生态化水上清洁机器人开发设计Word格式.docx

生态化水上清洁机器人开发设计Word格式.docx

《生态化水上清洁机器人开发设计Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生态化水上清洁机器人开发设计Word格式.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

；

（TimesNewRoman五号）

摘要..........................……………………………………………..…….….………………..

ABSTRACT…………….…………...……………………………...………..…………….

1前言……………………….…………………………………………….….……………..1

1.1选题背景及其意义..........................………….…………………………….………..1

1.1.1选题背景......................……………………………………...…....……….1

1.1.2选题的目的及意义………………………….…............................……….2

1.2生态化水上安全清洁机器人的国内外发展现状及势................………...……..2

2市场调研分析及预期......................……..….………………………………………..….5

2.1目前水上观光景区的特点及存在的问题………………………………...……..5

2.1.1水上水上观光景区的特点……….…………………………………..……...5

2.1.2现有水上安全清洁产品设计存在的问题………………………………...8

2.2生态化水上安全清洁机器人预期设计结果………………….…………….…...8

3设计定位与设计构思……….………………………………………….……….……..…….10

3.1设计定位……….…………………………………………….…………….………….10

3.1.1市场定位……….……………………………………………….………….10

3.1.2消费群体定位……….……………………………………………….……….10

3.1.3产品功能定位……….………………………………….………………….10

3.1.4空间色彩风格定位……….………………………………….…………….10

3.1.5空间产品人机定位……….…………………………………………..……...11

3.2设计构思……….……………………………………………………………………...11

3.2.1外观设计构思……….………………………………………………...……...11

3.2.2功能的设计与说明……….…………………………………………..……...11

3.2.3不同形式生态化水上垃圾清洁机器人的设计………..….……………...12

3.2.4其他产品的设计……….………………………………………………...…...12

3.2.5旅游景区的整体空间规划……….……………………...………………...13

4设计方案...........……..….………………………….…..….…………………………….14

4.1方案一...........……..….………………………….…..……….……….………….14

4.2方案二...........……..….………………………….…..………………..………….14

4.3方案三...........……..….………………………….…..….…………………….….16

4.4方案四...........……..….………………………….…..………………..………….17

4.5方案五...........……..….………………………….………………...….………….18

4.6方案六...........……..….………………………………………..…..….………….18

4.7方案七...........……..….………………………….………………..….………….19

5方案优选与可行性分析...........……..….…………………………….…..….………….21

5.1方案优选...........……..….………………………………….….…..….………….21

5.2可行性分析...........……..….…………………………….…….…..….………….21

5.2.1方案形态分析...........……..….……………….…..…………...………….21

5.2.2方案结构分析...........……..….……………….…………...….………….22

5.2.3方案功能分析...........……..….……………….…..…………...………….22

5.2.4色彩分析...........……..….……………….…..….………………..……….23

5.2.5空间规划分析...........……..….……………….…..…………...………….23

5.2.6材料工艺分析...........……..….……………….…..…………...………….24

5.2.7方案价值分析...........……..….……………….…………....….………….24

6产品效果图..........……..….……………….…..….…………………………….……….25

7结论......................……….………….……………………..….……......…..….………...28

参考文献......................…………….…………………..….…..……………….………….29

致谢......................………………….……………………..…….…………...…………….30

1前言

1.1选题背景及其意义

1.1.1选题背景

（1）随着社会的进步，人民经济水平的不断提高，旅游业迅速发展，中国各大旅游景点可谓人满为患，特别是水上观光更是受到很多人的喜爱，但是，水上观光景区垃圾清理以及水质污染问题突出（如图1.1），加之水上观光景区国家法律或地方法规要求的环境指标，人们对生活环境的美化及水上旅行安全的要求越来越高等等诸多的原因，使得水上旅游场所管理成本大大提高，尤其是景区环保成本和水上救援系统的成本。

