算器与或非A0 与 B0A0 或 B0A 0) ，“与”运算器传递一个附带值为1的赋值指令，到连结在其输出的模块。否则模块将传递一个附带值为0的赋值指令。如果至少一个输入值为真（0） ，“或”运算器将传递一个附带值为1的赋值指令，到连结在其输出的模块。否则模块将传递一个附带值为0的赋值指令。如果其输入值为假（=0），“非” 运算器将传递一个附带值为1的赋值指令，到连结在其输出的模块。否则模块将传递一个附带值为0的赋值指令。逻辑运算器的功能也可以用几个判断模块来仿效，但是用运算器来组合几个输入的可读性强的多。所有的运算器使用相同的属性窗口。通过属性窗口，你甚至可以将一个运算器转换为另一个运算器。在 “运算（Operation）” 一栏，可以设置运算器如何来组合它的输入。各个单个的功能将在以下两节来介绍。在“输入端数量（Number of inputs ）”一栏，可以设置运算器所持有的输入。第二章 设计目标和工作原理第一节 设计目标该垃圾清理船的主要特点是航程远、舱容大、打捞速度快、方便使用、使用维护成本低、自动化程度高、操作简便。1.高效率，低能耗，环保：清污船应尽量减少动力源，因而清污船采用绿色能源-太阳能为蓄电池充电，适量补充能源消耗，常规人力捕捞或常规清污船效率低，在同等航速条件下，此清污船的清理河道面积是常规清污船的2-3倍；油水分离效率可以达到90%，而且耗能要比其他常规分离方法少10%；2.适用范围广：不但能清理水葫芦等水草，还能清理漂浮于水面的各种生活垃圾、初步清理水面油污，根据不同作业工况，如机动自航船的不同吃水深度，打捞及快速赶赴打捞现场， 返航等要求，在打捞输送过程沥掉表面水分 。对于受到油污染的河道也能处理，能够将河道中的油污进行彻底分离。3自动化程度高、工作稳定：人力捕捞劳动强度高，效率低；常规清污船需要人参与程度高，此清污船基本上可以实现无人操作，操作灵便，且不受环境与负载变化的影响，保持动作平稳、安全可靠，可以实现全天候作业；4.初步处理垃圾，储存量大：将垃圾水草初步压缩，提高船的储存量，以减少或不用配套的运输船。5.结构简单实用、制造成本低：与同类产品相比，此清污船的制作材料和加工条件要求比较低，制造成本相对减少，为清污船的广泛使用提供了必备的条件。6.安全系数高：尽量避免工人在船外捞漂的危险，极大的提高安全系数第二节 工作原理水面垃圾处理船具有收集装置，垃圾分类装置，垃圾压缩装置，垃圾运输装置，以及油污清理装置，除了这些以外还有用传感器控制的机械臂垃圾清理装置。这些机构都是按一定的顺序来进行工作的，主要实现如下两种垃圾的清理。一非油类垃圾清理装置流程垃圾输送带压 缩垃圾储存排 水图2.1 水面垃圾处理流程二油类垃圾处理装置流程图2.1为非油类垃圾的处理流程，如果要进行水面油污处理，则需先将油污处理装置放下，而后进行分离作业油污进入收集装置进行油水分离后方可直接进入河道。抽取污水水力旋流器油水分离油污储存排 水图2.2 污水处理流成图第三章 垃圾清理船的结构第一节 垃圾清理船的机械结构（1）船体垃圾清理船的船体设计本人采用了中间部分镂空的设计方案，在设计初始采用的是双船体的设计方案，该设计方案具有如下好处：1.双船体的结构可以使中间的清理部分完全悬空，使得垃圾中的水在收集过程中因为抖动而落下，从而可以减轻船体重量，2.双船体结构，还可以减小水对船的阻力，从而节省动力，能够使船的运行持续更长的时间。3.减少成本，并且可以使船的整体设计更有时尚感。