CN103144113A

CN103144113A - 一种水面溢油监测机器人

Info

Publication number: CN103144113A
Application number: CN2013100637091A
Authority: CN
Inventors: 杨钊; 王建华; 李刚
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明公开了一种水面溢油监测机器人，包含壳体、设置在壳体内的溢油监测单元，设置在壳体底部的底盘，底盘设有若干个相互独立的螺旋桨，该机器人还包含：主控制单元，其设置在壳体内并分别与溢油监测单元相连；本发明能够能够漂浮于水面检测水质情况，能够通过接受指令到达指定海域进行监测工作。

Description

一种水面溢油监测机器人

技术领域

本发明涉及水面监测装置，特别涉及一种水面溢油监测机器人。

背景技术

近年来，全球海洋运输业越来越发达。由于能源的紧张，原油的运输也越来越频繁，然而由于海上的种种事故，原油泄漏的情况不断发生，严重影响了海洋生物的生存，也严重破坏了生态环境。为了减小溢油事故的影响，需要及时发现泄漏的油，并采取有效的措施使损害减小到最小。

随着科技的发展，检测漏油的手段也不断更新，有基于雷达和光谱仪监测的，（例如，一种海面固定式雷达溢油监测装置及其方法，李颖，徐进，陈铎，刘瑀，申请号：201110210224.1；光谱仪及溢油监测系统，赵朝方，马佑军，李晓龙，齐敏珺，申请号：201020246265.7），但是它们也有不足之处，光谱仪仪器比较精密，而海面上又是风浪很大，容易使仪器损坏，同时雷达及光谱仪只能随船及固定安放，这样限制了其监测区域。

发明内容

本发明的目的是提供一种水面溢油监测机器人，该机器人能够漂浮于水面检测水质情况，能够通过接受指令到达指定海域进行监测工作。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种水面溢油监测机器人，包含壳体、设置在壳体内的溢油监测单元，设置在壳体底部的底盘，其特点是，所述的底盘设有若干个相互独立的螺旋桨，该机器人还包含：主控制单元，其设置在壳体内并分别与溢油监测单元相连。

所述溢油监测单元包含采样海水测量部件、对比海水测量部件、设置在壳体内底部的铁块、设置在铁块上方的压舱水容箱、设置在壳体内一侧的电源设备；所述的压舱水容箱一侧设有第七管道与壳体外部连通。

所述的主控制单元包含主控制板，分别与主控制板连接的全球定位系统天线、无线发送天线。

所述主控制板包含控制电路模块和分别与控制电路模块连接的全球定位系统模块、无线传输模块；所述全球定位系统天线、无线发送天线分别设置在壳体的外表面。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明由于利用连通器原理和液体粘度的特性来检测油污，方法简单，易于实现，并且本发明装置成本低廉；本发明由于具有GPS模块和GPS天线、无线传输模块和无线发送天线，因此本发明监测装置能够实施反馈数据，并能够实时报告所处位置；本发明由于具有主控制单元和推进单元，因此本发明能够通过接受指令到达指定海域进行检测工作。

附图说明

图1为本发明一种水面溢油监测机器人的结构示意图；

图2为本发明一种水面溢油监测机器人底盘的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，本发明一种水面溢油监测机器人包含：底部为弧形的壳体1、设置在壳体1内的溢油监测单元、设置在壳体底部的底盘3、设置在壳体1内并与溢油监测单元连接的主控制单元4。

溢油监测单元负责检测海水中是否含有油污，并将检测结果传送到主控制单元4中，其包含采样海水测量部件、对比海水测量部件、设置在壳体1内底部的铁块24、设置在铁块24上方的压舱水容箱23、设置在壳体1内一侧的电源设备25。

采样海水测量部件包含采样海水储存箱211；抽水机212；第一管道213，其一端与采样海水储存箱211连接，其另一端与抽水机212连接；第二管道214，其一端与抽水机212连接，其另一端与壳体1外的大气连通；分别与第二管道214连接的第一玻璃管215、第一粘度测量玻璃管216；垂直设置在第一管道212下方支撑第一玻璃管215和第一粘度测量玻璃管216的第一支架217，其支撑第一玻璃管215和第一粘度测量玻璃管216防止该玻璃管倾斜；废水处理设备218；第三管道219，其一端与采样海水储存箱211连接，其另一端与废水处理设备218连接；第四管道220，其一端与废水处理设备218连接，其另一端与壳体1外部连通。采样海水储存箱211能够存储采样的海水，其包含采样海水抽取设备255，采样海水抽取设备255一端连接浮子256，浮子256下端设有海水采集口。浮子256使用泡沫等轻质材料制作，机器人正常工作时要求海水采集口始终与水面接触，因此海水采集口材质必须比其他部分密度略大，如此能够保证海水采集口始终在下端，浮子256一直浮于水面，通过海水采集口可以采集到海面的海水。抽水机212将采样海水储存箱211中的采样海水送到第一玻璃管215中。