图1.1大明湖水上垃圾分布

（2）街道狭窄,消防疏散和救援通道不畅或者水域太广救援发现不及时、造成搜救困难等原因，安全问题成为困扰人们的一个难题。

据统计，溺亡事故频发，且救援效率不高[3]。

目前遇到落水事故，救援过程是：

落水者呼救，其他人发现再报警，救援人员赶到了解情况再实施救援，这大大延长了救援时间。

我们知道营救溺水人员关键要与时间赛跑，据了解溺水4-8分钟内是营救最佳时机，超出这一时间生还几乎无望。

可见完善水上救援系统，水上交通安全保障能力的必要性但是水上救援一直处于一种尴尬的境地，发展现状不容乐观。

总之，救援事故发生毕竟是少数，平时救援装备、人员闲置，旅游区成本投入大。

并且环境保护是一个永恒的主题，旅游景区人员流动量大，水中垃圾污染日益严重，水上垃圾清理也是一个亟待解决的问题[1]。

通过大量的市场调查发现目前水上垃圾清理现状是：

大部分旅游观光区水上垃圾都是靠人力打捞，工人们劳动量大，且影响观光。

市场上只有传统上大型的水上垃圾处理系统，价格昂贵不易广泛推广。

因此，设计一款能够解决这方面问题的产品---生态化水上清洁机器人开发设计是一个比较新型的领域，目前国内外的专门研究有些欠缺，提出这样一种解决问题的方法是一个新的理念。

本课题就是针对以上两个问题对设计进行总体分析，结合实际设计一款环保、节约、经济高效和安全的生态化水上安全清洁机器人，具体过程主要包括：

市场分析、调查分析、产品分析、设计方案分析、建模分析、效果分析等过程[10]。

水上垃圾清理器就是一种新型水上垃圾清理器，不仅能吞入垃圾，吸附赃物，它的广泛使用必将大大减少水上垃圾的含量，还能配合其他装置检测水质污染状况，一次极大程度的解决水质污染的问题，能够及时反馈水上救援信息，是一种环保、节能安全的现代化新型环卫产品。

它能缓解水上旅游观光景区的压力，它将辅助救援与环保巧妙地结合起来，在正常情况下装置由工作人员操控以较慢的速度清理水上垃圾，当发生落水事件时，及时向控制系统反馈信息，以便工作人员驾驶装置快速赶往事故发生地点进行救援。

还可以配合其他设备对各个水域进行水质监测等活动。

1.1.2选题的目的及意义

（1）选题目的：

在满足了人们的物欲追求以后，人们开始追求精神上的享受。

对于旅游区的整体建设有了更高的要求，而水上垃圾增多、水质污染严重、水上安全事故频发、一个城市的整体的旅游形象的进一步运营和建设等等各方面的原因，促成了这一产品观念的诞生。

我的产品就是为了解决这些问题，促进旅游区的建设和一个城市整体旅游形象的塑造。

（2）选题意义：

首先，这种设计可以满足旅游观光区水上生态化清洁的需要；

其次，也会成为水上安全救援的一项有力援助手段；

最后，外观设计契合一个城市的整体旅游形象设计（此次毕业设计的内容拟与济南市的旅游形象相契合来设计产品的外观及构造）。

1.2生态化水上安全清洁机器人的国内外发展现状及趋势

通过大量的市场调查发现，目前水上垃圾清理的现状有以下特点：

首先，从水上垃圾清理的主要方式上来看，现有的比较成型的打捞船一般体积大，只适用于大型的旅游观光水域，不能进入小型水域进行打捞工作；

投入成本高；

需要多人同时协作；

浪费人力物力。

在区域窄小、复杂的旅游观光水域，主要还是依靠水上垃圾打捞的方式，工作人员的劳动强度大，工作难度高，而且其打捞过程不美观、环保（如图1.2），极大地影响旅游观光的兴致，这对于一个城市的整体形象建设和旅游观光形象的建设是非常不利的[11]。

图1.2水上垃圾打捞

其次，从用于水上垃圾打捞的产品本身来看，清洁船、打捞船等的设计千篇一律，其外观设计几乎没有考虑到各个城市的整体形象和水上旅游观光景区的特点，是景区内一个不协调的因素（如图1.3）。

图1.3水上垃圾清洁船

在生态化水上安全清洁机器人这一研究领域，在国内还只是起步。

总体看来，在这一方面的研究大多数的关注点还只是在大型水上垃圾清理器在功能上的多种实现方式进行讨论，关注面过于狭隘。

然而，水上事故频发，观光景区的安全问题越来越受到观光者得关注，完备的水上安全救援设备投入昂贵；

水质问题突出等等，目前这些清洁船的设计都没有进行考虑，大多功能单一，忽略了理念、外观以及这些需求的整体的设计，造成旅游部门基础设施投入高、管理系统冗余等，不利于建设绿色、环保、高效安全的新型城市旅游形象。

真正适用于具有特定文化背景的城市旅游形象的生态化水上安全清洁机器人还是空白。

由此不难发现，具有轻量化、低成本、多功能、高效率等特点的生态化水上安全清洁产品是设计的发展趋势，如何实现对于整体城市旅游形象的定位，总结其旅游景区的多种需求，然后展开功能、外观、投入使用方式等的设计才能更好的打开市场，设计出人性化的产品。

