遥控式多功能水面清洁机器人

程仁政 孙亚军 程 翔 王少锋 张 迪 绳荣金 侯启岳

（滨州学院，山东滨州，256600）

遥控式多功能水面清洁机器人

程仁政 孙亚军 程 翔 王少锋 张 迪 绳荣金 侯启岳

（滨州学院，山东滨州，256600）

本文设计了一种全新概念的遥控式多功能水面清洁机器人，该机器人由遥控系统、传动系统、垃圾收集系统、太阳能自动跟踪控制系统、撒饲机、船体六部分组成，其特殊的动力轮可实现水陆两栖式运动，通过遥控器可远程遥控机器人迅速移动到指定的水面区域完成垃圾的自动收集、打包、卸载等任务，外置自动撒饲装置可进行鱼食播撒，并采用混合动力设计，太阳能自动跟踪模块实现对太阳能的高效利用。

机器人，水面清洁，水陆两栖

0 引言

本文对遥控式多功能水面清洁机器人的机械结构和控制系统进行了大胆设计。先利用solidworks软件进行实体建模（图1），在电脑上绘制机器人的机械结构框架并模拟其功能，然后根据3D设计图购买材料、加工零件，继而组装各个功能模块，最后完成整个机器人的组装。

图1 3D设计构想图

1 结构设计

1.1 模块组成

机器人由遥控模块、传动模块、垃圾收集模块、太阳能自动跟踪控制模块、撒饲机、船体六部分组成（图2）。

遥控模块分为遥控接收/发送模块、AVR单片机等；

传动模块分为蓄电池、12V电机、同步带轮、同步带、链轮、链条、齿轮、水陆两用轮等；

3）垃圾收集模块分为旋转聚集器、旋转收集器；

太阳能自动跟踪控制模块可分为太阳能板、舵机、单片机、光敏电阻等；

撒饲机可分为舵机、单片机等。

图2 水中作业实物

1.2 传动系统

传动系统分为：蓄电池、12V电机、同步带轮、同步带、链轮、链条、齿轮、水陆两用轮等，电机提供动力，利用新式的同步带轮与同步带传动，将扭力和转矩经同步带传送给左右水陆两用轮，实现船体的前进后退，既保证了传动效率又尽量减轻了船体的重量。

1.3 垃圾收集系统

垃圾收集系统分为：旋转聚集器（图3），旋转收集器、垃圾箱、齿轮、同步带。

旋转聚集器位于船体前部，分左右，由齿轮的外啮合使左右旋转聚集器旋转方向相反，高效收集水面垃圾。其框架由较轻的铝合金管支撑，变形链接处用较紧的销连接，铝合金管上有传动的同步带轮，其保证聚集器的机械运动。

由于船体分为左右两部分，在船的中间有足够的空间来保证垃圾通过旋转聚集器汇聚到达旋转收集器附近，然后旋转收集器转动将垃圾拨到垃圾桶里。

图3 旋转聚集器

图4 轮子模式

2 电气控制设计

2.1 控制系统

控制模块主要包括AVR单片机、遥控模块、电机驱动等元器件。

2.2 太阳能自动跟踪系统

运用光敏电阻因光照强弱其电阻值会发生变化这一原理，再利用AD转换，将电阻变化的模拟量转化为单片机可识别的数字量，单片机根据返回的数字量大小调节舵机转向，控制太阳能电池板的角度，使其光照接收面积最大，可最大限度地为蓄电池充电。

2.3 遥控水上行走转向

采用12V电机作为动力源，遥控接收模块相应引脚与单片机I/O口相连，根据单片机I/O口接收到的电平高低变化编写程序，运用驱动控制电机正反转，来实现船体的进退与转向，例如，按下遥控器的W键船体将向前运动，按下S键船体将后退，按下A键船体将利用左右两轮的差速向左转向，按下D键船体将右转。

3 实物操作

3.1 遥控收集垃圾

遥控器发送信号给单片机，单片机发出信号控制电机运转，使机器人到达指定区域，电机提供的动力由皮带传送给左右旋转聚集器，旋转聚集器位于船前侧，齿轮的外啮合使左右旋转聚集器旋转方向相反，船前面的垃圾由旋转聚集器收集到船体中间，然后旋转收集器转动将垃圾拨到垃圾桶里。

3.2 陆上行走

该机器人要用一种全新的水陆两用轮设计，使机器人既可在陆地上行走，也可在水中实现拨水功能（图2），其前侧的旋转聚集器可实现变形，成为陆地行走时的前轮（图4），在位于后侧的水陆两用轮的驱动下实现陆上行走。（如图5）

图5 陆上行走模式

4 结语

市面上有不少的大型人工清洁船，其功能相对单一，大多数仅仅是收集垃圾，不能实现在陆地上行走和太阳能充电。因此，遥控式多功能水面清洁机器人与之相比有极大的优势，该理念可以减少运输成本，节省能源，具有良好的应用前景。

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本项目为国家级大学生创新训练项目，项目编号：201310449115。