CN104163082A - 一种智能水环境水陆两用自动取样车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能水环境水陆两用自动取样车，包括箱体、动力驱动装置、轮子、螺旋桨、气囊、水样存放装置、无线传输模块、GPS定位系统、机械臂和单片机；箱体上部开口；水样存放装置设于箱体内，且与开口相连通；无线传输模块设于箱体上，与单片机相连；机械臂设于箱体一侧；气囊、螺旋桨分别设于箱体下端两侧；轮子设于箱体底部；螺旋桨、轮子分别与动力驱动装置相连；单片机与动力驱动装置相连。本发明智能水环境水陆两用自动取样车能够快速、自动对水体进行取样，更具机动性；全自动化处理，对水体取样更加安全、准确。

Description

一种智能水环境水陆两用自动取样车

技术领域

    本发明涉及一种水体检测装置，具体涉及一种可进行智能检测水环境的自动取样车。

背景技术

    目前水环境问题越来越严重，日益危害着人们的饮水安全等，从兰州苯超标等水事件可以看出水环境的严重性，目前不管是普通民众还是政府部门，对水环境的相关情况的重视程度都在不断的加强。

    另外，从大的层面来讲，我国传统的社会经济发展模式以“高投入、高消耗、高污染”为特点，导致环境质量整体恶化，其中水环境恶化更为堪忧。中国的水体污染主要是由工业废水、农药、生活污水以及各种固、气体等废弃物排放所造成的。工业污染排故指数比国际先进水平常高出几倍到几十倍，城市生活污水排放量日益上升，其处理率不到20％。我国水污染的一般特点是北方比南方严重。地表水比地下水严重，城市及近郊比远处严重。众所周知，环境污染和破坏对社会经济发展所造成的直接和间接危害是十分惊人的，据1992～1996年的国家环境质量通报报道，目前全国江河水域普遍受到不同程度的污染，除部分内陆河流及大型水库外，污染呈加重趋势；大江大河的干流水质尚属良好，但流经城镇的河段污染严重，尤其是大中城市下游河段.我国湖泊普遍受到N、P等营养物的污染，富营养化问题已成为我国湖泊的主要环境和生态问题之一。另据研究，1992年由于水污染所造成的各项经济损失为：工业经济损失累加约为137．8亿元，农作物经济损失13．8亿元，畜牧渔业经济损失11．6亿元，人体踺康损失192．8亿元，各项损失累加约为356亿元。可见，水体污染对人体与社会的危害及其所造成的各种损失是十分巨大的。

同时，随着国家将硫酸盐、氯化物、硝酸盐、铁、锰调整为集中式生活饮用水地表水源地补充项目，修订了pH、溶解氧、氨氮、总磷、高锰酸盐指数、铅、粪大肠菌群7个项目的标准值，已经形成了对水环境的越来越严格的环境标示。

目前对水体的检测多采用人工取样，费时费力，且针对大范围水域进行取样也极为不便。由此可见，目前迫切需要相关的装置来对水进行自动取样。

发明内容

    本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能对水体进行自动取样的装置。

为了达到上述目的，本发明提供了一种智能水环境水陆两用自动取样车，包括箱体、动力驱动装置、轮子、螺旋桨、气囊、水样存放装置、无线传输模块、机械臂和单片机；箱体上部开口；水样存放装置设于箱体内，且位于开口正下方；无线传输模块设于箱体上，与单片机相连；GPS定位系统设于箱体上；机械臂设于箱体一侧；气囊、螺旋桨分别设于箱体下端两侧；轮子设于箱体底部；螺旋桨、轮子分别与动力驱动装置相连；单片机与动力驱动装置相连。

其中，动力驱动装置包括轮驱动电机、桨驱动电机、变速箱和减速齿轮组；轮驱动电机通过变速箱与轮子传动相连；桨驱动电机通过减速齿轮组和螺旋桨传动相连。

上述自动取样车还包括湿度传感器；湿度传感器设于箱体底部，且与单片机相连。

上述机械臂包括关节一、关节二、关节三、机械手腕、机械手指；关节一的一端转动设于箱体上，另一端与关节二的一端转动相连；关节三的一端可滑动地设于关节二的另一端；机械手腕一端与关节三的另一端转动相连，另一端与机械手指固定相连。

水样存放装置包括电机、皮带轮、传动带、水样杯；电机通过皮带轮与传送带传动相连；水样杯为多个，分别通过底座均匀分布在传送带上；底座底部设有压力传感器；压力传感器、电机分别与单片机相连。该压力传感器采用N430-5kg压力沉重传感器。

