摘要
摘 要：本文研究目的为解决小型水域人工清理垃圾效率低、成本高的问题，提供自动化垃圾清理解决方案。研究采用“结构设计-控制系统开发-力学验证”的技术路径，先确定机器人总体设计方案，完成船体、垃圾收拢机构、传输机构的结构设计与部件选型校核；再以STM32F103为核心，构建“决策-控制-执行”三层控制系统，集成GPS、视觉等多传感器，优化PID与NCC算法；最后通过ANSYS对挡板支架进行静力学仿真，结合实地测试验证性能。研究结果显示，机器人实现自主航行、垃圾识别捕获、自动倾倒功能，定位误差≤1.5m，垃圾识别准确率达86%，挡板支架最大应力远低于材料屈服强度。主要结论为机器人结构设计合理，控制系统稳定可靠，力学性能满足工况要求，可高效完成小型水域垃圾清理任务，为水域环境治理提供实用技术支撑。
关键词：水面垃圾清理机器人；结构设计；控制系统；静力学仿真
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2 国内研究现状 3
1.3 本文主要研究内容 6
2 总体方案设计 7
2.1设计目标 7
2.2 总体结构布局 7
2.3 各子系统功能设计 8
2.3.1 载体系统 8
2.3.2 垃圾收集系统 8
2.3.3 垃圾存储系统 10
2.3.4 动力推进系统 10
2.4 本章小结 11
3 船体设计 12
3.1 船体结构设计 12
3.2 船体材料的选择 12
3.3 船的排水量合吃水深度计算 12
3.3.1 总重量与浮力需求 12
3.3.2 吃水深度计算 13
3.4 本章小结 13
4 垃圾传输机构设计及校核计算 15
4.1 传动系统工作参数确定 15
4.2 减速电机选型 15
4.2.1 计算传动系统所需功率 15
4.2.2 确定电机转速与减速比 16
4.3.3 电机选型结果 16
4.3 皮带轮设计与校核 16
4.3.1 皮带轮结构设计 16
4.3.2 皮带轮强度校核 17
4.3.3 轴孔配合校核 17
4.3.4 皮带轮中心距计算 18
4.3.5 皮带选型与计算 19
4.4 传动系统整体校核 20
4.5 本章小结 20
5 控制系统设计 22
5.1 控制系统总体架构 22
5.1.1 决策层 22
5.1.2 控制层 22
5.1.3 执行层 23
5.2 硬件系统设计 23
5.2.1 核心控制器 23
5.2.3 驱动模块设计 24
5.3 软件系统设计 24
5.3.1 主程序流程 24
5.4 本章小结 25
6 基于ANSYS的仿真分析 26
6.1 ANSYS软件介绍 26
6.2 挡板支架静力学分析 26
6.2.2 材料属性 27
6.2.3 网格划分 27
6.2.4 边界条件 28
6.2.5 结果分析 28
6.3 本章小结 29
结论与展望 30
致谢 31
参考文献 32
说明书
三维模型
CAD图纸
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