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“清道夫”水陆两栖智能垃圾清理车的研究

作者：王旭东 兰珂 张娜

来源：《文存阅刊》2017年第04期

摘要：为了更好地对水面和沙滩河岸垃圾进行清理，我们对水域及周边环境的垃圾种类及分布进行了调研，并应用仿生概念设计出了无人操作的水陆两栖智能清理车，它的整体形态仿龙虾形，流线感强，视觉效果饱满，尤其是在水上作业时，仿若一只龙虾漂浮于水面之上……相较于传统清理装置机械呆板的形态更具人文美学，应用前景非常广阔。 关键词：水陆两栖垃圾清理车；仿生设计；无人操控；智能 一、“清道夫”研究背景

随着十八大社会主义生态文明建设的提出，水环境的污染问题越来越受到人们的关注。一次性包装用品的大量使用，迅速的城市化和工业化进程产生了大量的污染物，其中江河、港口、湖泊水面的污染也日趋严重，漂浮的水面垃圾触目惊心，给人们的生存环境，开发旅游资源带来负面影响。如何较好地清理长期存在的水面漂浮垃圾一直是影响各政府工作效率的问题之一。由于水域不同、垃圾种类不同及回收量的不同，形成了各种类型的水面垃圾收集车，例如ZS-800型水面清漂车、16.5米水面垃圾收集车等等。近年来，国内已有研究机构和学者对路上清洁车和水上清洁船等进行了设计和改进： 王仲恒等人[1]设计了一种新型采用气动工作的城市街道清洁车；万超等人[2]研制了一种多功能手动清洁车 ，可以清除道路积雪以及清扫、擦拭地面；曹志强等人[3]设计了一种新型水上清洁机器人，把指南针引入自动控制系统，实现了螺旋前进运动，并提出了相应的对策；王杭燕等人[4]利用 ANSYS软件对沙滩清洁车自卸托架侧板进行了拓扑优化设计；丁帅等人[5]设计了基于C8051F的智能清洁车控制器，使智能清洁车在行进过程中平稳、准确的循迹。但现在市场上的水面垃圾收集车大都是大型船舶机械，主要用于大范围大面积水域垃圾的收集，其结构复杂，体积庞大，机动性小，价格昂贵，不能到达江滩边上、狭窄河边工作，无法彻底清除垃圾，而且需要专业人士操作，从而不能被广泛地应用于城市河道和风景区水域的垃圾收集作业。 二、研究内容

1、水域及周边垃圾的种类及分布：

（1）景区河道上下游水面上有大量漂浮垃圾，湖泊以及近海水面有间断漂浮物带， 另外还有被水流带入的细碎树枝和秸秆柴草。部分沿岸以及水域角落漂浮物厚度约0.3-0.5米，而且依水域形态不同均有呈分散状的漂浮物。

（2）沙滩、浴场、小型湖泊、景区水域边上的垃圾主要来自人类活动留下来的塑料泡沫等白色垃圾、部分建筑废料。由于这些垃圾重量轻、体积大，不易降解，因此危害巨大。

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2、解决问题

（1） 解决海滩河岸边上垃圾遍地的现象，还沙滩清爽洁净。炎炎夏日，到海滩踏浪、游泳是消暑度假的好方式，然而有关“海滩垃圾”的报道频频见诸报端，人头涌涌的海滩，正变成一个大垃圾场，生态环境、旅游环境正面临着最严峻的挑战。

（2）一定程度降低水面漂浮垃圾对水体污染。水面垃圾若不能及时清理，则会集结在水面，部分还会消解出有害物质，消耗水中溶解的氧气，危害水生植物的生存，破坏水体生态。因此带来的后果是河流和溪流发黑，变臭，毒素积累，伤害人畜。 三、设计理念

车体是指整个车的主体部分，不包括任何设备、装置、系统等的车身结构。车体的结构、形状以及各部分尺寸的大小在整个车的设计计算和整个系统的设计中都起着至关重要的作用。车体结构设计的基本思想应该明确。在设计该水陆两栖垃圾清理车的时候，我们最重要的基础理念就是实用性强。在不影响该车正常运行的基础上，简化其结构，美化外观，安全性高，平衡稳定性好，易推广。 四、设计研究启示

生活和工业垃圾通过不同的渠道进人浴场、河道、公园湖泊，导致水面的漂浮物越来越多。加上沙滩、河岸边上人类活动遗留的大量白色垃圾，通过潮起潮落，使得江河水面的弃置物集结，造成水面污染，影响市容卫生，甚至阻碍航道。如今，水面漂浮垃圾的污染已经逐步威胁到市民的饮水、环境卫生及市容，因此，机械化清理水面垃圾已成为重要的水环境保护措施。

本次课题最主要的目的在于最大限度地实现垃圾回收资源化利用，减少垃圾处置量，改善人们的生存质量。因此，治理与维护相关水域和沙滩环境，对社会主义生态文明建设和美丽中国梦的实现具有重要意义。 结语：

本文采用现代机械设计方法对该智能水陆两栖清理车进行了设计，并实际结合模型进行了制作测试和分析，收集清理效果显著。并且该设计可以结合最新的无限遥感技术无人远程操作，实现智能避障和高效作业，在一定程度上减轻了环卫工人的劳动强度，提高了清洁效率。该水陆两栖清理车可以根据不同的作业环境，自动对清洁毛刷和吸盘的高度进行调整以达到最佳清扫效果。在实际应用中，该水陆两栖智能垃圾清理车仍然有较大的改进空间，可以设计单次作业承载更多垃圾量和实现更大垃圾压缩率的清洁车，未来在新能源技术成熟和智能算法普及的情况下，其应用前景必将更加广阔。 参考文献：

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[1]王仲恒，朱建公，龙晓金. 气动环保清洁车的设计[J].机电技术，2010（1）：90-91，94. [2]万超，司慧. 多功能手动清洁车的设计及应用[J].节能技术，2008，26（5）：411—413. [3]曹志强，师忠秀. 一种新型水上清洁机器人的设计与实现[J].青 岛大学学报（自然科学版），2007，20（2）：80-8.

[4]王杭燕，欧阳联格，周水庭. 沙滩清洁车自卸托架侧板的拓扑优化设计[J].机电技术，2013（4）：108-110.

[5]丁帅，张景元，赵长俊. 基于C8051F的智能清洁车控制器设计[J].山东理工大学学报（自然科学版），2010（1）：100-103. 作者简介：

王旭东，兰珂，张娜，沈阳化工大学工业与艺术设计系 项目名称：

“清道夫”——水陆两栖智能垃圾清理车 项目编号：201610149040

2016年辽宁省大学生创新训练计划资助项目