太阳能沙滩清理车

太阳能沙滩清理车

王逸飞

青岛黄海学院 山东 青岛 266427

摘要：步入人工智能时代，人类生活越来越便捷，在服务行业，清洁行业等出现了众多人工智能产品，但是垃圾清理依旧主要是人力，因此该项目设计一款沙滩垃圾回收集中运输车，让沙滩更优化，让沙滩服务更完善，尽可能的减少不必要的人力。太阳能沙滩清理车不仅会将垃圾倒入垃圾桶，还会清洗垃圾桶以及它周围的地面，这样避免了垃圾桶时间久没人打扫而影响城市美观度。该项目所设计太阳能沙滩清理车有自动巡轨系统，可以按照规划的路线到达指定地点清理垃圾，太阳能沙滩清理车后配有挂钩可以与垃圾桶实现连接，在将垃圾倒入车内后，会自动清洗垃圾桶。垃圾桶设有固定的位置，不会因为垃圾桶偏移造成太阳能沙滩清理车的挂钩无法与垃圾桶连接。该车更好的解决了沙滩垃圾清理的问题，不仅使沙滩更加整洁，而且大大减少了人力。

关键词：垃圾；智能；健康；节能

一、引言

沙滩在夏天给人们带来娱乐的同时，垃圾清理也成为了亟需解决的问题。目前，沙滩垃圾清理多采用人工方式清理，费事费力又不能完全清理干净。针对上述问题，设计了一款沙滩清理车，该沙滩清理车具备自主避障巡检、沙滩自动清理、指定地点自动充电等一系列功能。沙滩清理车主要由机械结构和驱动模块两部分组成，机械结构包括铲沙机构、筛分机构、传送机构；驱动模块由24V减速电机、摄像头以及超声波传感器模块组成。两部分协调配合，较大程度的提高了沙滩清理的效率，采用新能源供电，环保节约。该车减少了沙滩工人的工作量，随着旅游经济的进一步发展，具有较高的实用价值及经济效益。

二、系统结构

太阳能沙滩清理车由自动循迹系统、识别系统、无人驾驶系统、动力系统、清理系统和垃圾收集系统、复位系统组成。太阳能沙滩清理车具备自动循迹功能和路线定位功能，太阳能沙滩清理车所采用的导航系统是我国现在最新的北斗七星导航系统，定位更加迅速、准确，大大的提高了太阳能沙滩清理车的工作效率。工作人员只需设置好合理的清理路线，安装在太阳能沙滩清理车四周的摄像头会录制、收集周围的道路情况，图像集成处理装置会将得到的图像进行初步的处理，再由主机进行图像融合的处理，准确的得到道路情况，更准确的到在指定地点清理垃圾。太阳能沙滩清理车主要是无人机动驾驶系统，利用车载传感器和图像集成处理器来感知车辆周围环境，通过所获得的道路情况、车辆位置和障碍物的信息，来调整车辆的转向和速度。动力系统由锂电池和电量检测组成，锂电池的使用更好的相应了国家号召，而电量检测会对电量进行24小时检测，防止没电骤停。清洁系统和垃圾回收系统共同作用，倾倒垃圾和清理垃圾桶。

三、整体设计

1.沙滩清理车行走结构设计

沙滩清理车需要行走在沙子上，沙子松软，车轮易打滑，需要设计合适的行走机构，确保在沙滩上行走时稳定可靠，是本项目的一项重要研究内容。采用了四轮独立的驱动方式，每一个车轮可独立转动，避免陷入泥沙中无法前行；轮胎则选用了铝合金轮圈50*13-16的规格，根据反复试验，此轮胎有更强的抓地力，避免在比较光滑的沙滩打滑的情况。

2.滩清理车清理结构设计

沙滩清理车内的传送皮带是主要的清理装置，在它的前方装有高度测量装置，使它可以根据地面的平坦程度调节到合适高度，皮带上装有分布均匀与地面夹角说45度的铲子可以将沙子铲起，其平均铲入地面的深度为20厘米，不仅保证了沙滩清理之后的平坦均匀，也保证了沙滩的清洁度，并且铲子的后部装有圆柱形可塑性材料来保证铲子有一定的柔性，避免沙子太硬，出现卡死的故障。垃圾箱是沙滩清理车装载垃圾的主要装置，垃圾桶的俩侧装有圆滑的轨道，并装有两个电机，这样垃圾桶可旋转倾斜，它的底部呈垂直车身的细条装，更好的让沙子整齐均匀地落在沙滩上。车的末端底部有紧密排列的刷子可以将沙子铺的更整齐。垃圾箱的侧面顶端的合适位置装有高度检测报警装置，当垃圾积累到一定高度时，传送带将收回停止工作。

