CN103910424B - 太阳能可移动式水生态维护机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能可移动式水生态维护机器人，中央控制台固定在十字形底座的中央位置，中央控制台内部放置接太阳能电池板的太阳能控制器、蓄电池、机器人主控电路、水质分析系统、数据采集器、无线通讯模块，十字形底座水平平台上方四侧通过太阳能板支架架设太阳能电池板采集能源，通过导线与正下方的主电机室相连，主电机通过主轴穿出主电机室带动主叶轮旋转，多参数水质分析仪采集送中央控制台的数据采集器，十字形底座水平平台的四端各有一个架端浮筒部分，浮筒内超声波避障模块采集障碍信号送央控制台。本发明太阳能作为唯一的能源，可以节约大量化石燃料；可移动，使用范围广，增氧效率高，自主管理。对水生态的维护具有相当高的应用价值。

Description

太阳能可移动式水生态维护机器人

技术领域

本发明涉及一种水中检测装置，特别涉及一种太阳能可移动式水生态维护机器人。

背景技术

封闭水域（水库、湖沼、池塘等）水质的恶化给环境保护带来了很多问题。例如，由于水质富养化，营养盐类过剩，从而引起藻类等的异常繁殖；同时，没有水循环会导致水滞留，由贫氧状态引起堆积物的腐坏，底层淤泥中营养盐溶出，周围发生恶臭；于是，水中的生物，昆虫，动植物浮游生物，鱼类等会死亡，那时自然界原来的食物链会遭受严重的破坏。因此，有必要对封闭水域进行水质监测和搅拌增氧，从而改善封闭水域的水质问题。

目前，针对封闭水域的水质问题，一般采用的是增氧机，它是利用电机带动叶轮的旋转，进行搅拌增氧，或者利用曝气机和水下的曝气管为水体提供氧气，如中国专利CN201957602U公开的“一种水产养殖用太阳能节电增氧装置”和中国专利CN202068838U公开的“一种太阳能增氧机”。以前者为例，它包括电源，电机，减速器，电源切换器，太阳能发电板和发电机，太阳能电池板与发电机并联连接于电源切换器上，为两组蓄电池供电；蓄电电源为两组蓄电池并联，蓄电电源与电源切换器相连；电机的电源输入端与电源切换器相连，电机输出轴与减速器输入轴连接，减速器输出轴通过转轴与叶轮连接，电机输出轴还通过减速器输入轴与发电机输入端连接。但是这种增氧机不能移动工作，使用范围比较小，且不能进行转速等自动控制。

发明内容

本发明是针对太阳能增氧机不能移动工作，使用范围比较小的问题，提出了一种太阳能可移动式水生态维护机器人，不仅能够利用光伏发电技术实现对新能源的有效利用，节约化石燃料，并且采用驱动技术进行水体搅拌增氧，抑制蓝藻生长，加速污泥分解，提高水体自净能力，另外，该机器人还利用自动控制技术实现了自动巡航避障、水质监测、无线遥控、叶轮转速控制和自动参照当前水质情况选择工作时间等功能。

本发明的技术方案为：一种太阳能可移动式水生态维护机器人，包括太阳能电池板、太阳能板支架、中央控制台、螺旋桨、超声波避障模块、浮筒、主叶轮、主电机室、多参数水质分析仪和十字形底座，中央控制台固定在十字形底座的中央位置，中央控制台内部放置连接太阳能电池板的太阳能控制器、储能元件、机器人主控电路、水质分析系统、数据采集器、无线通讯模块，十字形底座水平平台上方四侧通过太阳能板支架架设太阳能电池板，中央控制台通过导线与正下方的主电机室相连，主电机通过主轴穿出主电机室带动主叶轮旋转，穿出连接部分放置密封圈，多参数水质分析仪从主电机室的一侧探入水体，开口做防水密封处理，数据通过数据线连接中央控制台的数据采集器，十字形底座水平平台的四端各有一个架端浮筒部分，浮筒部分包括柱形浮筒、螺旋桨系统、超声波避障模块，螺旋桨系统由螺旋桨及辅助电机组成，辅助电机位于浮筒内部，中央控制台通过导线给辅助电机供电，并通过传动装置带动螺旋桨转动，超声波避障模块放置在浮筒的外侧，超声波避障模块发送信息到中央控制室。

