开放性创新实践报告

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4、诛狈开放性创新实践报告----水上清洁机器人的方案设计在我们生活的周围有许多水源，有些是河流，有些是人工湖、浅水面。目前我国水源污染较为严重，影响了人们的健康生活，在很多水面上都漂浮着塑料袋、泡沫、过量的水藻、树叶和很多的固体垃圾，在小型区域里由于人工打捞工作繁琐，条件恶劣，工作难度大。为了解决这一问题，我们应用所学知识设计制造了水上清洁机器人，并做了大量的试验和探索，阐述了该产品的设计过程和创新的控制思想。1.设计制作的背景经过我们检索，目前国内还没有类似的智能水上清洁设备。现在已有的大型打捞船体积大、成本高，不能进入小区域实施打捞工作，而且需要多人同时协同工作。

5、在小型区域的打捞工作依然是人工打捞，人工打捞的工作难度和强度都很大，而且任务繁重。2.设计制作的目的针对水面污染问题我们设计了水上清洁机器人，它比大型打捞船成本低很多而且体积小，操作起来非常灵活。非常适合在大小型区域进行打捞清洁作业，而且实现了半自动化的控制，你只需利用遥控器设定两实际工作参数，水上清洁机器人就可以自动完成水上的清洁任务。3.设计方案及论证过程垃圾图1水面上垃圾分布示意图通常来说，垃圾在水面上的分布是极不均匀的，如图1。若是采用直线式反复运动的轨迹打捞，由于水面的垃圾相对于水面具有比较小的漂移运动，所以效果不是特别的明显。直线式反复运动不易实现，需要

6、操纵人员根据垃圾分布不均匀的情况不挺的来回操纵，费时费力，对机器损害大。传统的打捞工作都是由打捞船人工进行的，工作条件恶劣，同样费时费力。针对上述情况，我们发现螺旋前进运动的轨迹是比较理想的，这样保证同一块区域的水面可以被清洁多次。而且螺旋前进运动的轨迹还具有渐进性，只要设定旋转半径和螺旋渐进方向即可，简化了操纵过程，如图2。对于螺旋前进式运动轨迹的实现，紧靠人工控制比较困难，为了减轻工作人员的负担，我们要求该产品是自动完成这一功能的，还要保证它的螺旋半径可以调节。改变转向舵的角度只能完成船体绕某一转向中心的旋转，不能实现船体沿某一方向偏移前进，经过反复思考论证，我

7、们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。图2通过改变旋转半径和前进方向的方法控制清洁范围加速段主前进方向回转半径通过在确定位置加速的方法产生螺旋前进的工作轨迹图3我们也曾经考虑过用陀螺仪，考虑到它的价格非常昂贵，需要的处理电路过于复杂，而且我们需要的只是一个精度要求不高的开关信号，所以我们最终采用了指南针，同样达到了很好的效果。有了最基本的螺旋渐进运动，打捞清洁机构就变的比较简单。打捞机构实现的功能是将垃圾从水面捞进垃圾筐，我们曾设计了很多方案，比如：不同打捞方案的比较图4方案2