浙江水利水电学院 电气工程学院 浙江杭州 310018
摘要：针对中小型水域垃圾清理问题，该文设计了一种以太阳能-蓄电池互补技术作为动力系统，具有人工与智能任意切换功能的河道垃圾清理装置，将自动控制和手动控制结合在一起，形成人工智能控制的模式。自动控制通过采用K60主控芯片结合超声波、红外等传感器，可实现船体与水面垃圾距离的判断以及垃圾收集装置对水面垃圾的收集；手动控制通过采用2.4G航模遥控器，遥控距离远，对可见范围内的垃圾进行针对性收集，若垃圾收集满或者船体出现问题时可确保正确返航。本文主要介绍了垃圾清理器的船体结构设计、人工智能控制的硬件机械结构以及相关电路设计。
关键词：河道垃圾清理器；船体结构；机械结构；硬件电路
the Design of Intelligent River Garbage Collector
CHEN Fang，YU Xian-feng，XIE Qing-xin，YUAN Yin-chun，ZHAO Xiao-dong
（School of Electrical Engineering，Zhejiang University of Water Resources and Electric Power，Hangzhou 310018）
Abstract：Aiming at the problem of small and medium-sized water area garbage cleaning，this paper designs a river garbage collector with artificial and intelligent arbitrary switching function，which takes the solar-battery complementary to form the mode of artificial intelligence control. Automatic control through the use of K60 master control chip combined with ultrasonic，infrared and other sensors，the ship and surface garbage distance judgment and garbage collection device to collect surface garbage；Manual control adopts 2.4G model aircraft remote control，remote control distance，targeted collection of garbage within the visible range，if the garbage collection is full or the ship has problems，to ensure the correct return. This paper mainly introduces the hull structure design of the garbage collector，the hardware mechanical structure of artificial intelligence control and the design of related circuits.
Keywords：river garbage collector；hull structure；mechanical structure；hardware circuit
随着工业和社会的快速发展，河道湖面污染问题日渐突出，在湖面、河岸边我们经常看到可乐瓶、塑料袋等漂浮垃圾；还有些河水由于营养严重富集，导致繁殖出了大量的浮游藻类植物，这些水面漂浮植物如果不及时清理，将会严重打破区域生态平衡，给居民的日常工作和生活造成重大影响。根据目前市场上的水面垃圾清理装置来看，大部分的垃圾清理器都是采用大型清理船的型式，存在着体积庞大，结构繁琐等历史遗留问题，不适合狭小、多弯中小型水域垃圾的清理。大多数中小型水域还在采用人工打捞的方式进行处理，这种方式需要耗费大量的人力物力，而且存在着耗时长、效率低、劳动强度大等弊端，甚至还有一定的安全隐患。
针对以上问题我们设计了一款以太阳能互补技术作为动力系统，采用人工智能方式对河面垃圾进行自动收集和清理的装置。
1 系统整体设计
智能河道垃圾清理器是将自动控制和手动控制结合在一起，形成人工智能控制的模式。自动控制的工作方式通过采用K60主控芯片，结合超声波、红外等传感器，可实现船体与水面垃圾间距离和方位的判断，以及水面垃圾的收集；手动控制的工作方式通过采用2.4G航模遥控器，可进行远距离控制。清理器采用两个螺旋桨，采用PWM控制方式，清理器动力系统是太阳能-蓄电池互补动力系统。垃圾清理器装置结构示意图如图1所示。
通过测试实验控制器能实现控制智能河道垃圾清理器进行各个功能模块的运作并通过控制器的控制能够准确无误的实现垃圾清理器的智能工作功能，达到设计的预期目标。
4 结语
本文提出了一种专门针对河道、湖面水域的小型漂浮物的人工智能的垃圾清理器，该装置能收集河道、景区水域内的小型漂浮物，并减轻垃圾的带水量，减少动力输出，尽可能的提高效率，而且具有智能与人工任意切换的功能，同时实现自动控制和遥控控制；并采用太阳能-蓄电池互补动力系统，解决了太阳能电池板的供电不稳定（受天气影响）的弊端，也解决了蓄电池容量及体积重量带来的不确定因素，提高清理器的续航能力。
参考文献：
[1]唐术杰，涂朴勋，王泽霖.遥控式水面垃圾自动清理器[J].工业技术.2017（19）
[2]张玉新，王帅.水面垃圾清理船执行机构的仿真设计与研究[J].机械设计与制造. 2011（04）
[3]丁丽佳，刘鑫，赵岳，顾磊.遥控水面垃圾自动清理船[J].科技信息. 2009（11）
[4]袁胜发，许德昌，谭桂斌，王柏雨.气动式水面垃圾清理装置的研究[J].液压与气动. 2008（12）
[5]李思雨，吴艳娟，王帆，胡远杰.智能型水面垃圾清理器控制系统的研究与实现[J].控制系统. 2017（11）
[6]戴毓.探讨城市水面垃圾清理器设计研究[J].设计艺术.2015（11）
[7]袁斌华，高晓红，张彬，林宏烨.小型水面垃圾清理船的设计与实现[J].陇东学院学报. 2017（01）
[8]邱成果.大峡水电厂库区水面垃圾清理船的设计[J].船海工程.2003（04）
[9]曾义聪，刘建发，谢秋敏，陈奇，刘大帅，李峰.水面漂浮垃圾清理机的设计研究[J].徐州工程学院学报（自然科学版）.2013（01）
[10]杨佺. 小型水域水面漂浮物收集装置的设计[D].上海海洋大学 2016
[11]陈桂辉.“玄武号” AUV组合导航系统研发[D].浙江大学2017
[12]杨续伟.基于微惯性组合的嵌入式航姿参考系统研究[D].上海交通大学.2012
作者简介：
陈芳（1996.01—），女，在读本科生，研究方向为新能源应用；俞先锋（1971.02—），男，副教授，研究方向为电力电子技术在新能源方面的应用。
该项目为浙江水利水电学院2017年国家级大学生创新创业训练计划资助项目
论文作者:陈芳,俞先锋,谢沁馨,袁银春,赵晓冬
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/20
标签：水面论文; 垃圾清理论文; 垃圾论文; 河道论文; 船体论文; 水域论文; 装置论文; 《基层建设》2019年第9期论文;