均匀曝气机器人及轨迹规划方法技术

一种均匀曝气机器人及轨迹规划方法，它包括浮台、动力装置、转向装置和自吸式射流曝气器，通过在浮台下部设置螺旋桨和舵叶与防水电机和扭转电机连接，位于两个螺旋桨之间设置自吸式射流曝气器，PLC控制系统与防水电机和扭转电机电性连接，防水电机驱动螺旋桨旋转，扭转电机驱动舵叶的角度发生偏转，根据目标水域或几何水域，曝气机器人按照PLC控制系统预设规划的轨迹行驶，在行驶过程中自吸式射流曝气器的喷嘴口处产生气泡和射流，实现对水域均匀曝气，减少盲区并避免匀曝气机器人发生碰撞，提高水处理效果，操作简单，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
均匀曝气机器人及轨迹规划方法


[0001]本专利技术属于生态环保
，涉及一种均匀曝气机器人及轨迹规划方法。

技术介绍

[0002]曝气装置是通过翻动水面或是将空气注入水中，使水与空气接触，借此增加水中的含氧量，进而恢复和增强水体中好氧微生物的活力，对分解有机污染物、促进水体生态系统的恢复以强化水体的自净作用具有重要的意义，因此，曝气装置会经常应用在污水处理水域或是水产养殖池中，通过对目标水体曝气作业进而达到净化水质、除臭等效果。
[0003]然而，现有的曝气装置一般为固定式，由于曝气装置的曝气半径有限，一般需要加装多个装置进而导致设备安装、使用、维护成本大幅增加，并且当目标水域面积较大而装置数量相对较少时，仍然存在很大的曝气盲区，以致对目标水体曝气不均匀进而导致水处理效果不佳的情况经常发生。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种均匀曝气机器人及轨迹规划方法，采用在浮台下部设置螺旋桨和舵叶与防水电机和扭转电机连接，位于两个螺旋桨之间设置自吸式射流曝气器，PLC控制系统与防水电机和扭转电机电性连接，防水电机驱动螺旋桨旋转，扭转电机驱动舵叶的角度发生偏转，根据目标水域或几何水域，曝气机器人按照PLC控制系统预设规划的轨迹行驶，在行驶过程中自吸式射流曝气器的喷嘴口处产生气泡和射流，实现对水域均匀曝气，减少盲区并避免匀曝气机器人发生碰撞，提高水处理效果，操作简单，成本低。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种均匀曝气机器人，它包括浮台、动力装置、转向装置和自吸式射流曝气器；所述动力装置的螺旋桨位于浮台的下部，转向装置的舵叶位于螺旋桨的两侧，自吸式射流曝气器位于两个螺旋桨之间；防水电机驱动螺旋桨旋转，扭转电机驱动舵叶的角度发生偏转。
[0006]所述浮台为中空的半圆形箱体，半圆形箱体上部设置控制箱，螺旋桨、舵叶和自吸式射流曝气器位于半圆形箱体的弧面下部。
[0007]所述动力装置包括防水电机输出端连接的螺旋桨，防水电机连接的悬臂与浮台的弧面连接固定；螺旋桨的数量为两个，分别布设于浮台下部两侧。
[0008]所述转向装置包括扭转电机输出端连接的舵叶，扭转电机位于浮台的腔体内。
[0009]所述自吸式射流曝气器主要包括本体连通的喷嘴、吸入室和扩压管组成，形成文丘里结构，流体从吸入室进入扩压管后从喷嘴喷出，在喷嘴口处形成气泡和射流。
[0010]所述动力装置的防水电机和转向装置的扭转电机皆与电池和PLC控制系统电性连接；电池和PLC控制系统位于浮台上部的控制箱内。
[0011]所述控制箱的周围设置多个测距传感器与PLC控制系统电性连接。
[0012]所述控制箱的上部设置安装座，太阳能板位于安装座上，太阳能板与电池电性连
接。
[0013]还包括GPS定位仪和电子罗盘，GPS定位仪和电子罗盘位于安装座上；GPS定位仪和电子罗盘皆与电池和PLC控制系统电性连接，操作平台与GPS定位仪和PLC控制系统通过无线模块连接。
[0014]如上所述的均匀曝气机器人的轨迹规划方法，它包括如下步骤：S1，准备，将曝气机器人放入所要处理的水域中，通过操作平台进行远程操作控制；S2，启动，操作平台发出指令，PLC控制系统接受指令后启动防水电机，防水电机驱动螺旋桨旋转，曝气机器人在水域中行驶，与此同时，扭转电机驱动舵叶发生偏转，使曝气机器人按照预设线路行驶；S3，曝气，在曝气机器人行驶过程中，自吸式射流曝气器位于水中，其吸入室朝向曝气机器人行驶的方向，并使水从吸入室进入扩压管，在扩压管内的水压得以增加后从喷嘴喷出，形成射流的同时在喷嘴口处形成气泡，即曝气；S4，针对目标水域，当曝气机器人行驶至目标区域后，通过PLC控制系统控制扭转电机驱动舵叶的扭转角发生改变，配合螺旋桨使曝气机器人在等差半径圆周组上匀速行驶，行驶过程中产生曝气单位圆面，均匀填满所需曝气的整个水域；S5，针对几何水域，通过扭转电机驱动舵叶的扭转角发生改变来调整曝气机器人的行驶半径，利用涡卷线原理，在单位水域内每行驶半周后增加等差数值的半径继续行驶，直至行驶至水域的边界处，然后以相同转向和相同的等差半径缩径行驶，直至回到起始点，如此循环往复实现对几何水域均匀曝气；在S4中，测距传感器测量曝气机器人距离水域边界距离，并将测量数值传输至PLC控制系统，当曝气机器人与水岸的距离达到设定阈值时，PLC控制系统控制曝气机器人离开水岸，避免曝气机器人与水岸发生碰撞；在S5中，GPS定位仪和电子罗盘将定位信息和感知信息随时与操作平台进行无线交换，通过操作平台对曝气机器人进行定位和感知方位，避免曝气机器人偏离PLC控制系统预设的行驶轨迹。
