机器人设计论文 旅游区清洁机器人设计

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1、旅游区清洁机器人设计摘要：这个机器人是针对旅游区山坡、悬崖边上的垃圾清理工作而设计的，利用氢气球飞行作为其活动方式是这个机器人最大的特点。机器人先由人工控制飞行到垃圾所在地，再通过视频识别系统在有限范围内对垃圾做出识别，然后通过自动飞行系统移动到目标前面，再通过机械手取出垃圾，收集在垃圾储存箱里面，从而达到环卫清理的工作目的。关键词：垃圾清理、气球飞行、山坡作业、视频识别、机械臂操作设计背景：去黄山、鼎湖山、峨眉山等风景地区旅游的人们大概都会发现，由于山路崎岖陡峭山上不能做到每一处都放置有垃圾箱，有一些素质不高的旅客往往习惯性地将手中的垃圾扔到路边、

2、山下。这些垃圾飘散各处，或者挂在树梢上，或者堆在草丛中，形成难看的斑点，严重破坏了风景区的秀丽景色。虽然路边的垃圾是很容易清理的，但是有一些掉到陡峭的山坡、山崖上的垃圾却十分难清理了，用钩子、竹竿等工具钩，往往不够长。如果派人下去清理，那么高那么陡峭的山坡又是十分危险的，同时也必然耗费更多的人力成本。所以在这里我想设计一个专门用于清理风景区山崖、陡坡等难到达处的垃圾的环卫机器人。设计思路：这个机器人，是针对山崖陡坡的垃圾清理而设计的，由于特殊的使用环境，机器人的活动方式既不能采用车轮、也不能采用机械腿的行进方式在山崖上活动，我设想让这个机器人用氦气球

3、飞行的方式活动（这也是这个机器人的最大特色之处），这种活动方式可以使机器人轻松到达山崖大部分位置。由于这个机器人是用氦气球飞行作为活动方式的，所以尽量减轻其自身重量是非常重要的，因此这个机器人将使用电力驱动。然后通过视频识别器识别要清理垃圾，最后通过3个红外线距离探测器确定机器人与目标的相对三维位置，再通过检测当时的风向和风速，以及利用微电脑控制系统控制空气螺旋桨，可以固定机器人在任何地点上空。最后则是用机械臂将垃圾收集进垃圾箱。收集完毕后，将垃圾放在指定的地方。详细具体设计方案：一．整体结构1.整个机器人分成上下两大部分，上部分是氦气球和螺旋桨，主

4、要实现机器人的移动的。是将由氢气球、螺旋桨组成，下部是机器人的机身和垃圾收集箱，包括：视频识别器、红外线距离测量仪、多关节机器臂、电脑处理系统。2.机器人是通过电力驱动的，所以必须携带储电池，也是安装在机身。二．中央处理系统：机器人的机身将安装一个中央处理系统，作为机器人的大脑，它主要调节机器人三大系统：氦气球活动系统、机器人视觉系统、机械臂控制系统。中央处理系统要接收和分析风向风力测量仪、红外线距离测量仪、摄像头、机械臂传感器等反馈信息，以及控制氦气球的行进系统、机械臂操作等。一．氦气球行进系统1.气球的形状：一开始的时候，我曾经将氦气球的形状设计

5、成椭圆形，如同一般的氦气飞艇一样。但是考虑到这种形状适用于运输，而要操作清理垃圾的话，这样的形状比较不方便，于是我改进一下，设计为圆柱状，这样气球四个方向的受力都会比较均匀。由于地理形势的影响，山陂一般都会有风，这样的形状设计可以较好地稳定机器人的位置。2.如何实现行进：参考了飞艇的飞行控制原理，我在结合机器人实际的基础上设计一套飞行系统：一个可控制的尾鳍、三个螺旋桨、风向和风力测量仪。如图所示，气球设置一个尾鳍用于控制方向以及增加稳定，左右各设置一个螺旋桨，以控制方向和前进速度。气球顶端也设置一个螺旋桨，用于控制升降。而这些装置将连接在机器人的中央

6、处理系统而成为一个整体，接受中央处理系统的控制。3.如何保持位置稳定：在机器人机身安装有3个红外线距离探测器，当机器人识别到了目标（识别方式请看下文）之后，三个探测器同时从3个方向测量其与目标的实时距离，为什么要同时向3个方向测量呢？为的是可以确定机器人和目标的相对三维位置。确定了相对位置之后，将数据传送给中央处理系统。同时风向和风力测量仪将风向、风力等实时数据传送到中央处理系统，中央处理系统经过计算后控制飞行系统调整尾鳍方向和螺旋桨马力，使得机器人始终与目标保持相对静止。4.控制方式：机器人的行进控制分为人工控制和自动控制两种。一开始的时候我设想机

7、器人可以在旅游区上来回巡视，自动发现垃圾之后靠前机械臂做清理收集工作。但是这样需要耗费比较多的能量，在经济上不划算；另外考虑到视频识别的距离越远、范围越大，识别的精准度和效率都会大打折扣。所以机器人工作的开始应该先由人工控制，将机器人移动到距离目标五米的范围内，然后转为自动行进和搜索，这样就可以大大提高工作效率了。二．机器人视觉系统：1.识别原理：当机器从人移动到距离目标五米范围内，就开始识别目标的过程了。负责识别垃圾目标的摄像头就安装在机身。识别的工作原理是参照课堂上老师展示的番茄采集机器人。采集西红柿机器人识别成熟西红柿的原理主要是成熟番茄的是红

8、色的，与周围绿色的叶子颜色不一样，机器人通过视频可以识别到这种颜色反差，再经过电脑计算就可以识别出成熟的番茄