基本信息
- 项目名称：
- 多功能水面综合整治机
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 面对着由于水华等现象而引发的一系列问题，我们设计出一台面水面综合整治机。主要体现在以下六大系统: 1.剪割系统：采用独特电磁振动机驱动切割片； 2.升降系统：采用双轨道式设计； 3.粉碎系统：采用多个转刀进行相对啮合式粉碎剪切； 4.收集系统：采用密封式收集方式，减少水草泄漏量； 5.驱动系统：由轮船作为该装置的承载部分及运输部分； 6.抓取系统：由机械手组成，执行相应的功能。
- 详细介绍：
- 多功能水面综合整治机结构特性分析 此处研究的机器人是多功能水面综合整治机机构，通过平动、滑动和滚动等运动模式既能使该机器人在空间上实现自由运动的特性。通过对该多功能水面综合整治机的工作空间以及运动学特性的分析，初步剖析了该机器人的结构特点以及各杆件之间的连接关系，为后文控制系统打下基础。 （一）多功能水面综合整治机的结构特点 本文研究的多功能除水草机器整体结构简单，仅通过几个部件的转动控制和滑动控制，便可使各部件垂直、水平以及三维空间的移动。位置和姿态控制均能得到很好的实现。 该综合整治机由六大系统组成：剪割系统、抓取系统、升降系统、粉碎系统、收集压缩系统、驱动系统。剪割采用理发推子的结构功能原理工作，独特的双轨道升降方式，保证工作平台的精确定位，驱动系统的工作区域的精确定位，多个转刀的粉碎机制与压缩装置和小车的组合式收集，大大提高了工作效率。 如第二大点运动与动力分析中所述该机器人集六大系统于一体，功能强大，能够实现远程控制，独特的双轨道式支撑升降，巧妙的模块化设计，大大降低了模型建立的难度。船体与工作台面巧妙的夹持连接，合理布局，使得结构紧凑，外观形象简洁。易于操作的控制系统，使得工作效率显著的提高。同时船体的整体驱动可以将工作台面运抵至任何需工作的水域。 （二）多功能水面综合整治机工作空间及活动度的分析 机构的工作空间是指机器人操作器的工作区域，它是衡量机器人性能的重要指标。而机器人的可达工作空间是操作器上某一参考点可以达到的所有点的集合。由于机构的特殊形式，使得机构具有空间的几大自由活动度，所以拥有相对较大的运动空间范围。在活动度方面，该机器人的上半部分结构可以通过双滑轨的移动将其伸入深度的水中，再由前部的切割装置对整排水草进行切割。而在传送带的前半部分中有一只运动灵活的机械手，可把切割的水草等物质抓放到传送带上或灌木等物质直接放至船上，减轻了运输装置的压力。 传送带则会把切割后的水草不断的运送到一个位于船体中间的粉碎加工系统，这一系统是由一根根装有锋利螺旋形刀片的圆柱体构成的，而这几根圆柱体彼此之间都是方向转动的，这样就能对运送来的水草进行充分的粉碎，粉碎后的水草则直接从刀片之间落到位于粉碎系统下部的收集系统，该系统由两条滑轨和一个收集小车组成，进入到收集小车上的水草则会被车上的压缩装置进行初步的压缩处理，以更好的运输。收集满后的水草则被运输到船体的尾部，等上岸后再做进一步的回收利用。 船体的移动则是通过装载在船体后部分的驱动系统进行驱动，驱动船体的运动到达既定的工作水域开展除水草工作。整体由电机与螺旋桨构成，电机的驱动带动螺旋桨的运动而使船整体的向前、向后、左转右转等运动。 （三）多功能水面综合整治机要完成的任务 （1）多功能水面综合整治机能在湖泊、大河流、海洋等大片水域中应用； （2）它能完成水草的切割、收集、粉碎、压缩回收、废物重利用等任务； （3）采用模块化设计，可以组装多种工作装置，所以该机器人能完成多项任务。例如：在船体上安装一个支架、滑轮、绳索以及渔网等，即可实现在湖泊、水产养殖长等地进行捕鱼工作。再如：在船体前安装一个铲斗，即可完成对水底淤泥的清理工作。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 由于环境污染而引起的赤潮水华现象，导致水体的进一步恶化，水草疯长，对水上交通造成了严重的不利影响，因此我组欲设计一种能够综合整治这种污染现象的机器人，此款机器人可对水下污泥，水草及水面藻类的统一处理。 机器人存在的创新点有：1.有一只活动灵巧的机械手，可对切割后的水草直接进行抓放工作，由此可以避免水草将转轴缠绕住或漂走；2.采用双轨式设计：运动系统由两个并联的电机同步工作，保证了机器人工作时的稳定性和高效性，可以使整个工作机构灵活运动；3.回收打包装置：经过粉碎后的水草准确地落入回收仓，回收仓中设计了水草压缩装置，可以将水草充分地压缩成形，实现更方便地储存；4.清洁动力能源的使用更加相应了时代可持续发展之路。
科学性、先进性
- 机器人学是现代高科技发展的重要方向之一，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要课题。集多功能、高效、自动等等优点的机器人也是我们一直研究的热点问题。同时面对着当今水面严重的污染问题，水面综合整治机应运而生。该作品能够精确的到达工作水域，协同机体的剪割系统、抓取系统、升降系统、粉碎系统、收集系统精确的完成相应工作。
获奖情况及鉴定结果
- 华北科技学院科技文化节优秀奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 模型 现场演示 图片 录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 多功能水面综合整治机集六大系统于一体，功能强大，能够实现远控制，独特的双轨道式支撑升降，巧妙的模块化设计，大大降低了模型建立的难度。船体与工作台面巧妙的夹持连接，整体的合理布局，使得结构紧凑，外观形象简洁。易于操作的控制系统，使得工作效率显著的提高。同时船体的整体驱动可以将工作台面运抵至任何需工作的水域。
同类课题研究水平概述
- 水面及水下的综合整治一直是困扰我国环境可持续发展，水产业、船舶航行业发展的一个巨大难题。2008年，苏州大学机电学院芮延年教授牵头研发的一种“湖底淤泥自动清理技术”取得了突破，以每小时可处理污泥80到100吨，这将大大缓解甚至有望从根本上解决太湖蓝藻污染问题。其是从处理蓝藻温床达到处理蓝藻的目的。2003年，浙江省水电建筑机械有限公司的李永华等人发明创造了一种属于水面水生植物打捞清除机械技术领域，特别涉及一种水草清除装置。2007年上海水产大学张丽珍等人发明了一种滚刀式水草收割机。国内的发展还远远不止这些，下面是一些来自海关图书网的专利申请（挑选的其中的一部分）：200510044686 水面清理机具 90216180 沉水植物联合收割机 200920007784 水草收割船 200920149052 一种水草旋切机 03156838 一种水草清除装置