采样海水测量部件还包含设置在第二管道214上的第一活动阀门231、第一阀门232及第一步进电机234、第二阀门233及第二步进电机235，设置在第三管道219上的第三阀门236及第三步进电机237。第一活动阀门231设置在第一玻璃管215与抽水机212之间，当水自下而上进入第一玻璃管215时，第一活动阀门231自动开启，当水回流时由于水的作用，第一活动阀门231自动关闭。第一阀门232的控制端与第一步进电机234连接，其共同设置在第一玻璃管215与第一粘度测量玻璃管216之间，第一步进电机234控制第一阀门232的启闭。第二阀门233的控制端与第二步进电机235连接，其共同设置在第一粘度测量玻璃管216与壳体1之间，第二步进电机235控制第二阀门233的启闭。第三阀门236的控制端与第三步进电机237连接，第三步进电机237控制第三阀门236的启闭。当第三步进电机237控制第三阀门236开启时，废水处理设备218将采用海水储存箱211中的海水通过第四管道220排入海中。

对比海水测量部件包含：普通海水抽取及存储设备221；第二粘度测量玻璃管222；第五管道223，其一端与普通海水抽取及存储设备221连接，其另一端与第二粘度测量玻璃管222连接；第二玻璃管224，该第二玻璃管224下端与第五管道223连接；第六管道225，其一端与普通海水抽取及存储设备221连接，其另一端与第五管道223连通；垂直设置在第五管道223下方支撑第二粘度测量玻璃管222和第二玻璃管224的第二支架226，其支撑第二玻璃管224和第二粘度测量玻璃管222防止该玻璃管倾斜。普通海水抽取及存储设备221能将普通海水抽入第二玻璃管224中，其顶部设有上盖227。

对比海水测量部件还包含设置在第五管道223上的第二活动阀门241、第四阀门242及第四步进电机243，设置在第六管道225上的第五阀门244及第五步进电机245。第二活动阀门241设置在普通海水抽取及存储设备221与第二玻璃管224之间，当水自下而上进入第二玻璃管224时，第二活动阀门241自动开启，当水回流时由于水的作用，第二活动阀门241自动关闭。第四阀门242的控制端与第四步进电机243连接，其共同设置在第二粘度测量玻璃管222与第二玻璃管224之间，第四步进电机243控制第四阀门242的启闭。第五阀门244的控制端与第五步进电机245连接，第五步进电机245控制第五阀门242的启闭。

采样海水测量部件的第一玻璃管215与对比海水测量部件22的第二玻璃管224内径相等，高度相同，并且设置在同一水平面位置。第一玻璃管215、第一粘度测量玻璃管216、第二玻璃管224、第二粘度测量玻璃管222顶端设有小孔，各小孔直径相等。

采样海水测量部件还包含分别设置在第一玻璃管215和第一粘度测量玻璃管216顶端相邻位置的第一传感器251、第二传感器252；第一传感器251、第二传感器252分别设置在与第一玻璃管215、第一粘度测量玻璃管216顶端同一水平面位置，其分别检测第一玻璃管215、第一粘度测量玻璃管216是否充满。

对比海水测量部件还包含分别设置在第二玻璃管224和第二粘度测量玻璃管222顶端相邻位置的第三传感器253、第四传感器254；第三传感器253、第四传感器254分别设置在与第二玻璃管224、第二粘度测量玻璃管222顶端同一水平位置，其分别检测第二玻璃管224、第二粘度测量玻璃管222是否充满。

铁块24设置在壳体1内底部，起到稳定监测装置的重心的作用，使其具有良好的稳定性。

压舱水容箱23一侧设有第七管道231与壳体1外部连通，通过第七管道231可以向压舱水容箱23中注水以保证采样海水储存箱211的海水采集口悬浮在海面，能够实时采集到海水。

电源设备25设置在壳体1内一侧。该电源设备25分别与主控单元4、底盘3、采样海水测量部件、对比海水测量部件连接，其储存太阳能电池单元转化的电能，并为本发明监测装置的其它用电部件提供动力。

