智能除污機器人的設計

王自強 曾實現 張艷

摘 要：該系統包括車體除污裝置、清理裝置和回收裝置等，車體上連接動力裝置、車體前端連接有固定架，固定架上連接感應裝置，固定架的傾斜面上設有齒條滑軌，除污裝置包括滑軌支架，滑軌支架連接在齒條滑軌前端，滑軌支架的下端連接有定位板，定位板的下端依次連接有恒溫片和半導體制冷片，清理裝置包括集成電路控制器和刮鏟機構，集成電路控制器通過線路與設在車體下端的減速電機連接，減速電機的轉軸下連接刮鏟機構，回收裝置包括鏟斗、滾輪毛刷和步進電機，鏟斗連接在車體后端，滾輪毛刷通過步進電機連接在鏟斗前端的車體一上，除污車可處理粘在地面上的粘性物質，結構簡單實用，實用性高。

關鍵詞：除污裝置；清理裝置；回收裝置

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

1 緒論

隨著時代的發展，人們意識到愛護環境的重要性，在生活中，我們發現破壞、影響環境的現象隨處可見，例如粘在地上已經發黑的口香糖。這些星星點點的黑色印記，對環境影響非常大，直接鏟除費時費力，而且不徹底[1]。該除污車能有效清理粘在地上的口香糖類等粘性物質，有效解決了口香糖等的粘性物質的污染環境且難清除的問題，解放了勞動力，提高工人工作效率，該除污車結構新穎，實用性高，城市的一些環境清理問題提供有效的幫助。

2 總體方案設計

除污車主要由：伺服電機帶動的動力系統、超聲波避障系統、基于單片機的控制系統、恒溫片升溫設備、制冷片制冷設備、鏟除回收設備等組成。該除污車集發電、儲能、除污為一體的現代化機器設備，它既可以遠程遙控，也可以自動運行。系統結構包括車體、感應裝置、動力裝置、除污裝置、清理裝置和回收裝置，車體上連接動力裝置、車體前端連接有固定架。車體的上端設置有控制臺，控制臺后側的車體上設置動力裝置。動力裝置包括蓄電池，蓄電池通過線路分別與感應裝置、動力裝置、除污裝置和回收裝置連接。車體的兩側均布有四個車輪，車輪的轉軸通過線路與蓄電池連接。固定架呈號三十度傾斜固定在車體的前端，固定架的前端傾斜面上設置有齒條滑軌，定架上連接感應裝置。感應裝置包括超聲波避障感應器和顏色感應器，超聲波避障感應器和顏色感應器均連在固定架的前端上部。感應裝置可通過顏色感應器感應垃圾臟污的位置，超聲波避障感應器可保證除污車在行駛過程中不會撞到周邊事物。機器人整體結構如圖1所示。

3 機械結構設計

3.1 清理裝置的設計

清理裝置包括減速電機、集成電路控制器和刮鏟機構，控制臺上連接集成電路控制器，超聲波避障感應器和顏色感應器通過線路與集成電路控制器連接。集成電路控制器通過線路與設置在車體下端的減速電機連接，減速電機下端的轉軸上連接刮鏟機構，刮鏟機構包括軸套和連接在軸套外端的刮片，軸套與減速電機的轉軸連接。刮片由橫板和豎板呈T字形連接組成，豎板豎向連接在橫板的下端中部，刮片由金屬材料制成。當除污裝置工作時，減速電機帶動刮鏟機構工作，垃圾被刮片刮掉。

3.2 回收裝置的設計

車體后端設置回收裝置，回收裝置包括鏟斗、滾輪毛刷和步電機，鏟斗連接在車體后端，滾輪毛刷通過步進電機連接在鏟斗前端的車體上。鏟斗呈蝸殼狀，鏟斗的兩端與車體的后下端的內側連接，滾輪毛刷位于鏟斗的開口端處。滾輪毛刷由滾筒和連接在滾筒上的毛刷組成，滾筒位于鏟斗的開口端的上方，毛刷設有多個，多個毛刷豎向垂直連接在滾筒的外端面上。當回收裝置工作時，滾輪毛刷轉動，將垃圾掃入鏟斗內。

4 控制系統設計

4.1 單片機最小系統

控制系統選擇由STC89C51RC單片為主控芯片，主控芯片加上晶振電路與復位電路組成單片機最小系統，晶振電路為系統提供時鐘信號，復位電路是處理單片機在運算過程中由于某些因素，導致內部寄存器無法正常運行時，通過復位來使得程序重新運行[2]。

4.2 電源電路

整體系統使用蓄電池供電，經過LM2596降壓電路為系統提供所需的電壓。模塊為降壓型電源管理集成電路，可輸出3A的電流，并具有線性負載調節能力，可輸出37V以下的各種電壓，其開關頻率為150KHZ，模塊使用標準的電感，極大的優化了LM2596的性能，以及輸出電壓的穩定性[3]。

4.3 驅動模塊

水泵以及電磁閥均使用L298N芯片作為驅動，其主要優點是發熱低、抗干擾能力強、工作電壓高、輸出電流大，內部含有兩個H橋，可以用來驅動直流電機、水泵以及電磁閥。工作原理：當驅動電壓為7—12V時，可以使用5V邏輯供電，并可以同時供外部傳感器使用。同時驅動兩個電機時，使能端ENA、ENB可以控制IN1、IN2、IN3、IN4輸入PWM信號控制電機轉速。

4.4 超聲波模塊

主要由接收、發射與控制電路組成，可以測量2cm-400cm的非接觸式的距離，其精度可達到3mm，四個接口分別為：VCC、GND、TRIG、ECHO。其自動發送8個40KHZ的方波，返回信號自動檢測。當信號返回時ECHO為高電平，高電平的時間即為發射到返回的時間。

5 系統軟件設計

系統軟件使用C語言編寫而成，采用模塊化設計思想，以主程序為核心，設計了單片機初始化模塊、速度控制模塊、方向控制模塊、串口發送模塊、液晶顯示等模塊。在整體機械和硬件都設計好了之后就是軟件的設計和系統的調試。

參考文獻：

[1]李浩，崔國強.直流換流站絕緣子除污機器人研制與應用[J].山東電力技術，2017，44（02）：11-14+19.

[2]馮小龍，鐘虎，孫珍珍，梁兵.基于PIC單片機的采煤機遠程監控系統除污裝置設計[J].煤炭工程，2010（08）：102-104.

[3]王守利，王大欣，馬桂玲.一種新型采暖系統除污裝置的設計開發[J].工業鍋爐，2007（04）：22-24.