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1、附件1序号： 编码： 2010年“丁颖杯”课外学术科技作品竞赛作品申报书 作品名称： 全自动塘湖漂浮垃圾打捞机“甲壳虫” 学院名称： 工程学院 申报者姓名： 林鸿敏 类别：自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类说 明1.申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3.表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报
2、书可复制。4.序号、编码由竞赛组委会填写。5学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，字数在8000字左右（文章版面尺寸14.522cm）。A2申报者情况（集体项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写；2申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3本表中的学籍管理部门签章视为申报者情况的确认。申报者代表情况姓名林鸿敏性别男出生年月1989.6学院工程学院系别、专业、年级08机械设计制造极其自动化学历本科学制4年入学时间2008.9作品名称全自动塘湖漂浮垃圾打捞机“甲壳虫”毕业论文题目（注：2011届毕业本
3、科生和研究生需填写）通讯地址华南农业大学华山校区3栋102邮政编码510000办公电话13694249626常住地通讯地址华南农业大学华山校区3栋102邮政编码510000住宅电话其他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位刘应春男22本科华南农业大学吴成龙男20本科华南农业大学柯宙志男21本科华南农业大学曾旭升男21本科华南农业大学郑卓光男21本科华南农业大学资格认定学院学籍管理部门意见以上作者是否为2011年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。是 否 （部门签章）年 月 日院系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活
4、动成果是 否负责人签名：年 月 日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认； 3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、 原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书； 4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称作品分类（ A ）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学
5、、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标作品的设计：船体总体采用3个动力源。（图0）第一， 打捞爪控制部分。前面两个电机分别控制两个打捞爪向中轴线同步或异步滑动，将垃圾捞船中间。第二， 打捞轮传动部分。通过电机和链轮连接，带动前后两个打捞轮反向转动，将垃圾收集到垃圾箱中。打捞爪控制部分第三， 打捞船驱动部分。通过控制两个电机的转动情况来实现船体的前进，倒退，左转，右转。打捞轮传动部分打捞船的驱动部分作品发明的背景：纵观我国水面固体垃圾的现状，水生物，白色垃圾以及江河水面上的固体垃圾等等已经成为了威胁水系生物以及水体环境的重要因素，对我们生活的质量产
6、生了严重的影响。作品发明的思路：现有的打捞技术仅仅限于大江大河的机械化，而人工湖泊或者池塘河涌等等小型的水系则仍以人工打捞手段为主，不仅浪费人力资源，而且费时费力，经济效益和效果都不是很好。为此，我们设计出来了一个可以在小型水面上进行机械化和自动化相结合的打捞的机器，就是我们这个打捞机。主要基于大型的江河垃圾收集船的各种优势特点而设计出来的。不过，鉴于我们针对的主要都是小型湖泊池塘等对象，以及大型机械船的各种劣势，这都需要我们进行改进。作品的创新点：其一，我们沿用了一贯的打捞手的做法，做成网状结构，不过，基于小型湖泊池塘比较多的塑料袋等等容易粘附的固体垃圾，我们把打捞手设计成了向下倾斜的样子。
7、而且，跟原有直直的打捞手相比，我们又将它改成半直半弯的形状，以求增加打捞的面积。 图1 其二，我们针对原有打捞手只能同时伸展同时收回来这个特点，专门另辟蹊径，参照“太极手”的特点，将“太极手”搬到了我们的机器上，用两个驱动分别带动两个打捞手，实现了异步打捞的特点，更好地将水面上的垃圾回收，清理更加干净更加整洁。（图1）其三，在控制打捞手的装置里面，我们根据遥控的思路去发掘，通过摇杆机构，用步进电机来带动，这样更好地实现了自动化，更加方便遥控的操作。（图2）图2其四，我们还设置了一个一键恢复的功能，可以实现一键就能恢复到伸展的初始状态。其五，一贯的回收系统都是用皮带来带动的，因为皮带的柔软和摩擦