2市场调研分析及预期

2.1目前水上观光景区的特点及存在的问题

2.1.1水上水上观光景区的特点

首先，目前城市形象的整体设计与规划越来越受到人们的关注。

例如，济南市致力于整体城市形象的建设，科技创新形象的设计，力图打造城市新名片，向人们展示济南的文化。

济南市的整体形象：

提到济南，脑海里迸发出的关键词就是“泉城”。

有众多的水上观光区，例如大明湖（如图2.1）、趵突泉（如图2.2）、王府池子（如图2.3）、护城河等等。

“家家泉水，户户垂杨”、“四面荷花三面柳，一城山色半城湖”，那些诗句中，很贴切的体现出泉城济南古老而厚重的文化底蕴，还有四季如诗的景致、对传统的眷恋、平淡如实、宽坦而朴实、简单、低调。

图2.1大明湖

图2.2趵突泉

图2.3王府池子-护城河道

图2.4全运会场馆“东荷西柳”的设计

济南，低调、温暖、平实，是一座历史悠久满含文化底蕴的文化老城[12]，是一座旅游城市，其对于传统的眷恋随处可见，像悠久丰富的“泉”文化、“荷”文化，每年都要举行荷花灯会，千佛山庙会等等。

但是，济南又是一个充满朝气的现代化城市，不张扬的个性之中蕴含着蓬勃向上的动力，例如08年举行的全运会（如图2.4），向我们展现出一个城市升腾向上的发展势头。

近几年来，济南又是一座重要的旅游城市，因此，对于旅游形象的建设不容忽视。

而我的这个作品正是契合于这种大的背景，既要体现济南的传统内涵，又要展现新时代的科技新形象。

其次，对于水上观光景区来说，需要关注的问题有很多。

大体调查总结有以下几点需求：

（1）旅游形象建设的问题：

这是从大的方面看待一个水上景区的关注点。

国家近几年投入大量资金、制定相关政策等加速城市建设的步伐。

而对于旅游城市来说，一个城市的旅游形象则是其中很重要的一部分。

因此，一个景区内的基础设施产品的设计也应当很好的体现一个城市的文化底蕴，与城市的旅游形象相贴合，能够考虑到景区的整体规划与建设。

（2）水上垃圾清理问题：

由于景区内植物多、人流量大、上游水道污染等，使得景区内水域漂浮着大量的泡沫、树叶、食品袋、水藻等垃圾，水域分布广泛造成打捞困难，并且目前市场上多为为大型河流水道设计的大型打捞船，不适用于这些观光景区，并且缺乏低成本、高效的、生态化的小型垃圾清洁产品。

