多自由度水体监测与增氧机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种多自由度水体监测与增氧机器人，包括能源动力单元、智控单元、巡游驱动单元、检测及曝气单元。能源动力单元将风能和太阳能转化为本装置在水中自由移动和曝气所需能源，智控单元可自动化控制巡游驱动单元确定行进方向及曝气位置，检测及曝气单元自动检测DO浓度，当DO浓度较低时，智控单元发出曝气指令，可完成曝气的深度、曝气方向和曝气时间的多元化；同时，可以安装Eh、pH、浊度、叶绿素a和蓝绿藻等监测探头，实现水质监测的方位自由化。本发明专利技术适用于富营养化水体，采用多能源形式供能，通过智控单元可自动化调控多自由度水体监测与增氧机器人对于水体的曝气位置和曝气量，具有多自由度、自动化的优点，极大提升了的生态修复的效率。

【技术实现步骤摘要】
多自由度水体监测与增氧机器人一、
本专利技术涉及水环境
，具体为一种多自由度水体监测与增氧机器人二、
技术介绍
目前很多水环境修复设备通过增加污染水体中的溶解氧来净化水质，国内外已经公开了多种形式的水环境曝气增氧机器人。中国专利技术专利201810807675.5公开了“一种基于生态修复用河道增氧机器人”，该河道增氧机器人能够高效率的生氧，同时能够根据水的深浅调节增氧深度，使用方便易行，极大的提高了生态修复的效率；中国专利技术专利201810280255.6公开了“一种水体曝气机器人”，该机器人设置多种形式的曝气装置，解决了人工曝气的运转和管理不方便的问题；中国专利技术专利201811247448.8公开了“一种污水曝气机器人”，该机器人能根据所处水体的污染程度规划增氧路线，筛选出最佳的曝气路线，达到曝气处理效率最高的目的。上述曝气增氧机器人虽然大多满足曝气增氧的功能，但很少能智能化调节曝气位置、曝气深度、曝气面积和曝气量大小，曝气效率低、成本高，自由度小，很少具备水质指标采集和数据处理并根据水质状况自动曝气的功能，此外机器人智能化程度低无法自动巡航，自由程度较低，增加了人力成本。三、
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种多自由度的水体增氧机器人，旨在解决现存曝气增氧机器人曝气面积小、曝气效率低、曝气深度无法自动调节、曝气方法单一、智能化程度低和人工成本高的问题。本专利技术集曝气圆盘机械曝气、驱动旋转桨翻转曝气、自吸喷射泵喷射曝气于一体，曝气方式丰富，并且曝气面积及曝气深度可自主调节，智能化程度高，可实现自动检测反馈增氧，可无线远程控制，实现曝气位置与曝气路线最优化。本专利技术所提出的多自由度水体监测与增氧机器人包括能源动力单元、智控单元、巡游驱动单元、检测及曝气单元；能源动力单元包括小型风力发电机、能量分转器、太阳能电池、蓄电池；智控单元包括LED照明灯、摄像头、超声波测距传感器、无线信号传输器、微电脑处理系统、定位装置、无线智控终端、显示屏、输入端、远程控制器；巡游驱动单元包括电控齿轮、旋转力臂、滑动桨面刷、驱动旋转桨、驱动电机；检测及曝气单元包括高压鼓风机、自动伸缩管、曝气圆盘、气盘刷、曝气孔、DO电极、可更换电极一、可更换电极二、喷射管、自吸喷射泵、圆筒过滤网、防水保护罩。所述能源动力单元中小型风力发电机采用H型垂直轴风力发电机，叶片选用了飞机翼形形状，在风轮旋转时不会因变形而改变发电效率。风轮由垂直于地面的5个H型叶片组成，由轮毂固定在垂直轴上，安全性好，并且启动风速低，能最大限度利用风力资源，发电量较其他类型的风力发电机高。所述能源动力单元中能量分转器与小型风力发电机与太阳能电池相连，同时接收它们所转化的电能，将电能临时存储，并根据蓄电池的用电情况判断是否对蓄电池充电。所述智控单元中摄像头可对多自由度水体监测与增氧机器人运行的水体环境实时监控，便于工作人员监测工作状态并实施手动控制。所述智控单元中超声波测距传感器，可以利用声波介质对被检测物进行非接触式检测，超声波测距传感器会发射出的超声脉冲，传播到多自由度水体监测与增氧机器人前方的被测物体上，经反射后通过换能器将超声波信号转换成电信号，从而帮助多自由度水体监测与增氧机器人躲避障碍物，测量与周围物体的距离，确定行进位置，而且处于潮湿条件下几乎不会影响超声波传感器的检测性能。