水面垃圾清理装置

张志欣 王忠禹 王晓娟 李银桥 邓彦松

摘 要：本文主要是对水面垃圾清理设备的构架、动力部分、传输部分、垃圾存储部分以及其他零部件的调设、计算、校准等。通过此次设计的成果所需实现的功能需求分析，以及实际环境的考察，研究水面垃圾清理装置的系统构成及功能的设计方法。水面垃圾清理机器人主要针对于中小型湖、河等水域的垃圾清理，如塑料袋、饮料瓶、树枝树叶和其他易清理的水面垃圾。实现水面垃圾清理的智能化，无需人工参与打捞，提高清理效率。此次设计致力于节能高效、绿色环保。另文中对设计过程中设计的配图都有精细的描述。

关键词：节能低耗；水面垃圾；环境保护；垃圾清理

随着社会经济的不断发展，人们的物质生活水平也不断提高，但是对于水生态系统的污染反而变得越来重，水面垃圾污染、河道堵塞、湖泊水体变质，严重影响了生态环境的和谐发展。起风时垃圾会随水体流动污染进一步扩散，“迁徙”的垃圾会使水体遭到更大程度的污染和破坏。很多国家的河流、水域漂浮物污染十分严重，随着环保观念深入人心，水面垃圾清理机器的研究不断深入，也逐渐受到国内外的广泛关注。

传统的水面垃圾清理装置，主要是通过人为打捞，清理垃圾的效率非常低，而且运行成本高，劳动强度较大，人身安全也没有保证，有些区域的打捞工作仅靠人力是无法完成的。我们设计的涡旋式水面垃圾清理机器人，以太阳能供电，通过涡旋自动吸收垃圾，并通过控制系统实现远程控制，用以降低人工打捞的难度，且达到节约并高效利用能源的效果，具有环保性，活动灵活，方便快捷，适应力强，安全性高，可广泛应用于人工湖等小型水域的漂浮物清理工作。

此款机器人外观萌宠、智能控制、行动便捷，集自动吸收系统、太阳能供电系统及控制系统于一身，具有操作简单可靠，收集彻底，效率高，打捞水域广等优势，且具有远程控制清理垃圾、节能低耗等功能。大大的节省人力物力支出。与此同时还能提升景区观赏性，产品不仅具有保护环境的功能，还有可以融入到周围环境，提升视觉，起到宣传效果。据调查，无发现同类别的此项产品，该项目可行性极高，完全符合市场需求的低成本高技术含量机器人模型的创新设计。任一个单位一般都有湖或是池塘之类的，无论是学校、公园、景区，还是机关单位，都会有这个需求，所以产品的需求量很可观。

作品模型图片：

通过搜集的资料，设计了装置结构图如下所示：

使用说明：

在两个驱动装置之间，架有水面垃圾清洁装置中的两根驱动器设计借鉴鱼雷，由前盖、管体和后盖三段组成。整体结构外形为柱体，前盖呈半圆，以减小阻力。管体用直径90mmPVC管为主要原料，前、后盖材料均为尼龙棒。后盖装有电机、螺旋桨，提供动力螺旋桨外部有保护装置——3D打印成的支架，避免在行进过程中出现桨片与铝网缠绕的情况。垃圾存储装置采用的是可替换式的铝网存储箱，其多孔质轻，使得水面垃圾的收集更加方便，可执行性有所加强。

铝网，用来收集垃圾。铝网上有存放控制板的亚克力盒，用来防水，盒上开孔，使电源线和信号线保持畅通。

在驱动器的防水方面，我们采用在所用的尼龙棒上开两道槽，装上密封圈，通过涂抹黄油和凡士林进行进一步的防水，在接口处涂抹密封胶。支架和驱动器连接处的螺丝孔均不打通，以防驱动器内部进水。

它主要分为以下几个模块：

1）图像传输模块

图像传输部分采用TX2000发射机、USV接收机、航拍摄像头、3S电池（B3充电器）。

另设有音频调节按钮，安装在发射机芯片上，话筒发送音频至接收器。TS832发射机从左到右接线端分别为：1、2、3、4、5，当接12V摄像头时，1、2供电12V，3、4、5接摄像头。

接收机可直接接入手机显示，并且利用手机为它充电。

2）控制模块

控制面板有三部分组成，分为控制板、降压模块和电机驱动模块。

DC-DC 3A降压电源模块其面积仅有1.7*2.2CM，比一元硬币还小，而应用领域却很广泛。

LM2596S DC-DC 3A可调降压电源模块，有密集的过孔，散热能力强。

对于电机驱动模块，采用了L298N驱动芯片，其抗干扰能力和驱动能力强，散热快。

3）动力推进模块

动力推进模块分为电机、螺旋桨。

电机采用z字型减速马达（24v/900转）。

螺旋桨采用三叶尼龙船桨的外径为35mm，中心孔径为3.0mm，螺距=P1.9。在螺旋桨外部我们3D打印了支架，防止在行进过程中桨片与铝网缠在一起。

目前，产品应用范围十分广泛，一般情况单位周边都有湖或池塘之类的，无论是景区、学校、公司、机关单位、鱼塘、游乐园、公园、音乐喷泉等，都会有这个需求，所以产品的需求量很客观。

据统计，现阶段与此类产品相似的机器人只有水上行走机器人和垃圾清理机器人，本产品结合两者的优点，将观赏价值和功能特性融合，打破传统观念，填补市场空白。相较而言，优势明显，竞争压力小。

本作品利用船只自身行进过程中与水面的相对运动，达到收集清理水面漂浮垃圾的目的，广泛适用于河面、湖面、海面等垃圾比较多的区域。

就目前所了查到的信息而言，市场上还没有此类的产品，换而言之这个产品的潜在市场是巨大的，我们去做这个产品是非常有必要的。就我们现阶段的研发来讲，无论是学校还是周围可利用的资源很多，无疑是一个很大的優势。

（作者单位：四川省成都市双流区西南民族大学）