所述机器人主控电路包括GPS定位模块、超声波测距模块、螺旋桨系统控制板和无线遥控控制板。

所述叶轮为六叶平直叶圆盘涡轮。

本发明的有益效果在于：本发明太阳能可移动式水生态维护机器人，实现新能源的有效利用。设备能源自给自足，太阳能作为唯一的能源，可以节约大量化石燃料；可移动，使用范围广，增氧效率高，避免了局部搅拌所带来的增氧不均衡的问题；具有手/自动两种模式，可手动无线遥控，也可利用超声波自动避障，进行智能控制。当处于手动模式时，采用无线遥控技术可进行手动控制方向、叶轮转速等；当处于自动模式时，该机器人随意移动，利用超声波信号进行自动避障，另外，该机器人安装的多参数水质分析仪，可监测PH值、溶解氧浓度、叶绿素a、蓝绿藻等参数，当监测到其值超出标准范围，则自动增加机器人在此处的搅拌时间；成本低、免维护、操作和控制简单，智能设计，自主管理。对水生态的维护具有相当高的应用价值，符合当今社会提倡的节能环保，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明太阳能可移动式水生态维护机器人结构示意图；

图2为本发明太阳能可移动式水生态维护机器人的控制硬件结构图

图3为本发明太阳能可移动式水生态维护机器人的增氧机理图；

图4为本发明太阳能可移动式水生态维护机器人的抑藻机理图。

具体实施方式

如图1所示太阳能水生态维护机器人结构示意图，包括太阳能电池板1、太阳能板支架2、中央控制台3、螺旋桨4、超声波避障模块5、浮筒6、主叶轮7、主电机室8、多参数水质分析仪9和十字形底座10。中央控制台3固定在十字形底座10的中央位置，中央控制台3内部放置太阳能控制器、蓄电池、机器人主控电路、水质分析系统、数据采集器、无线通讯模块，作为机器人的核心区域。十字形底座10水平平台上方四侧通过太阳能板支架架设太阳能电池板1，提供电力供应机器人的各用电设备运行，多余的电量储存在蓄电池中，为晚上或者阴雨天太阳能不能工作时提供电力。中央控制台3通过导线与正下方的主电机室8相连，为作为主电机的永磁直流电机供电，并控制其转动。主电机通过主轴穿出主电机室8带动主叶轮7旋转，连接部分放置密封圈，防止水进入主电机室8。多参数水质分析仪9从主电机室8的一侧探入水体，开口做防水密封处理，数据通过数据线连接中央控制台3的数据采集系统。十字形底座10水平平台的四端各有一个架端浮筒部分，包括柱形浮筒6、螺旋桨系统、超声波避障模块5等，四端相同，以一端为例。螺旋桨系统由螺旋桨4及辅助电机组成，每侧为一组，共四组。辅助电机位于浮筒内部，依靠导线由中央控制台3供电，并通过传动装置带动螺旋桨4转动，使机器人完成前后左右四个方向的移动。超声波避障模块5放置在浮筒6的外侧，当机器人前进方向遇到障碍，模块发送信息到中央控制室3，自动关闭当前旋转的螺旋桨，同时开启左侧螺旋桨，从而使机器人达到自动避障的目的。