所述智控单元中定位装置采用北斗卫星导航系统，定位精度高且成本较低，多自由度水体监测与增氧机器人可利用定位装置的定位信息确定自身所处水域中的位置。所述智控单元中微电脑处理系统是整个多自由度水体监测与增氧机器人的智能控制中心，具有控制多自由度水体监测与增氧机器人自动运行、无人操控的功能，摄像头所产生的图像信息、超声波测距传感器所产生的传感信号以及定位装置产生的位置信息都会经由数据线传输至微电脑处理系统进行分析，建立所处水体的位置坐标系，从而规划出最优曝气路线，并根据增氧目标控制这些装置的工作状态。所述智控单元中无线信号传输器，可以将微电脑处理系统中的数据传输至远程遥控器或将远程遥控器所产生的指令传输给微电脑处理系统，来控制多自由度水体监测与增氧机器人的运作状态。所述的巡游驱动单元共有三个，分别安装在多自由度水体监测与增氧机器人的左右两侧及前侧，提供多自由度水体监测与增氧机器人在水中巡游前进的驱动力，并可以改变多自由度水体监测与增氧机器人的行进方向，同时可能对水体曝气增氧。所述巡游驱动单元中驱动旋转桨浸入水中一定深度，在驱动电机带动下旋转，从而为多自由度水体监测与增氧机器人实现提供驱动力的功能，改变驱动电机的运转速度大小可以改变多自由度水体监测与增氧机器人行进方向，同时可影响曝气的程度。所述的巡游驱动单元中旋转力臂安装在多自由度水体监测与增氧机器人外侧，借助电控齿轮改变旋转角度，从而改变驱动螺旋桨的吃水深度。所述的巡游驱动单元中驱动旋转桨上套装滑动桨面刷，可以沿驱动旋转桨平移，去除桨面因长时间浸水所附着的污染物。所述的检测及曝气单元中高压鼓风机通过鼓风管与自动伸缩管相连，通过自动伸缩管将气体输送至曝气圆盘。所述的检测及曝气单元中曝气圆盘上布置有曝气孔和气盘刷，曝气孔外侧覆盖有橡胶膜片，鼓风时膜片鼓起气孔张开，空气从气孔溢出，停止鼓风时，膜片覆盖住气孔，此种构造使得气孔不易堵塞，动力效率和氧利用率高；气盘刷一侧固定在曝气圆盘中心，可沿圆周旋转，可清除曝气圆盘因长期浸水产生的干扰物。所述的检测及曝气单元中自动伸缩管下端除连接曝气圆盘外还连接有DO电极、可更换电极一、可更换电极二，借由自动伸缩管的不同伸缩长度来检测不同水深的水质指标，可根据需要的检测水质指标更换Eh、pH、浊度、叶绿素a和蓝绿藻等监测探头，帮助多自由度水体监测与增氧机器人判断是否需曝气、曝气深度、所需曝气量及曝气面积大小。所述的检测及曝气单元中自吸喷射泵由插入多自由度水体监测与增氧机器人底部水中的吸水管吸水进入水泵中，自多自由度水体监测与增氧机器人上部的喷射管喷射到空中曝气，吸水管的吸水端套装有圆筒过滤网来过滤水中杂质，防止自吸喷射泵堵塞。四、附图说明图1为本专利技术所述的多自由度水体监测与增氧机器人的总体剖面图；图2为本专利技术所述多自由度水体监测与增氧机器人的远程遥控器示意图；图3为本专利技术所述多自由度水体监测与增氧机器人的俯视图；图4为本专利技术所述的多自由度水体监测与增氧机器人的巡游驱动单元示意图；图5为本专利技术所述的多自由度水体监测与增氧机器人的检测及曝气单元示意图；图中标记如下：能源动力单元1、智控单元2、巡游驱动单元3、检测及曝气单元4、小型风力发电机5、能量分转器6、太阳能电池7、蓄电池8、LED照明灯9、摄像头10、超声波测距传感器11、无线信号传输器12、微电脑处理系统13、定位装置14、无线智控终端15、显示屏16、输入端17、远程控制器18、电控齿轮19、旋转力臂20、滑动桨面刷21、驱动旋转桨22、驱动电机23、高压鼓风机24、自动伸缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多自由度水体监测与增氧机器人，其特征在于：该装置包括能源动力单元、智控单元、巡游驱动单元、检测及曝气单元；其中能源动力单元由小型风力发电机、能量分转器、太阳能电池、蓄电池组成；智控单元由LED照明灯、摄像头、超声波测距传感器、无线信号传输器、微电脑处理系统、定位装置、无线智控终端、显示屏、输入端、远程控制器组成；巡游驱动单元由电控齿轮、旋转力臂、滑动桨面刷、驱动旋转桨、驱动电机组成；检测及曝气单元由高压鼓风机、自动伸缩管、曝气圆盘、气盘刷、曝气孔、DO电极、可更换电极一、可更换电极二、喷射管、自吸喷射泵、圆筒过滤网、防水保护罩组成；/n其中装置的上部设有能源动力单元，内部设有智控单元；底部设有检测及曝气单元；装置的的前侧和左右两侧分别安装一个巡游驱动单元。/n

