基于arm的水上垃圾清理机器人设计方法

基于arm的水上垃圾清理机器人设计方法作者：华洵曹雪花

来源：《电脑知识与技术》2019年第01期

摘要：当前水体污染给人们的生产生活，给社会生态环境都带来了非常严重的影响，越来越受到社会的普遍关注。目前清理水体污染物主要是靠人工进行打捞，人力物力耗费较大，为有效解决这个问题，本文设计制作了一款由人工远程遥控对水面上的塑料袋、饮料瓶、树枝树叶等固体垃圾进行清理的机器人。该机器人除整体上采用水面稳定性较高的双船体结构外，还

包括图像传输单元、动力推进装置、打捞及传输装置等便于快速完成垃圾清理任务的相关机构。该机器人在人工协助下能够对水面上的固体垃圾物清理实现自动化作业，整个打捞过程无须人工直接参与，安全、便捷。

关键词：水体污染;垃圾清理;水中机器人

中图分类号：TP311; ; ; 文献标识码：A; ; ; 文章编号：1009-3044（2019）01-0237-03

Arm-based Design Method for Water Garbage Disposal Robot

HUA Xun1， CAO Xue-hua2

（1.Wuxi No. 1 Middle School， Wuxi 214031， China; 2.Jiangyin Polytechnic College Jiangsu， Jiangyin 214405， China）

Abstract： At present， water pollution has seriously affected people's production and life and social ecological environment.and now the cleaning of water pollutants mainly relies on; manual salvage， which consumes a large amount of human and material resources. In order to effectively solve this problem，this paper designed and built a robot which can be used to clean plastic bags，beverage bottles， branches， leaves and other solid wastes on the water surface by manual remote control. In addition to the two-hull structure with high surface stability as a whole， the robot also includes image transmission units， power propulsion devices， fishing and transmission devices，and other related mechanisms that facilitate rapid garbage disposal. The robot can clean up solid waste on the water surface automatically with the help of human hands. The whole fishing process is safe and convenient without direct human involvement.

Key words： water pollution; garbage diposal; Underwater robot

1 机器人结构设计

本文设计的水面垃圾清理机器人整体采用双体船结构[1]，可以在较大的风浪下稳定工作。两船体间安装容量较大的网状式垃圾收集箱，配合履带式辅助收集机构完成水面垃圾收集和短时存储。下图一为本文设计的水面垃圾清理机器人整体结构图。

如图1所示，本款水面垃圾清理机器人的主要组成单元包括推进装置、船体运动控制器、无线通信及水面垃圾视频检测装置等相关机构。

在船体中部，设有网状式垃圾收集装置，容量大且可快速更换，最前端的履带式辅助回收装置有两路电机拖动，不仅能增加船体前向运动的动力，而且能够将周围的垃圾借助水流吸附到回收器中。

视频监控装置可以借助无线通信单元将水面视频实时传输到监控平台上，方便操作人员观察人眼无法看到的区域内的垃圾分布情况并操作机器人准确收集这些区域内的垃圾。

2 硬件设计

本文设计的水面垃圾清理机器人的硬件组成[2，3]主要是指控制系统、动力单元以及图像传输单元所涉及的硬件部分。主要包括电源供电模块、电机驱动模块、无线传输收发模块、主控制器模块、继电器模块、图传模块等相关模块。

机器人的主控制器选用32位微处理器; STM32F103VET6[4，5]，其工作主频为72 MHz，该款处理器功耗低，处理速度快，自带的多路PWM输出单元便于对电机进行控制，能够满足双电机快速差速运动的需要，自带高速的IIC、SPI接口控制器，方便于外部设备进行通信，自带的AD采集通道便于实现各種模拟量的采集。

电源部分采用12V ，7.4V等电压等级的可充电电池为系统供电，还配有二路电压转换模块对7V电压源进行转换，分别得到3.3V，5V的电压为STM32控制板、继电器组、遥控器接收机、图传模块提供电源。

电机驱动模块采用7V-48V60MA宽电压大功率无刷直流电机驱动器HS-6026，该款驱动器具有以下功能特点：

（1）小尺寸

（2）多重保护，内置过电压、欠电压、过热保护电路

（3）控制信号全隔离，充分兼容; 3-5V电压输入

（4）大功率，无须再加散热处理，即可驱动; 60MA电机负载

（5）高速PWM隔离输入，最小脉冲宽度3us，隔离带宽10MHz

（6）支持满占空比输入，可脱离MCU，实现外部开关直接控制，可串联限位开关

（7）具有红蓝双色转向指示灯指示电机运转方向。

（8） MCU与电机驱动完全电气隔离，使MCU电磁兼容性能大大提高，其次还可保证控制电路的电气安全，即使出现严重的短路过压等情况，也不用担心MCU被窜入高压而烧毁，同时具有良好的控制稳定性。

下图2给出了该模块与电机和控制之间的连接示意图：