（3）水上安全问题：

由于水上旅游景区的特殊性，水域较大，水上安全事故多发，对于景区内的水上救援设施建设提出了很高的要求。

但是，完备的水上救援设备的投入极为昂贵，投入成本特别高，并且景区内靠巡逻去发现落水事故，景区面积复杂，往往发现不及时，造成救援失败。

迫切需要一种产品辅助水上救援的产品，能够及时掌握落水事故并且第一时间反馈到救援队，在黄金时间内实施有效救援。

（4）其他方面的问题：

环保问题日益突出，水质污染问题日益突出，水质检测与污染也成为景区应当解决的问题之一。

2.2.2现有水上安全清洁产品设计存在的问题

现有水上安全清洁产品设计在国内还没有得到足够的重视，据大量调查发现，目前现有水上安全清洁产品的设计有以下不足：

（1）现有水上垃圾清洁产品体积大，只适用于大型的旅游观光水域，对于小型水域或者水域分布复杂的区域则不能进行打捞工作。

（2）投入成本高，需要多人同时协作，浪费人力物力。

（3）小型景区内多采用人工打捞的方式，清洁强度大，清洁过程不环保，影响观光兴致，不利于建设绿色、环保、高效安全的新型城市旅游形象的建设。

（4）打捞轨迹是直线式往复运动，打捞有很大的盲目性，没有考虑水面垃圾的分布，清理效率低、不彻底。

（5）在外观设计方面，其外观设计几乎没有考虑到各个城市的整体形象和水上旅游观光景区的特点，是景区内一个不协调的因素。

（6）在景区的整体设备投入和规划上，缺乏系统性和整体性。

（7）讨论热点多在清洁功能的多种实现方式上，关注面过于狭隘。

没有充分考虑整个旅游景区的使用大环境和多种需求。

大多功能单一，忽略了理念、外观以及这些需求的整体的设计。

2.2生态化水上安全清洁机器人预期设计结果

水上观光景区需要一种能够解决复杂水域的垃圾清洁问题的产品，同时能够很好的配合景区的建设、维护，协调所在城市的整体旅游形象，同样的，也应当与整个城市的形象相协调。

因此，我的课题---生态化水上安全清洁机器人的设计将产品的关注点放在一个大环境中去考虑，既关注产品本身的设计，又能多方面为产品的使用者的需求综合考虑。

从现在的社会状况及科学发展状况来看，技术上的问题足以得到解决，关键问题是发现水上景区的真正需求，对于城市形象以及旅游形象的关注，这样一个系统性的设计怎样去设计规划并得以实现[8]。

只要抓住这一点，这个问题就可以很好的得到解决。

经过大量的市场调查充分了解了现有产品的设计缺陷，了解了水上景区的需求，并不仅仅对产品本身设计，而是对其使用环境进行充分的考虑，对于整体的使用进行规划和管理，更加具有整体性。

这种系统化的设计将会满足水上观光景区的需求，能够达到解决水上垃圾清洁的问题，维护景区形象并能增加观光情趣，为城市的整体形象建设增光添彩。

生态化水上安全清洁机器人的设计将会在国内引发对于文化的更多关注，引起人们对设计解决问题、改变生活的信心，增强对于优良设计的更多追求。

3设计定位与设计构思

3.1设计定位

3.1.1市场定位

根据上面市场调研分析结论和所存在的问题，对水上垃圾清洁产品进行了全新的的市场定位：

（1）主要针对水上旅游观光景区，例如：

济南市水上观光景区的大明湖、趵突泉以及护城河道等。

（2）产品设计差别化——设计充分考虑景区特点、城市文化、功能需求等进行设计。

（3）系统化设计——不仅关注产品本身，也通过产品的整个使用环境提出相应的设施设计，从而为景区提供优异的服务，营造良好的旅游形象，拉动旅游市场的经济提升能力。

3.1.2消费群体定位

近几年来，随着生活水平的提高，越来越多的人们选择在生活之余选择旅游来放松自己，所以旅游景区内的观光者有各个阶层、各个年龄段的人们。

但是大部分的观光者大都为有一定文化层次、有极大地观光兴致的年轻一族、中年人以及家庭。

他们往往会关注景区景致的同时，也会关注对于此城市精神层面的理解。

因此，产品定位于能够向这些人群传达一定的文化底蕴同时又有一定的观光情趣，不仅仅解决景区内的问题，也能够成为景区内一大观光特色。

3.1.3产品功能定位

根据市场调查分析和观光景区的需求特征得出：

生态化水上垃圾清洁机器人的基本功能是智能化、生态化、高效率的收集水上垃圾；

利用全球定位系统定位落水者，辅助救援者及时发现事故，增加救援效率。

其辅助功能是增加景区内的观光兴致；

给观光者提供更好的观光环境，向观光者更好的展现城市形象和景区特色。

3.1.4空间色彩风格定位

通过对产品设计发展趋势的研究及预测，绿色设计成为一大受人关注的设计风格。

这与可持续发展的人文追求也是一致的。

再者，根据济南市文化特色以及景区特色的调查，发现景区内的文化积淀浓厚，像浓厚的泉文化、荷文化等，但同时济南市又是一座正升腾发展的城市，正致力于创新型城市、科技创新形象的设计，因此产品应当与这种文化相协调。

景区内环境安静、不浮夸，因此，产品的色彩不能多、乱、杂，颜色不应当过于突出，喧宾夺主，应尽量淡雅，给人以轻松、情趣化的感觉，总的来说，色彩以淡雅为主，设计风格追求简洁绿色、自然与现代相融合[7]。

3.1.5空间产品人机定位

无论是产品设计还是景区内整体的规划设计，其主要目的都是为人而设计，而不是单纯的物质设计，设计不仅要在精神上满足消费者的需求，而且要在生理上符合人机工程学原理。

因此生态化水上垃圾清洁机器人的设计中，首先，不仅在视觉上应当有美的感受。

其次，在使用过程中产品也都要符合使用者的平均生理尺寸[9]，生态化水上垃圾清洁机器人收集满垃圾，后期工作人员需要将机器托起清理垃圾，因此其尺寸不宜太大、垃圾收集满之后的重量不应超过一般人的负荷力。