3.沙滩清理车控制系统设计

自主避障巡检通过单片机接收到相应的数据之后,将会发出相应的指令，这些指令将控制电机驱动模块L298N工作,沙滩车在电机的驱动之下向指定的方向运动，为了使运动更加平稳，在程序设计时加入了PID算法。电量检测单元是通过ADC0804将测到的电压数据反馈给单片机，并与正常运行时的电压数据进行比较，从而计算出当前电量的余量，当电量不足时则点亮警示灯用以提醒使用者及时充电，以防止没有足够的时间回到规定地点。传送带的升降通过安装在车的前端的超声波探测装置，将检测到的数据传输给单片机进行处理，进而调整传送带的高度，使在清理沙滩后沙滩更加平坦。

图1 沙滩垃圾回收集中运输车外形图

3.1动力方面

装置采用最新的太阳能板将太阳能高效的转化为电能，电池采用8000节4680电池，充电与放电的速度达到最快，实现零污染的标准，G5N-20K 直流电机则为车提供动力。

3.2信息处理方面

装置前方挡杆处安装镜头，景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号，再传送到数字信号处理芯片(DSP)中进行加工处理，对道路上的行人以及障碍物进行识别并选择运动方向；在垃圾过多时接受返航信号，进行返航卸载。

四、设计概述

1使用功能定位

太阳能沙滩清理车对沙滩的垃圾进行清理，让沙滩更加整洁文明；无人驾驶技术，减少了不必要的人力；安设返航装置实现在自身垃圾重量到达极限时，内部感应自动返航。我国现有的沙滩垃圾回收方式为人工清理和机器清理，人工清理费时费力，而机器清理现有技术并不完善，此设计相比我国现有技术的优势体现在不仅可以清理垃圾还可以清理垃圾桶，让沙滩更加整洁。

2工作原理

太阳能沙滩清理车会根据小区的地形，以及垃圾桶的位置和最后停滞位置自动合成路线，行驶过程中采用摄像头识别系统，景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片(DSP)中加工处理，传输到电脑中处理，对障碍物进行识别，以反馈到动力系统做出相应调整。

到达垃圾桶位置，垃圾收集系统开始运行，车上挂钩与垃圾桶连接进行垃圾的收集，再通过清洁系统清理垃圾桶，最后通过压缩系统，刮片会将垃圾箱内垃圾进行压缩。在得到返航信号后，进行返航，使其更加智能化、自动化、人性化。装置内部结构如图3所示。

图2 沙滩垃圾回收集中运输车内部结构

五、结束语

随着经济的发展,越来越多的人开始喜欢旅行。海滨旅行一直都是旅游行业中的热门产品。然而,在沙滩迎来了大量游客的同时,那些遗留在沙滩上的垃圾却给沙滩环境带来了严峻的挑战。目前纯人工清理仍然是沙滩垃圾清理的主流方式,不仅费力而且效率不高。因此,为了解决这一问题,沙滩垃圾清理车应运而生。但现在沙滩垃圾清理车的研究还不成熟,仍然存在着很多的问题，如采用柴油作为动力源污染大等。国家对这类产品的污染物排放问题非常重视,使用柴油的沙滩垃圾清理车应该寻求一种更加环保的新能源。其次,越来越多的环卫车为了将大量人力从环卫工作中解放出来,呈现出了一种智能化的态势。从环境和人的角度分析,一般产品需要考虑的主要是产品使用者的需求,但沙滩垃圾清理车工作的环境导致与其产生直接关系的人更加多样化。因此提出了太阳能沙滩清理车，不仅运用了无污染的太阳能，还大大提高了沙滩清理车的清理效率。

本论文在这次实践探索过程中遇到了许多问题，面对这些问题，分析问题，做出了解决问题的初步计划，并通过查阅资料、结合实践，进一步得到解决问题的有效方法，最终问题得以解决，探索过后，本论文对之前遇到过的问题与困难进行总结、反思，之后进行归纳、分析，结合实际情况，弥补不足之处，促进个人发展。

参考文献

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（6.）工程车辆状态识别方法、装置、设备及存储介质[P]. 胡威. 中国专利:CN111967377A, 2020-11-20

基金项目：2021国家大学生创新创业训练计划项目(S202113320086)