但是这样就会使船的整体结构过于简单，后续的垃圾处理不能实现，而且采用双船体结构不能清理水中的大型垃圾，例如：木头等。所以综合比较最终决定采用前面部分为镂空，后面为整体的设计方案。而对于垃圾中所蕴含的水则采用压缩装置（后面会详细介绍）来去除。针对能源消耗变大的问题，采用太阳能来分担部分能源损耗，减少使用不可再生能源的额度。而后方实体结构也不会使垃圾的后续处理，遇到空间问题。所以最终采用前方镂空，后方实心的设计方案。图3.1前方垃圾船体（2） 垃圾传送装置水面垃圾主要是树叶和人造垃圾如纸张、塑料袋和饮料瓶等固体物质，因此，我们采用网状履带机构。当船清理垃圾时网状带勾臂结构的垃圾传送带的前端伸入水中，船行进时悬浮的垃圾被转动的勾臂带上传送带并送到船后部的垃圾桶里。垃圾在传送时，网状结构上的抖动机构可充分滤掉垃圾中的水份，传送带与水平面夹角为30度，这样能保证在高效率收集垃圾的同时减少能量的损失。图3.2 传送带（3） 垃圾可分类平台不可否认当垃圾清理船在清理垃圾时一定有一些大型垃圾和小型垃圾，如果我们不加以分类，就会在压缩装置中压成一块，这样不利于垃圾的2次处理，。而且会对环境造成十分不利的后果。所以本人设计了一个垃圾分离装置，虽然有一些简陋，但是却可以有效的完成垃圾的初步处理。便于垃圾上岸后的垃圾在分类。分类装置是由本人设计了一个凸轮的抖动装置，用来进行垃圾分类，垃圾通过抖动使垃圾中一些较大的物体和较小的物体进行分离，方便最后的垃圾处理。它的原理其实很简单。在其下面设计了一个凸轮装置，当垃圾传送上来时，凸轮转动，导致挡板起伏，便会使小的垃圾进入下方的小垃圾传送结构。而大垃圾则到达压缩装置使得垃圾进行排水，压缩。图3.3垃圾抖动装置（4） 汲水喷水装置的设计在实际中用倒钩取得垃圾的方法，并不完美，有一个缺陷就是由于漂浮垃圾具有一定的粘性，可能附着在传送带上而被带回水面，所以本人设计了一个喷水装置。最初的想法是运用电机抽水，但是考虑到会增加船体的能耗，而且增加船体的体积使垃圾存储能力减小，所以我选择了另一种方法。本人通过在螺旋桨后部安置的一个渐扩圆管将螺旋桨旋转产生的水流引到船上，再由喷头对传送带进行喷水。在螺旋桨产生的水压下，水流进入水管，应用位于垃圾传送带上方的喷水装置冲洗附着在传送带上的树叶、纸张等粘性较大的垃圾。这样无需另设抽水机，减少了功耗,并且节省空间与材料。图3.4汲水喷水装置的设计（5） 太阳能蓄电装置针对垃圾清理船结构多，能耗大的特点采用太阳能蓄电系统分担能耗。太阳能辅助系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池等组成。太阳能蓄电系统集太阳能充电、充放电控制和逆变控制功能为一体（需要具体的芯片，电压放大器，单片机等慧鱼模型尚未实现），具有一定控制、保护功能，操作使用人性化、结构简单、运行可靠，设备性能稳定，使用寿命长。考虑到太阳能电池板的转化率不足的问题，本人采用太阳能电池板组来解决问题，太阳能电池板的连接有并联和串联两种方式，考虑到我们太阳能的主要功能是以蓄电池为主，所以为了保证电压。本人采用了并联式来解决问题。图3.5 太阳能（6） 垃圾压缩装置如何能让垃圾清理船具有更多的垃圾存储空间一直是本人考虑的问题，若垃圾清理船的存储能力小，将会导致清理船不停反港，严重影响效率和消耗过多的能源，所以垃圾清理船的空间问题一直是想要解决的核心问题。对于垃圾清理船的方案有三个方案选择。1.