[0015]本专利技术的有益效果主要体现于：浮台为中空的半圆形结构，利用浮力支撑整曝气机器人，其下侧面为弧面，在行驶过程中有利于减小阻力。
[0016]浮台下部的螺旋桨与防水电机连接，由防水电机驱动螺旋桨旋转带动浮台移动；在移动过程中，扭转电机驱动舵叶的角度发生偏转，使其能够在行驶过程中能够转向。
[0017]自吸式射流曝气器位于浮台下部的两个螺旋桨之间，在曝气机器人行驶的过程中，流体从吸入室进入扩压管后从喷嘴喷出，在喷嘴口处形成气泡和射流，即曝气，对水体进行补养处理。
[0018]测距传感器布设于控制箱外与PLC控制系统电性连接，通过测距传感器测量曝气机器人的离岸距离，便于及时调整行驶轨迹，避免与水岸发生碰撞导致损毁。
[0019]太阳能板在日照充足的情况下，对电池进行充电，提高曝气机器人的续航时间，有利于减少维护成本。
[0020]GPS定位仪与远程的操作平台无线连接，对曝气机器人进行实时定位，有利于操作
者知道其具体位置；电子罗盘将感应的信息实时与操作平台交换，感知曝气机器人的方位，避免曝气机器人偏离PLC控制系统预设的行驶轨迹。
[0021]PLC控制系统通过无线模块与操作平台无线连接，通过操作平台发出指令给PLC控制系统，调整或规划轨迹，有利于随时改变曝气机器人的形式路线，减少曝气盲区。
附图说明
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术的结构示意图。
[0023]图2为图1的主视示意图。
[0024]图3为图2的侧视示意图。
[0025]图4为本专利技术曝气机器人在目标水域移动的轨迹图。
[0026]图5为本专利技术曝气机器人循环往复的轨迹图。
[0027]图6为本专利技术曝气机器人在长方形水域正向移动轨迹图。
[0028]图7为本专利技术曝气机器人在长方形水域反向移动轨迹图。
[0029]图中：浮台1，控制箱11，防水电机21，螺旋桨22，舵叶31，自吸式射流曝气器4，测距传感器51，安装座61，太阳能板62，GPS定位仪71，电子罗盘72。
具体实施方式
[0030]如图1~图5中，一种均匀曝气机器人，它包括浮台1、动力装置、转向装置和自吸式射流曝气器4；所述动力装置的螺旋桨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种均匀曝气机器人，其特征是：它包括浮台（1）、动力装置、转向装置和自吸式射流曝气器（4）；所述动力装置的螺旋桨（22）位于浮台（1）的下部，转向装置的舵叶（31）位于螺旋桨（22）的两侧，自吸式射流曝气器（4）位于两个螺旋桨（22）之间；防水电机（21）驱动螺旋桨（22）旋转，扭转电机驱动舵叶（31）的角度发生偏转。2.根据权利要求1所述的均匀曝气机器人，其特征是：所述浮台（1）为中空的半圆形箱体，半圆形箱体上部设置控制箱（11），螺旋桨（22）、舵叶（31）和自吸式射流曝气器（4）位于半圆形箱体的弧面下部。3.根据权利要求1所述的均匀曝气机器人，其特征是：所述动力装置包括防水电机（21）输出端连接的螺旋桨（22），防水电机（21）连接的悬臂与浮台（1）的弧面连接固定；螺旋桨（22）的数量为两个，分别布设于浮台（1）下部两侧。4.根据权利要求1所述的均匀曝气机器人，其特征是：所述转向装置包括扭转电机输出端连接的舵叶（31），扭转电机位于浮台（1）的腔体内。5.根据权利要求1所述的均匀曝气机器人，其特征是：所述自吸式射流曝气器（4）主要包括本体连通的喷嘴、吸入室和扩压管组成，形成文丘里结构，流体从吸入室进入扩压管后从喷嘴喷出，在喷嘴口处形成气泡和射流。6.根据权利要求1所述的均匀曝气机器人，其特征是：所述动力装置的防水电机（21）和转向装置的扭转电机皆与电池和PLC控制系统电性连接；电池和PLC控制系统位于浮台（1）上部的控制箱（11）内。7.根据权利要求6所述的均匀曝气机器人，其特征是：所述控制箱（11）的周围设置多个测距传感器（51）与PLC控制系统电性连接。8.根据权利要求6所述的均匀曝气机器人，其特征是：所述控制箱（11）的上部设置安装座（61），太阳能板（62）位于安装座（61）上，太阳能板（62）与电池电性连接。9.根据权利要求1所述的均匀曝气机器人，其特征是：还包括GPS定位仪（71）和电子罗盘（72），GPS定位仪（71）和电子罗...

【专利技术属性】
技术研发人员：付兴伟，李天智，李铭，程昊，李仙华，
申请(专利权)人：长江生态环保集团有限公司，
类型：发明
国别省市：