北京航空航天大学第二十四届“冯如杯”学生创意大赛参赛作品第二十四届“冯如杯”学生创意大赛项目论文可自动清理垃圾的机器狗IV摘 要近年来，随着社会的发展，人们的生活水平得以提高，人们的消费能力也在不断增长，但随之而来的垃圾问题却越来严重。人工清理垃圾耗时耗力，而且效率低。本项目旨在研制一种新型的垃圾自动清理机器人。该机器人不仅可实现垃圾的自动清理，而且还可以二十四小时不间断工作，极大地节省了人力物力。本项目将在借鉴已有的一些垃圾清理工具的基础上，进行改造组装，形成一款新型的垃圾自动清理机器。一改老式垃圾清理工具的特点，该垃圾清理机器将实现自动清理垃圾的功能。此机器节能、实用、高效，可极大地减轻人们的负担，是一款不可多得的垃圾清理助手。关键词：垃圾，自动清理，机器，新型AbstractIn recent years, with the development of the society, peoples living standard has improved, peoples consumption ability is growing, but the resulting garbage problem is more serious.Some artificial clearing up facilities not only consume bue also have low efficiency. This project aims to develop a new type of automatic cleaning robot. The robot can realize automatic cleaning up garbage, 24 hours non-stop work, thus，greatly saving manpower.This project is reference for some of the rubbish cleaning tools, on the basis of reforming assembly, forming a new garbage automatic cleaning machine. Changing the characteristics of the old junk cleaning tools, the machine will automatically clean up garbage rubbish. This machine is energy saving, practical and efficient, it can greatly reduce the burden of people, it will be a rare rubbish assistant.Key words: garbage, automatic cleaning, machine, new type目录摘 IIAbstractIII第一章 引言11.1研究背景11.2创意来源1第二章 研究方案32.1机器概况32.2各部分的组成、功能及原理32.2.1头32.2.2身42.2.3腿62.2.4尾7第三章 项目总结与反思93.1技术可行性及难点93.2创意度分析9第四章 应用前景10第五章 总结与展望11参考文献12IV第一章 引言1.1研究背景近年来，社会竞争日益激烈，为了获得更好地生活条件，很多家庭是夫妻双方在外工作，压力极大。然而，结束一天的劳累工作后，还得回家整理，打扫，不得不说，这些家庭琐事为人们增添了不少烦恼。虽然已有家用吸尘器的自动化程度很高，但仍需要人力控制。人们迫切需要一种能够自动清理的垃圾清理助手来帮助人们减轻生活的压力。当然另一方面，近年来，人们的生活水平日益提高，但所造成的垃圾问题却越来越严重，仅仅在旅游景区这一问题就已经很严重了。据统计，南岳衡山每年约6000吨的垃圾。在黄山山道两侧谷地，几乎成了登山游人丢弃杂物的垃圾桶。全国各地，凡重点风景区点，到处可见游人丢弃的杂物，有些茶室、餐厅、凉亭之内几乎垃圾遍地，难以插足，如此脏乱环境，令大好风景黯然失色1。图1 旅游区的垃圾而要将这些垃圾全部清理干净会耗费大量的人力物力，不仅耗时耗力，而且清理效果并不佳。这便使得一种能够自动清理垃圾的机器显得十分有必要。1.2创意来源垃圾问题日益严重，但却没有找到有效的方法去解决，针对这一问题，本项目拟制作一款新型的垃圾自动清理机器。仿生学是现在机械制作方面运用得最为广泛的，此项目也拟用仿生学的原理来制作一款垃圾自动清理机器。在生活中，狗作为一种常见的动物，其身体平衡性好，十分灵活，不易摔倒，是作为仿制这一机器本体的最佳选择，因此，本项目拟制作一款仿生狗。第二章 研究方案2.1机器概况本方案拟设计一种能够自动清扫垃圾的机器，此机器外形是狗的形状，该机器狗主要由四部分组成即头、身、腿、尾，这四部分是相连的，可合作完成各种垃圾清扫任务，具有自动吸尘、清扫垃圾、清洁地面的功能，并且能自动前进，进行垃圾的清理。此机器拟采用可充电蓄s电池作为动力来源，并配以太阳能电池板作为辅助动力来源。