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研究生: 黃英傑
Ying Chieh-Huang
論文名稱: 具側壁與底部清潔功能之小型水下清潔機器人之開發
Development of the Small - scale Underwater Cleaning Robot With the Functions of Cleaning Glass and Bottom
指導教授: 鄭逸琳
Yih-Lin Cheng
口試委員: 郭振華
none
郭重顯
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 119
中文關鍵詞: 水下清潔機器人積層製造APP
外文關鍵詞: Cleaning robot, Additive Manufacturing, APP
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  • 目前中大型水族箱與水下展場由於清潔難度高,因此多以人工清潔為主,而市售的清潔機器人都只具有單一的清潔功能,其它類型的水下清潔機器人,例如:游泳池、船體清潔機器人也不可直接應用於此,故需適當的小型水下清潔機器人以滿足中大型魚缸之清潔需求。本研究開發出具側壁與底部清潔功能的小型水下清潔機器人,以智慧型裝置APP無線遙控機器人,使機器人在水中可自由地移動。
    本研究機器人主要由四大模組所組成,當中包含:側壁清潔模組、底部清潔模組、移動模組與控制模組。為了改善機器人只有單一清潔功能的狀況,本研究開發出適合清潔中型水族箱的側壁清潔模組,透過模組內部的捲尺升降機構,帶動負責清潔玻璃側壁的電動刷頭,做出高度升降比的上下清潔動作。底部清潔模組則是延續前一代海螺型魚缸底部清潔機器人之設計,透過構造的改良,減少模組的體積。移動模組是使用高自由度的Mecanum Wheels作為驅動方式,配合防水微動開關,讓機器人在清潔側壁的同時可準確地貼合側壁。使用者可在APP選擇手動控制機器人亦可進入自動清潔模式,智慧型裝置將發射藍牙訊號給外部控制盒,外部控制盒將訊號轉換成無線電的型式,再傳達給水下清潔機器人,由無線遙控的方式,使機器人的移動更加暢行無阻。本研究機器人的零組件是透過積層製造技術中的ProJet、FDM所加工完成,在組裝成各個模組並進行防水測試後,將各模組互相整合即完成本研究之機器人,最後進行整合性的水下測試,達到自動清潔側壁與底部之功能。


    Nowadays, the large aquariums are still cleaned by manual, because of the difficulty of cleaning. Commercial type cleaning robots have only single cleaning function, but other type of underwater cleaning robot cannot be used in this field, such as vessel or swimming pool cleaning robots. So it needs a appropriate small-scale underwater cleaning robot to clean medium and large aquariums. The purpose of this research is to develop a small - scale underwater cleaning robot with the function of cleaning glass and bottom, through operated wireless technology by an APP on mobile devices. The underwater cleaning robot can roam in the water freely without cables.
    In this research, the robot can be divided into four main modules: glass cleaning module, bottom cleaning module, moving module and control module. In order to improve the single cleaning function, this research develop the glass cleaning module which apply to the middle aquariums. Through tape spring mechanism inside the module activate the electric brush moving up and down in a wide range. The bottom cleaning module is based on the design of last generation “Conch shaped underwater aquarium bottom cleaning robot”. Improving the mechanism, we reduce the volume of the module. Mecanum wheels and limit switches are adopted for the moving module to match the glass when the robot is cleaning the glass. User can use the APP to choose manual or automatic mode. Mobile devices transmit Bluetooth signal to an external control box, then external control box transforms Bluetooth to a radio signal. Without cables, the robot can move unlimitedly. The parts of the robot are made by additive manufacturing technology, such as Projet and FDM. After assembling and water-proof test, integrate every parts to complete a robot. Finally, by function test under the water to achieve the function of cleaning glass and bottom.

    摘 要 Abstract 致 謝 圖目錄 表目錄 第一章 緒論 1.1 研究背景 1.2 研究動機與目的 1.3 研究方法 1.4 論文架構 第二章 文獻探討 2.1 水下機器人相關文獻 2.1.1 海底行走機器人 2.1.2 ABISMO 2.1.3 使用智慧型手機操控機器魚 2.2 清潔機器人相關文獻 2.2.1 水下游泳池清潔機器人 2.2.2 非磁性吸附之水下複雜船體表面清潔機器人 2.2.3 工業儲水槽水下清潔機器人 2.2.4 魚缸側壁清潔機器人 2.2.5 家用清潔機器人 2.2.6 清潔機器人覆蓋率探討 2.3 本實驗室歷屆水下機器人相關文獻 2.3.1 微型水下載具 2.3.2 水下清潔機器人 2.3.3 水下寵物機器人 2.3.4 水下海螺型清潔機器人 2.4 積層製造技術(Additive Manufacturing,AM) 2.4.1 FDM製程 2.4.2 多噴嘴立體噴印成型技術 第三章 機器人整體架構與設計 3.1 設計需求與概念 3.2 機器人清潔機制 3.2.1 定點式清潔 3.3 機器人模組化 3.3.1 模組化 3.3.2 機器人模組化設計 3.4 底部清潔模組 3.4.1 翻砂過濾裝置 3.4.2 抽水馬達 3.5 移動模組 3.5.1 機器人移動機制與設計 3.5.2 Mecanum Wheels介紹 3.6 微動開關選擇與配置 第四章 側壁清潔模組設計與測試 4.1 側壁清潔需求 4.2 側壁清潔方式 4.3 電動刷頭 4.4 升降機構 4.5 側壁清潔模組 4.6 側壁清潔模組力學分析 4.6.1 電動刷頭浮力計算 4.6.2 升降機構強度計算 4.7 側壁清潔模組參數探討 4.7.1 實驗環境架設 4.7.2 清潔數據量化 4.7.3 清潔刷頭轉速比較 4.7.4 正向力比較 4.7.5 清潔路徑比較 4.7.6 清潔速度比較 4.7.7 清潔次數比較 4.7.8 清潔參數整合 第五章 控制模組 5.1 APP程式 5.1.1開發應用程式工具 APP Inventor 5.1.2 APP程式觸控畫面 5.1.3 APP程式編寫 5.2 機器人控制架構 5.3 控制盒架構 5.4 性能控制 5.4.1移動 5.4.2停止 5.4.3自動化清潔 5.5 零件介紹 第六章 機器人原型製作與測試 6.1 機器人本體零件製作 6.1.1 FDM (Fused deposition Modeling) 6.1.2 Material Jetting 6.2 控制盒製作與組裝 6.2.1 控制盒設計 6.2.2 控制盒電路 6.3 機器人功能測試 6.3.1 側壁清潔模組測試 6.3.2 底部清潔功能測試 6.3.3 移動測試 6.3.4 清潔覆蓋率計算 6.3.5 機器人運作時間與電池充電時間測試 第七章 結論與未來展望 7.1 結論 7.2 未來方向 參考文獻

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    無法下載圖示 全文公開日期 2021/08/08 (校內網路)
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