本发明采用自动控制技术可实现该机器人的自动巡航避障、叶轮转速控制和自动参照当前水质情况选择工作时间等功能，其硬件结构示意图如图2所示。太阳能电池板和太阳能控制器作为本机器人的能量源，为所有用电模块供电。主电机和位于四周浮筒6内的驱动电机作为本机器人的动力机构，主电机主要为用来搅拌增氧的叶轮提供动力，而驱动电机主要为四周用来控制巡航方向的螺旋桨提供动力。4个超声波模块主要用来完成本机器人自动避障的功能，当超声波探头检测到前方有障碍后，将信号传输给主控制板的超声波模块，机器人自动做出反应，关闭当前旋转的螺旋桨，同时开启左侧螺旋桨。水质监测数据采集模块主要用来完成本机器人水质监测和自动参照当前水质情况选择工作时间的功能，当水质监测仪监测到某处水质参数值超出了标准范围，则机器人自动增加机器人在此处的搅拌时间。GPS模块完成本机器人的定位功能。无线通讯模块、遥控器、无线收发器和计算机完成本机器人的数据采集处理和手动控制。本发明可进行手动/自动控制，免维护、操作和控制简单，打开开关后，将机器人置于水中，机器人可进行自主管理，自动搅拌运行。图3和图4分别为本发明太阳能可移动式水生态维护机器人的增氧机理和抑藻机理图。

所述机器人主控电路包括GPS定位模块、超声波测距模块、螺旋桨系统控制板和无线遥控控制板。本机器人可进行手/自动模式，当处于自动模式时，利用螺旋桨系统控制板进行智能控制，若超声波避障模块检测到前方有障碍后，则自动关闭当前旋转的螺旋桨，同时开启左侧螺旋桨，从而使机器人达到自动避障的目的；而当处于手动模式时，利用无线遥控技术可进行手动控制方向、叶轮转速等。

所述机器人水质分析系统包括多参数水质分析仪和数据传输部分。它的作用是监测PH值、溶解氧浓度、叶绿素a、蓝绿藻等参数，当监测到其值超出标准范围，则自动增加机器人在此处的搅拌时间。相关的控制软件通过GPRS/GSM远程控制多参数水质监测器，用以设定监测参数和监测频率等。

所述数据采集器有开关量、数字量和模拟量多种输入信号采集通道和继电器输出控制，数据采集和数据发送为一体式结构，可靠性和稳定性强。

所述无线通讯模块可通过GPRS/GSM远程控制仪器实时进行通讯，其作用是提供机器人的基本通讯功能。

所述叶轮为六叶平直叶圆盘涡轮，其耐蚀性、机械性能和铸造工艺性能良好，易气焊。

Claims (3)

1.一种太阳能可移动式水生态维护机器人，其特征在于，包括太阳能电池板、太阳能板支架、中央控制台、螺旋桨、超声波避障模块、浮筒、主叶轮、主电机室、多参数水质分析仪和十字形底座，中央控制台固定在十字形底座的中央位置，中央控制台内部放置连接太阳能电池板的太阳能控制器、储能元件、机器人主控电路、水质分析系统、数据采集器、无线通讯模块，十字形底座水平平台上方四侧通过太阳能板支架架设太阳能电池板，中央控制台通过导线与正下方的主电机室相连，主电机通过主轴穿出主电机室带动主叶轮旋转，穿出连接部分放置密封圈，多参数水质分析仪从主电机室的一侧探入水体，开口做防水密封处理，数据通过数据线连接中央控制台的数据采集器，十字形底座水平平台的四端各有一个架端浮筒部分，浮筒部分包括柱形浮筒、螺旋桨系统、超声波避障模块，螺旋桨系统由螺旋桨及辅助电机组成，辅助电机位于浮筒内部，中央控制台通过导线给辅助电机供电，并通过传动装置带动螺旋桨转动，超声波避障模块放置在浮筒的外侧，超声波避障模块发送信息到中央控制室。

2.根据权利要求1所述太阳能可移动式水生态维护机器人，其特征在于，所述机器人主控电路包括GPS定位模块、超声波测距模块、螺旋桨系统控制板和无线遥控控制板。

3.根据权利要求1所述太阳能可移动式水生态维护机器人，其特征在于，所述叶轮为六叶平直叶圆盘涡轮。