【技术特征摘要】
1.多自由度水体监测与增氧机器人，其特征在于：该装置包括能源动力单元、智控单元、巡游驱动单元、检测及曝气单元；其中能源动力单元由小型风力发电机、能量分转器、太阳能电池、蓄电池组成；智控单元由LED照明灯、摄像头、超声波测距传感器、无线信号传输器、微电脑处理系统、定位装置、无线智控终端、显示屏、输入端、远程控制器组成；巡游驱动单元由电控齿轮、旋转力臂、滑动桨面刷、驱动旋转桨、驱动电机组成；检测及曝气单元由高压鼓风机、自动伸缩管、曝气圆盘、气盘刷、曝气孔、DO电极、可更换电极一、可更换电极二、喷射管、自吸喷射泵、圆筒过滤网、防水保护罩组成；
其中装置的上部设有能源动力单元，内部设有智控单元；底部设有检测及曝气单元；装置的的前侧和左右两侧分别安装一个巡游驱动单元。


2.根据权利要求1所述的多自由度水体监测与增氧机器人，其特征在于：所述能源动力单元的小型风力发电机采用垂直轴风力发电机，风轮布置于多自由度水体监测与增氧机器人上部，发电机位于内部；所述的小型风力发电机、太阳能电池分别与能量分转器相连，能量分转器再与蓄电池连接。


3.根据权利要求1所述的多自由度水体监测与增氧机器人，其特征在于所述智控单元的LED照明灯、摄像头、超声波测距传感器布置于多自由度水体监测与增氧机器人周身；所述的定位...

【专利技术属性】
技术研发人员：燕文明，刘鹏，麻林，聂小保，宋兰兰，温茂增，
申请(专利权)人：河海大学，湖南省水利厅，长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32