8、，往往存在打捞不起或者打滑现象，打捞效率底下。这次我们用链条来带动，在链条上面安装打捞爪，这样就可以通过链条带动刚性的打捞爪，同时打捞爪设计成波浪状，流水线的打捞爪增加打捞的效果和效率，更不会打滑。（图3） 图3其六，在打捞机构上，我们是先采用电机带动具有打捞爪的前轮旋转，将漂浮物捞进来，再通过链条带动打捞爪捞起来，这样可以将垃圾更集中起来打捞，调高效率。而且这样就可以避免由于轮的转动而引起的水流流动而冲开垃圾的现象发生，借用水流捞起来。（图4） 图4其七，在设计漂浮装置的时候，我们把它设计出双船体结构，这样使得重心更加稳定，布局合理。而且采用甲壳虫的外形设计，可以缓冲冲撞，保护船体。其八，垃
9、圾箱的设计，采用抽拉式垃圾箱设计。当垃圾收满了之后，就将垃圾箱拉出，方便使用。而且垃圾箱底面设计成有个斜度，方面垃圾倾斜进垃圾桶。同时垃圾箱下面边缘采用与链条打捞爪配合的间隙栏栅结构，方面将垃圾引进垃圾箱其八，垃圾箱都采用镂空设计，这样使得水流可以随时排出去，降低电动机的压力，提高运作的速度。同时在镂空不多的情况下，水流冲进去垃圾桶后产生的向后的流体冲击力，可以促进船体往前移，增加动力，提高效率。（图5） 图5其九，船身装有超声波防撞装置，这样在行动的过程中就可以防止撞击导致的硬件损失。（具体功能在下面详解）其十，高级的遥控自动化系统，通过遥控启动和控制船体的工作和运作，节省人力和资源。（具体
10、原理下面详解）技术关键：一机械手的摇杆机构，不仅要准确实现如期设计的动作，而且角度长度等指标都要达到要求，这就要求我们设计者对摇杆机构的计算的准备把握。二摇杆的主动杆是由电机带动的凸轮来引起的一个往复运动，那么，我们对凸轮的设计应当考虑主要一个方面的要求，就是最大长度 和最小长度，因为我们只需要这两个指标而已。三倾斜皮带的传动问题，首先就是皮带的倾斜角度，一般我们取20度左右，不过根据实际情况，我们可以适当的调节。其次，皮带的表面问题，我们设计了长短不一的凸版，目的就是增加摩擦系数，以为在水面企摩擦力会相对减少，而我们收集垃圾利用的就是皮带的摩擦力。四垃圾桶的容积，我们设计的这个装置是针对小型
11、的湖泊或者池塘的，因此，对于垃圾的容量我们有了一个限制，而且根据我们的实际调查，以及抽样调查，对周围的湖泊进行分析，取它们的垃圾平均值计算，而且在不同的季节，不同的时间，其垃圾量也是不一样的。而且，计算垃圾的容量，为我们设计船体的重力提供了很好的数据。五后电机的功率，后电机的功率是一个很重要的参数，因为船体的自身重力和水面的水流量都会起到动力的阻碍作用，所以，选取功率一般都会比较大的。而电机的驱动是采用遥控实现的。六通讯（发射与接收）模块本作品将采用比例式的杆式无线电遥控器，遥控指令通过机壳外部的控制开关和按钮，经过内部电路的调制、编码，再通过高频信号放大电路由天线将电磁波发射出去。在调制、编
12、码和电路的组成方面有很好的效果。1.遥控发射机本作品将采用比例式的杆式无线电遥控器，遥控指令通过机壳外部的控制开关和按钮，经过内部电路的调制、编码，再通过高频信号放大电路由天线将电磁波发射出去。在调制、编码和电路的组成方面有很好的效果。而采用四通道的比例遥控设备,可以同时对模型进行四个不同动作进行比例控制。2.遥控接收机遥控接收机是安装在车模或船模上用来接收无线电信号的。它会处理来自遥控发射机的无线电信号，将所接收的信号进行放大、整形、解码，并把接收来的控制信号转换成执行电路可以识别的音频信号或是数字脉冲信号，传输给船模上的其他电子部件，如：舵机电路、活动收集手臂电路等执行机构，这样一来我们的
13、船模，就会通过这些执行机构来完成我们所发出的动作指令。由于我们的设计需要较高的灵敏度，我们通过多重滤波，来实现提高接收频率的准确性。 它基本上是由选频电路、放大电路、译码电路等部分组成。从接收放大电路出来的脉冲信号，通过译码电路后就能分别独立地取出由发射机发出的操纵杆动作信号 TaTd，并分配到不同的译码地址输出口。 3.采用的芯片采用nRF905无线通讯模块，实现船体和障碍物的信息通讯，是本系统的核心模块。nRF905是一款收发一体的单片无线通讯模块，可以自动完成处理字头和CRC（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便，其功
14、耗非常低，以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，在接收模式时电流为12.5mA。 nRF905单片无线收发器工作由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器组成。ShockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC，可以很容易通过SPI接口进行编程配置。通讯距离远，而且误码率低，因此采用nRF905作为通讯模块的设计。七 电机驱动模块1.电机的使用船只左边和右边各安装有一个6V的步进电机，用来控制两边机械臂的摆动。步进电机可实现高精度的定位，每个脉冲转0.9度。同时，制动性能很好，只要没有脉冲输入，可立刻停下来，而正反转的控制也很方便，只要改变一下脉冲的方向，就可以实现。有这些优点，对于机械臂的准确转动有很大的帮助。