再次，为适应济南市水上观光景区的复杂水势分布，产品应当具有良好的灵活性，尺寸最好为小型，能够随意进入小型水域进行垃圾清理工作。

初步尺寸定位：

根据前期调研的大量数据，综合协调各方面的因素，初步定下产品尺寸为80*80cm,这是最小尺寸，作为大的水上景区可以考虑实际的需要按一定比例放大。

3.2设计构思

3.2.1外观设计构思

产品的外观：

分析产品的使用环境，产品是放在一个城市的水上观光景区来使用，配合旅游景区内的配套管理系统投入使用和进行管理，因此，对于单个产品的外观设计来说，它应当是与整个城市的文化背景相契合，与观光景区的建设相一致，具有观赏价值的、多样化的、情趣化的、便于水上观光景区的管理和维护等等。

其中对于旅游观光景区来说，产品外观的多样化是尤为必要的。

因为各个观光景区特色不一，每个城市也有其特定的文化内涵。

而产品可以有不同的外观与之契合，进行设计。

此次毕业设计的产品设计放到济南市的旅游形象设计当中，详细探讨济南市的文化内涵。

产品外观可以根据不同城市的文化特点来设计；

可考虑多个产品的联合作业，更灵活的处理水上垃圾；

在可能的情况下，产品设计尽量简洁，达到通用性的目的。

产品外观的创意来源于对于济南市文化元素的抽取，像荷花（出淤泥而不染的意象象征、蜻蜓立上头的寓意）、柳叶、泉水的四通八达、泉的喷涌与吸纳（吐新纳旧）等形象进行设计的创意。

3.2.2功能的设计与说明

产品原理上可具有五个部分：

传感器部分、控制器部分、驱动部分、清理部分、能源部分[13]。

各部分的具体原理以及具体功能实现如下：

产品的基本功能：

（1）智能化垃圾清理功能：

取代以往景区内水上打捞的垃圾清理方式，采用智能化的垃圾清理方式。

具有先进的智能计算机系统，自动虚拟导航，确定清洁路线，清洁面可以覆盖大部分景区；

多个电子感应头，让垃圾无处容身；

虚拟强设计，可以便于水域规划，进行水上立即清洁装置的分布，提高收集效率；

可以进行无线遥控，随手可控，便于景区管理等等。

最大限度的解放旅游区内工作人员的劳动力，工作人员只需定期清理机器内收集的垃圾；

定期对它进行维护、清洁即可。

（2）协助水上安全救援功能：

具有卫星定位系统，配合旅游安全控制室的设备，因为能够在任何位置找到它，因此可以协助发现落水等事故的位置，为拯救落水者节省时间。

这样就可以大大减少水上救援设施的投入，减小旅游景区的压力，但是却能够极大地提高救援的效率，提高水上观光景区的安全性系数，保证游客的安全。

（3）观光功能：

将这一点进行特别强调是因为生态化水上垃圾清洁机器人的使用环境是在水上观光景区，它的投放使用，不仅要解决垃圾智能化收集的问题，更要考虑到对观光者造成的视觉效应。

产品的外观是贴合济南市文化的，外观设计理念是从济南市深厚的文化元素中提取，其简洁的外观会令观光者眼前一亮，加之智能化的垃圾收集过程，又传达给观光旅游者强烈的科技感与一个现代感的济南。

（4）产品功能扩充：

可以配合水质监测仪等设备辅助景区内的水质污染检测与治理。

小到水上旅游观光景区，大到地区的水道污染治理、环境监测，此产品皆可以投入使用。

例如：

南方水道里面的青苔、河流静水区垃圾悬浮，进一步拓展到大型的垃圾处理装置，诸如加上垃圾粉碎装置，可以处理水藻，大型的水上漂浮物等；

配合水面净化装置等等。

有着极大地拓展推广空间，综上分析，此产品产生的必要性，同时又具有极大地市场潜力。

3.2.3不同形式生态化水上垃圾清洁机器人的设计

针对前面调查分析得来的结论，我进行了思维发散，进行了广泛的构思，打开思路，发现设计亮点，前期用效果图将自己的想法构思表达出来，详细情况见第四部分的方案构思。

3.2.4其他产品的设计

最终，此次毕业设计我将会将设计着眼点放在生态化水上安全清洁机器人的产品本身。

但是，我的课题不只是对于生态化水上安全清洁机器人本身的产品本身的运行原理、工作方式的设计，对于整个旅游观光景区内的配套设施系统设计以及产品在整个景区内的作用及