不管是在室外还是在室内使用，只要拥有足够的电力供应，其工作就不会中断。当机器遇到垃圾时，机器狗头部的电子眼根据色差原理来识别垃圾，然后通过传感器将识别到的垃圾位置传递给机械手，机械手将垃圾拾起放入储物箱中。当垃圾全被拾起之后，可根据人的意愿来进行进一步的清扫和自动吸尘处理。然后机器继续自动前进，清理垃圾。2.2各部分的组成、功能及原理2.2.1头（1）头的组成及功能机器狗的头主要由电子眼与具有清扫功能的“舌头”组成，可完成对垃圾的识与清扫。（2）原理头部的电子眼，利用色差原理制成，用色差感应器2与狗身体中其它部位相连接。当遇到垃圾时，电子眼可根据垃圾与周围环境的不同而进行识别，然后将色差信号转化成电流信号传递给机器狗身体中其它部位，使机器进行进一步的工作。机器狗的舌头便是通过色差感应器与电子眼相连接，当电子眼的产生的电流信号传递到“舌头”时，“舌头”便进行清扫工作。图2 色差传感器的大致组成2.2.2身（1）身的组成及功能机器狗的身主要由蓄电池、太阳能电池板、储物箱、压缩机、机械手组成。蓄电池和太阳能主要提供电力，储物箱和压缩机主要用于储存垃圾，机械手主要用于拾起垃圾。（2）原理太阳能电池板与蓄电池相连接，太阳能电池板主要是半导体组成。当太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流3。然后将电流的输出端与蓄电池相连，为蓄电池充电，实现太阳能的转化。图3 太阳能电池板的工作原理图储物箱与与压缩机之间用电磁继电器来控制，将电磁继电器器安装在储物箱的顶部。等垃圾装满之后，电磁继电器上感受到压力，使得控制压缩机的电路接通，压缩机工作，待将垃圾压缩完后，压力消失，控制压缩机的电路断开，压缩机停止工作，机器狗继续清扫垃圾。图4 压缩机的组成图图5 电磁继电器的工作原理图机械手由电子眼控制，当电子眼对周围的环境进行色差分析，发现垃圾之后，便可通过传感器将感受到的信息传给机械手，使得机械手能够去拾起地面上的垃圾，当垃圾清理完后，电子眼可以根据检测到没有垃圾后便可继续前进。图6 机械手拾垃圾的示意图2.2.3腿（1）腿的组成及功能机器狗的腿主要是由四个具有弯曲功能的机械连杆组成，实现机器狗的移动。（2）原理机器狗腿部运动主要由驱动电机来控制，电机的正传与反转由MCU控制，在行进的过程中依靠传感器来识别障碍物。图7 机器狗腿部示意图2.2.4尾（1）尾的组成与功能机器狗的尾主要由吸尘器组成，出去地面上难以清扫干净的垃圾。（2）尾的原理机器狗的尾由电子眼通过色差传感器来控制，电子眼将色差信号转化成电流信号穿递给尾时，便可驱动尾进行工作。而尾部的吸尘器则利用电动机带动叶轮高速旋转，使集尘室内形成局部真空。与集尘室外形成气压差产生气流灰尘随气流一起吸入集尘室内，经过滤，将灰尘留存与集尘室内，排出洁净空气。4图8 吸尘器的工作原理图第三章 项目总结与反思3.1技术可行性及难点这款机器狗所采用的大多是已经存在的技术，而且各技术已经相对成熟了。但是，若是将其进行组装，让其实现新的功能却并非易事。在此款机器狗的设计中，多处运用到了传感器，并且要求各传感器在工作过程中不能够互相产生影响，这就具有相当大的难度。除此之外，该机器狗必须能够自己控制行走，这就要求相当高的智能化程度，而这又是一个难点。因此，想要成功地设计出符合条件的机器狗是有相当难度的。3.2创意度分析该机器狗虽说在研制方面存在一定难度，但是其创意度还是不可忽略的。该机器狗与以往的清理机器不同，它能够实现对垃圾的识别，能够在不需要人工操作的情况下实现对垃圾的自动清理，是一部具有全自动清理功能的新型垃圾清理助手。第四章 应用前景现在的人们工作压力大，而这款机器狗不仅能够帮助他们做室内清洁，而且可以帮他们做室外清洁，方便又实用，高效又节能，是家庭中不可或缺的家务助手。一些旅游区、街道、火车道两侧的垃圾成堆，靠人力极难彻底清理干净，而且耗时耗力，而有了这种自动清理垃圾的机器狗，便能实现高速便捷清理。总而言之，这种机器狗的应用前景是十分广阔的。第五章 总结与展望这种机器狗集清扫工具于一体，可实现多种清扫功能。并且这种清扫工具的应用范围广阔，不仅可以运用于家庭日常清扫，还可运用于各种大型商场、公司、机场、火车站等，以及街道、旅游区、铁轨附近，是一款非常使用的垃圾清理助手。同时，在电力充足的情况下，它还能够二十四小时不间断工作。而且，当它在室外工作时，它能够一遍工作，一边将太阳能转化成为电能储存起来，节能环保，符合绿色产品的概念。尽管如此，它还是存在一定的缺陷，它并非全能型的垃圾清理工具，无法清理水中或是树上的一些垃圾。它还需要做进一步的改进与完善。总体而言，这款机器狗还是具有十分高的市场价值的，若是将其研制出来，它定会是一款不可多得的垃圾清理助手。 参考文献1 http:/act3.gongyi.qq.com/4177/work/show-id-2988.html 腾讯网2 http:/www.hc360.com/ 慧聪网3 http:/www.docin.com/p-115840131.html 豆丁网4 http:/www.docin.com/p-514690400.html 豆丁网12