摘要
随着人类活动的不断增加，水底垃圾成为了一个日益严重的问题。这些垃圾不仅破坏了水生生态系统，还对人类健康和海洋环境构成了潜在威胁。传统的水底垃圾清理方法往往效率低下且成本高昂，因此，开发一种高效、自动化的水底垃圾回收机器人显得尤为重要。这类机器人能够在复杂多变的水下环境中自主移动并清理各类垃圾，对于保护水域环境、提高清理效率及降低人力成本具有重要意义。
本文主要探讨了水底垃圾回收机器人的设计。研究首先分析了水底环境的特点和垃圾清理的需求，随后提出了机器人的总体设计方案，包括机器人的机械结构、控制系统和传感器配置。文章还详细介绍了机器人的工作原理，即通过传感器识别水底垃圾，并自主进行垃圾的抓取、收集和处理。此外，还讨论了机器人在不同水底环境下的适应性和可能面临的挑战，并提出了相应的解决方案。该研究旨在为水底环境的保护和清洁提供一种高效、智能的新方法。。
关键词：垃圾清理；水下机器人；环境治理；机器人
目录
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国内研究现状 1
1.2.2 国外研究现状 3
1.3 本文主要研究内容 4
1.4 本章小结 4
2 总体方案设计 5
2.1 水底垃圾回收机器人设计要求 5
2.2 金属结构材料选择 5
2.3 动力系统方案论证 5
2.3.1 内燃机动力系统 6
2.3.2 液压系统 6
2.3.3 电机驱动系统 6
2.4 垃圾清理方案论证 7
2.4.1 吸附式清理 7
2.4.2 切割式清理 7
2.4.3 抓取式清理 7
2.5 水底垃圾回收机器人总体结构 8
2.6 本章小结 9
3 关键零部件设计计算 10
3.1 主推进器性能要求 10
3.2 电机选型 11
3.3 动力学参数计算 11
3.4 齿轮设计与计算 12
3.5 主轴设计与校核 15
3.5.1 高速轴（Ⅰ轴）最小轴径计算 15
3.5.2 高速轴（Ⅰ轴）结构设计 16
3.5.3 低速轴（Ⅰ轴）最小轴径计算 16
3.6 辅助推进器选型 16
3.7 电机与螺旋桨连接轴的校核 17
3.8 抓取机械手设计 18
3.8.1 机械手设计要求与水下工况分析 18
3.9 机械手总体结构方案设计 19
3.9.1 总体结构组成 19
3.9.2 工作原理 19
3.10 机械手运动学分析 19
3.10.1 机构简化与坐标系建立 20
3.10.2 运动学正解（位移分析） 20
3.10.3 速度与加速度分析 20
3.11 机械手动力学计算 20
3.11.1水下夹持力需求计算 20
3.11.2 舵机输出扭矩计算 21
3.11.3 驱动元件选型 21
3.12 关键部件水下密封设计 22
3.13 整机防腐设计与表面处理工艺 22
3.14 零部件装配要求与公差设计 23
3.15 本章小结 23
4 关键零部件三维建模 25
4.1 建模软件与整体思路 25
4.2 车架建模 25
4.2.1 上车架建模 25
4.2.2 底车架建模 26
4.3 浮力气筒建模 27
4.4 辅助推进器建模 27
4.5 主螺旋桨建模 28
4.6 机械臂建模与装配 29
4.7 整机装配与干涉检查 29
4.7.1 整机装配流程 29
4.7.2 干涉检查 30
4.7 本章小结 30
5 基于solidworks的有限元仿真 32
5.1 行走轮轴静力学分析原理 32
5.2 仿真模型与材料参数 33
5.3 载荷与约束条件设置 34
5.3 网格划分 34
5.4 仿真结果与分析 35
5.5 位移变形结果分析 35
5.6 本章小结 36
5 结论 37
参考文献 38
致 谢 39
附 录 40
说明书
三维模型
CAD图纸
文件列表
