智能除污机器人的设计

    王自强 曾实现 张艳

    摘 要：该系统包括车体除污装置、清理装置和回收装置等，车体上连接动力装置、车体前端连接有固定架，固定架上连接感应装置，固定架的倾斜面上设有齿条滑轨，除污装置包括滑轨支架，滑轨支架连接在齿条滑轨前端，滑轨支架的下端连接有定位板，定位板的下端依次连接有恒温片和半导体制冷片，清理装置包括集成电路控制器和刮铲机构，集成电路控制器通过线路与设在车体下端的减速电机连接，减速电机的转轴下连接刮铲机构，回收装置包括铲斗、滚轮毛刷和步进电机，铲斗连接在车体后端，滚轮毛刷通过步进电机连接在铲斗前端的车体一上，除污车可处理粘在地面上的粘性物质，结构简单实用，实用性高。

    关键词：除污装置；清理装置；回收装置

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.129

    1 绪论

    随着时代的发展，人们意识到爱护环境的重要性，在生活中，我们发现破坏、影响环境的现象随处可见，例如粘在地上已经发黑的口香糖。这些星星点点的黑色印记，对环境影响非常大，直接铲除费时费力，而且不彻底[1]。该除污车能有效清理粘在地上的口香糖类等粘性物质，有效解决了口香糖等的粘性物质的污染环境且难清除的问题，解放了劳动力，提高工人工作效率，该除污车结构新颖，实用性高，城市的一些环境清理问题提供有效的帮助。

    2 总体方案设计

    除污车主要由：伺服电机带动的动力系统、超声波避障系统、基于单片机的控制系统、恒温片升温设备、制冷片制冷设备、铲除回收设备等组成。该除污车集发电、储能、除污为一体的现代化机器设备，它既可以远程遥控，也可以自动运行。系统结构包括车体、感应装置、动力装置、除污装置、清理装置和回收装置，车体上连接动力装置、车体前端连接有固定架。车体的上端设置有控制台，控制台后侧的车体上设置动力装置。动力装置包括蓄电池，蓄电池通过线路分别与感应装置、动力装置、除污装置和回收装置连接。车体的两侧均布有四个车轮，车轮的转轴通过线路与蓄电池连接。固定架呈号三十度倾斜固定在车体的前端，固定架的前端倾斜面上设置有齿条滑轨，定架上连接感应装置。感应装置包括超声波避障感应器和颜色感应器，超声波避障感应器和颜色感应器均连在固定架的前端上部。感应装置可通过颜色感应器感应垃圾脏污的位置，超声波避障感应器可保证除污车在行驶过程中不会撞到周边事物。机器人整体结构如图1所示。

    3 机械结构设计

    3.1 清理装置的设计

    清理装置包括减速电机、集成电路控制器和刮铲机构，控制台上连接集成电路控制器，超声波避障感应器和颜色感应器通过线路与集成电路控制器连接。集成电路控制器通过线路与设置在车体下端的减速电机连接，减速电机下端的转轴上连接刮铲机构，刮铲机构包括轴套和连接在轴套外端的刮片，轴套与减速电机的转轴连接。刮片由横板和竖板呈T字形连接组成，竖板竖向连接在横板的下端中部，刮片由金属材料制成。当除污装置工作时，减速电机带动刮铲机构工作，垃圾被刮片刮掉。

    3.2 回收装置的设计

    车体后端设置回收装置，回收装置包括铲斗、滚轮毛刷和步电机，铲斗连接在车体后端，滚轮毛刷通过步进电机连接在铲斗前端的车体上。铲斗呈蜗壳状，铲斗的两端与车体的后下端的内侧连接，滚轮毛刷位于铲斗的开口端处。滚轮毛刷由滚筒和连接在滚筒上的毛刷组成，滚筒位于铲斗的开口端的上方，毛刷设有多个，多个毛刷竖向垂直连接在滚筒的外端面上。当回收装置工作时，滚轮毛刷转动，将垃圾扫入铲斗内。

    4 控制系统设计

    4.1 单片机最小系统

    控制系统选择由STC89C51RC单片为主控芯片，主控芯片加上晶振电路与复位电路组成单片机最小系统，晶振电路为系统提供时钟信号，复位电路是处理单片机在运算过程中由于某些因素，导致内部寄存器无法正常运行时，通过复位来使得程序重新运行[2]。

    4.2 电源电路

    整体系统使用蓄电池供电，经过LM2596降压电路为系统提供所需的电压。模块为降压型电源管理集成电路，可输出3A的电流，并具有线性负载调节能力，可输出37V以下的各种电压，其开关频率为150KHZ，模块使用标准的电感，极大的优化了LM2596的性能，以及输出电压的稳定性[3]。

    4.3 驱动模块

    水泵以及电磁阀均使用L298N芯片作为驱动，其主要优点是发热低、抗干扰能力强、工作电压高、输出电流大，内部含有两个H桥，可以用来驱动直流电机、水泵以及电磁阀。工作原理：当驱动电压为7—12V时，可以使用5V逻辑供电，并可以同时供外部传感器使用。同时驱动两个电机时，使能端ENA、ENB可以控制IN1、IN2、IN3、IN4輸入PWM信号控制电机转速。

    4.4 超声波模块

    主要由接收、发射与控制电路组成，可以测量2cm-400cm的非接触式的距离，其精度可达到3mm，四个接口分别为：VCC、GND、TRIG、ECHO。其自动发送8个40KHZ的方波，返回信号自动检测。当信号返回时ECHO为高电平，高电平的时间即为发射到返回的时间。

    5 系统软件设计

    系统软件使用C语言编写而成，采用模块化设计思想，以主程序为核心，设计了单片机初始化模块、速度控制模块、方向控制模块、串口发送模块、液晶显示等模块。在整体机械和硬件都设计好了之后就是软件的设计和系统的调试。

    参考文献：

    [1]李浩，崔国强.直流换流站绝缘子除污机器人研制与应用[J].山东电力技术，2017，44（02）：11-14+19.

    [2]冯小龙，钟虎，孙珍珍，梁兵.基于PIC单片机的采煤机远程监控系统除污装置设计[J].煤炭工程，2010（08）：102-104.

    [3]王守利，王大欣，马桂玲.一种新型采暖系统除污装置的设计开发[J].工业锅炉，2007（04）：22-24.