采用凸轮方案当凸轮旋转后，使得挡板前后运动，可以产生空间的压缩，从而垃圾可以成块，但是我们还需要考虑到压缩力的大小完全取决于电机的扭矩，为了获得更大的压缩力我们必须采用大功率的电机，但是大功率的电机会减少船体的体积，反而和初始设计相违背。所以不采用本设计。2.采用丝杠螺母结构采用丝杠螺母结构最大的优点就是具有极佳的稳定性，但是丝杠螺母也会有很大的缺点，因为我们处理是水中的垃圾所以将会产生大量的水，我们不能保证在长时间的使用情况下丝杠螺母结构不会生锈，一旦生锈将会导致垃圾清理船不能完成整个垃圾处理程序，所以并没有采用这种结构。3.采用气动结构来实现应用气动装置来实现这个功能，它由打气装置来提供气体，而对于杆的进，出，则有两个电磁气阀来控制。在杆的末端固定一挡板使得能够实现压缩垃圾。这是我最终采用的结构设计。它的优点有很多，在这种设计下我们能够尽可能的缩小，简化结构。使得垃圾清理船能够装载更多的垃圾，稳定性方面虽然比不上丝杠螺母，但是相对来说凸轮也是很稳定的结构，而且在压缩力的方面气动的力是十分大的，可以保证压缩力的大小，而且由于气缸是封闭的所以不会导致生锈问题的存在，能够保证长时间的使用。图3.6 气缸模型图图3.7 气缸实际图（7） 运输装置当压缩完成后如何将垃圾运送到指定的位置也是一个值得思考的问题，最终确定使用电机带动轴旋转，使得轴上的绳子能够上升或下降。用这种方法可以使垃圾上下移动，之后运用齿轮齿条结构使得垃圾能够实现横向移动到达存储位置。综上所述垃圾的运输部分我使用了两个模块一是上升模块。另一个是移动模块，使其能够移动到指定的垃圾通道，这样我就可以实现垃圾的移动。 上升向后移动 回到出发点移动停止下降完毕下降图3.8 运输流程图3.9 上升装置图3.10 移动装置（8） 大型垃圾的处理河道的清理不仅仅只有一些生活垃圾，它还有大量的油污（后面有介绍）和一些木块类的大型垃圾所以我们必须设计一种能够获取大型垃圾的机构，最终选择了机械臂结构，机械臂是由涡轮蜗杆机构，丝杠螺母机构为主体结构所构成的。而整个机械臂又有上升机构，机械臂升出机构，360度旋转机构，机械爪结构所构成。回收杆粗定位旋转到位伸出杆下降指定位置机械爪使用回收伸出杆上升机械臂旋转回去伸出杆爪放开开始图3.11 大型垃圾处理流程liuliuc程图图3.12 机械臂 图3.13 机械爪（9） 垃圾船的定位，运行问题如何在一个充满船体，山崖的水域安全行驶时一个不可忽视的问题，本人设计的船体运用了传感器来实现以上的功能，当然如何安全定位是一个重要的问题，这些问题将放在下一节来详细讲解。图3.14 水中船第二节 垃圾清理船电气系统一壁障的实现垃圾清理船必须满足在复杂河道环境下仍能安全行驶的要求，这就要求我们的船体必须具备识别有船过来，控制电机使其转向的功能。在这里我们选择了超声波距离传感器，超声波传感器的优点是集成度高，它将发射，和收集进行了整合，体积小，整合度高，而且安全可靠。判断距离停止后退判断距离停止右转前进判断距离右转保持前进右转图3.15壁障流程图其实壁障的实现就是应用了超声波传感器的测距离的功能，然后根据距离的长短来实现垃圾清理船的运动控制。对于一些常见的非专业级超声波传感器的参数测量距离约为4m，相应的检测数值以cm在程序检测界面显示。直接将其连接到D1或D2端即可。图3.16 超声波距离传感器图3.17 实际应用图二大型垃圾打捞和定位问题对于一些大型的垃圾来说我们采用的是两种传感器来完成这个任务它们是光敏传感器，光电传感器。分别为模拟量和数字量。根据传感器所处的位置来决定用什么传感器。光敏传感器能灵敏的感知光强弱的变化，而光电传感