如图2所示，所述的底盘3设有4只相互独立的螺旋桨31，控制机器人的运行路线。

主控制单元4控制整个系统的运行，其包含主控制板41，分别与主控制板41连接的全球定位系统天线42、无线发送天线43。主控制板41包含控制电路模块和分别与控制电路模块连接的全球定位系统模块、无线传输模块。全球定位系统天线42、无线发送天线43分别设置在壳体1的外表面。

本发明监测装置的工作过程为：监测装置启动后漂浮在海上，如果主控制单元4未接收到命令，如果主控制单元4接收到命令，则按照接收到的命令驱动底盘3中的推进单元30带动监测装置到达指定的检测区域；并抽取采样海水开始进行溢油检测；检测完成后主控制单元4自动分析测试结果，如果发现溢油污染则通过全球定位系统模块获得位置信息，并通过无线发送天线将测试结果和位置信息发送到船上或岸上的接收装置上；如果未发现溢油污染则监测装置循环等待下一次命令。

其中溢油检测的具体工作流程如下：首先调整装置中压舱水容箱23中水的容量，使浮子256下端的海水采集口恰好浮在水面位置，主控制单元4发送命令，采样海水抽取设备255工作，将采样海水抽送到采样海水储存箱211，然后抽水机212及对比海水抽取及存储设备221工作，将采样海水与对比海水分别送入第一玻璃管215和第二玻璃管224中，第一传感器251和第三传感器253分别监测第一玻璃管215和第二玻璃管224中是否充满液体。如果充满了液体，第一传感器251和第三传感器253分别向主控制单元4发送信号，主控制单元4操纵抽水机212及对比海水抽取及存储设备221停止工作。然后主控制单元4控制第一步进电机234和第四步进电机243，将第一阀门232和第四阀门242打开，并开始计时，这时由于连通器原理，第一玻璃管215和第二玻璃管224中的液体分别流向第一粘度测量玻璃管216和第二粘度测量玻璃管222，第二传感器252及第四传感器254分别监测第一粘度测量玻璃管216和第二粘度测量玻璃管222中是否充满液体，当第一粘度测量玻璃管216和第二粘度测量玻璃管222中充满液体时，计时器记录第一粘度测量玻璃管216和第二粘度测量玻璃管222中充满液体时的时间分别为t1和t2，当第一粘度测量玻璃管216和第二粘度测量玻璃管222都充满液体时，主控制单元4发出命令，第二步进电机235及第五步进电机245工作，将第二阀门233和第五阀门242打开，将采样海水排到装置外，对比海水回流到对比海水抽取及存储设备221中，以达到重复利用的目的。此时，主控制单元4发出命令，第三步进电机237工作，将第三阀门236打开，同时令废水处理设备218工作，将剩余的采样海水排到大海中。

比较检测过程中测量的时间t1与t2两者的大小，如果采样海水中含有油污，由于油的粘度比较大，因此t1应该大于t2。

综上所述，本发明由于利用连通器原理和液体粘度的特性来检测油污，方法简单，易于实现，并且本发明装置成本低廉；本发明由于具有GPS模块和GPS天线、无线传输模块和无线发送天线，因此本发明监测装置能够实施反馈数据，并能够实时报告所处位置；本发明由于具有主控制单元和推进单元，因此本发明能够通过接受指令到达指定海域进行检测工作。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种水面溢油监测机器人，包含壳体（1）、设置在壳体（1）内的溢油监测单元，设置在壳体底部的底盘（3），其特征在于，所述的底盘（3）设有若干个相互独立的螺旋桨（31），该机器人还包含：主控制单元，其设置在壳体（1）内并分别与溢油监测单元相连。

2.如权利要求1所述的水面溢油监测机器人，其特征在于，所述溢油监测单元包含采样海水测量部件、对比海水测量部件、设置在壳体（1）内底部的铁块（24）、设置在铁块（24）上方的压舱水容箱（23）、设置在壳体（1）内一侧的电源设备（25）；所述的压舱水容箱（23）一侧设有第七管道（231）与壳体（1）外部连通。

3.如权利要求1所述的水面溢油监测机器人，其特征在于，所述的主控制单元（4）包含主控制板（41），分别与主控制板（41）连接的全球定位系统天线（42）、无线发送天线（43）。

4.如权利要求3所述的水面溢油监测机器人，其特征在于，所述主控制板（41）包含控制电路模块和分别与控制电路模块连接的全球定位系统模块、无线传输模块；所述全球定位系统天线（42）、无线发送天线（43）分别设置在壳体（1）的外表面。