科创实践 | 海航赛优秀作品展：水净先锋——水域垃圾智能打包回收机器人
编者按：“筑海之路，育工之将”，为充分展现我院科创实践项目的丰硕成果，提升优秀项目的示范效应，本栏目将持续推送系列项目介绍。我院坚持以学生成长为中心，依托“本-硕-博”贯通的工科特色人才培养体系，构建了“本科生导师制-大学生创新训练-科技竞赛-实习实训”相融合的“一体四位”科研创新训练链条，同时，学院设有中山大学水下机器人研究学社、工程实训中心及学生创新实践作品展示空间，打造具有海工特色的第二课堂活动，系统培养学生的科研创新能力。
本期引语：全国海洋航行器设计与制作大赛是我国船舶与海洋工程领域层次最高的大学生竞赛之一，服务海洋强国战略，发掘船海领域创新人才。第十四届大赛吸引了3345支队伍线下参赛，经过激烈角逐，中山大学代表队凭借作品“水净先锋——水域垃圾智能打包回收机器人”在B1设计与制作-水面组中表现优异，斩获全国二等奖，展现了我院学子在海洋智能装备领域的创新实力。
项目名称：水净先锋——水域垃圾智能打包回收机器人
项目等级： 第十四届全国海洋航行器设计与制作大赛 全国二等奖
项目负责人：李夫淼 海洋工程与技术学院2023级博士研究生
成员介绍：
王书献 海洋工程与技术学院2023级博士研究生
罗哲蕙 海洋工程与技术学院2023级硕士研究生
李权津 海洋工程与技术学院2023级本科生
李 博 海洋工程与技术学院2021级博士研究生
指导教师：
许亮斌 教授
蔡华阳 教授
一、作品简介
“水净先锋”是一款面向水域生态保护、城市水环境治理等需求的智能化水面作业装备，致力于提供高效、低耗、全自动的水域垃圾清理解决方案。当前水域垃圾清理多依赖人工打捞，存在作业效率低、人力成本高、极端天气作业风险大等痛点。“水净先锋”以全流程自动化、智能续航、连续作业为核心优势，可有效降低水域运维成本，助力智慧水生态建设。
二、总体设计
“水净先锋”采用适航性优化的漂浮式船体结构，搭载单电机联动打包换袋执行机构、智能自主控制系统与太阳能供电模块。核心控制单元集成定位导航、姿态感知与作业调度算法，可实现定点巡航、自动返航、异常状态预警。执行端通过同步带传动、热熔封切、齿轮齿条伸缩的结构组合，完成垃圾收集、压缩、打包、换袋的全流程无人化操作。
三、创新亮点
结构集成创新：
首创单电机+双同步轮+曲柄滑块联动+加热片的集成式执行方案，仅用一套动力源即可同步完成垃圾打包、封口切断、新袋铺设全流程，大幅降低设备功耗与故障概率
智能巡航升级：
搭载高精度定位与路径记忆算法，支持定点导航、自定义路径巡航、低电量自动返航、进水故障报警，无需全程人工值守
连续作业设计：
打包-换袋工序无缝衔接，配合太阳能辅助续航，可实现长时间循环作业，单次换袋后最大清理容量较传统设备提升40%
轻量化低耗设计：
整机采用轻质耐腐蚀材料，常规工况下仅靠太阳能即可维持日常巡航，无额外高能耗负载
依托上述技术，“水净先锋”可广泛应用于城市景观湖、内河航道、近岸海域等场景，具备自主垃圾清理、自动打包换袋、智能路径巡航、长时循环作业等综合能力。
四、主要功能
“水净先锋”可适配多种水域治理场景，核心功能包括：
- 水面自主航行与垃圾收集
- 垃圾压缩、热熔打包、自动换袋一体化作业
- 自定义路径巡航、定点导航与自动返航
- 太阳能辅助续航，支持低电量报警、进水故障检测
- 大容量存储设计，减少人工清运频次
五、应用前景
· 城市水环境治理：快速清理公园湖泊、城市内河的漂浮垃圾，降低市政运维人力成本，提升市容环境品质
· 景区水域管护：适配旅游景区、生态湿地的静水水域，在不破坏景观完整性的前提下完成常态化清洁
· 近岸生态修复：辅助清理近岸浅滩的小型漂浮垃圾，为滨海生态修复提供装备支撑
· 教学实践载体：为高校船舶与海洋工程、机械电子相关专业提供机电系统集成、智能控制算法的实操教学平台
六、参赛感想
比起奖项，更珍贵的是我们学会了从真实场景需求倒推技术方案，把课本上的机械原理、控制算法真正落地成能解决问题的实体装备。感谢两位指导老师的全程把关，也感谢学院的科创平台支持，让我们相信：涉海装备的创新，从来不是“为创新而创新”，而是要实实在在回应人与水的共生需求。