本发明自动取样车还包括自动清洗装置；自动清洗装置包括储水装置、水泵和喷头；储水装置设于箱体底部；喷头设于箱体上方；储水装置通过水泵与喷头相连。

箱体上部开口处设有可自动开合的箱体门。该自动取样车还包括连杆和舵机；箱体门一端与箱体通过固定铰链相连；连杆一端与箱体门相连，另一端与舵机传动相连；舵机与单片机相连。

该自动取样车还包括水体过滤装置；水体过滤装置设于箱体上部开口与水样存放装置之间。该水体过滤装置为漏斗状，内部设有滤网。

上述单片机采用PIC30F3011芯片；无线传输模块采用SI4432无线模块。

    本发明相比现有技术具有以下优点：本发明利用轮子和螺旋桨可进行水陆两用作业，可自行移动至待检测水环境处进行水上取样，并通过内部水样存放装置可进行多样本存放，方便大范围水域的水体取样。且利用无线传输模块可进行远程监控，方便对水体取样进行控制。本发明采用多维机械臂进行水体取样，可多方位360度旋转作业，使取样更加灵活；同时利用自动清洁装置可对箱体进行清洁。本发明智能水环境水陆两用自动取样车能够快速对水环境进行多样本取样，更具机动性；全自动化处理，对水体取样更加安全、准确。

附图说明

图1为本发明智能水环境水陆两用自动取样车的结构示意图；

图2为图1中箱体内部结构示意图；

图3为图2中水样杯的结构示意图；

图4为图1中机械臂的结构示意图；

图5为图1中箱体门的结构示意图。

图中，1-螺旋桨、2-喷水管、3-箱体、31-电机，32-传送带，33-水样杯，34-底座，35-箱体开口，36-螺纹孔，37-水体过滤装置，4-单片机、5-无线传输模块、6-喷头、7-箱体门、72-固定铰链，73-连杆，74-舵机，8-机械臂、81-关节一、82-关节二、83-关节三、84-机械手腕、85-机械手指、86-取样杯、9-气囊、10-轮子、11-储水装置。

具体实施方式

    下面结合附图对本发明智能水环境水陆两用自动取样车进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明智能水环境水陆两用自动取样车包括箱体3、动力驱动装置（未画出）、轮子10、螺旋桨1、气囊9、水样存放装置、无线传输模块5、水体过滤装置、机械臂8和单片机4、储水装置11、水泵（未画出）、喷水管2、喷头6。无线传输模块5设于箱体7顶部。其中，单片机采用PIC30F3011芯片，无线传输模块采用500mW大功率SI4432无线模块。

结合图2、图3，箱体3上部设有箱体开口35，箱体开口35处设有箱体门7。水体过滤装置、水样存放装置依次设于箱体内。水样存放装置包括电机31、皮带轮、传动带32、水样杯33；电机31通过皮带轮与传送带32传动相连；水样杯33为多个，下部放置于底座34内。底座34上设有螺纹孔36，通过螺钉固定在传送带32上，且均匀分布；底座34底部设有压力传感器（未画出）；压力传感器、电机31分别与单片机相连。箱体开口35正下方设有水体过滤装置，该水体过滤装置37呈漏斗状，且其中设有滤网，可过滤水中杂质。正下方水样杯33装满水样后，底座34上的压力传感器将感应信号值单片机，由单片机带动电机31工作，从而将相邻空的水样杯传送到箱体开口35的正下方，继续存放下一个水样。该压力传感器采用N430-5kg压力沉重传感器。

该自动取样车上还可安装GPS定位系统，通过GPS定位，由无线传输模块5发送指令至单片机4，控制动力驱动装置使自动取样车移动到指定位置进行取样。

机械臂8设于箱体3一侧，进行水体取样。气囊9、螺旋桨1分别设于箱体3的下端两侧。轮子为四个，分别设于箱体3底部四角处。动力驱动装置包括轮驱动电机、桨驱动电机、变速箱和减速齿轮组，轮驱动电机通过变速箱与轮子传动相连，桨驱动电机通过减速齿轮组和螺旋桨传动相连。

箱体3底部设有湿度传感器HR202L（未画出），通过湿度传感器感应水上模式和陆地模式湿度的不同，传送信号至单片机，由单片机分别控制轮驱动电机和桨驱动电机工作。

储水装置11设于箱体底部；喷头 6设于箱体门 7的正上方；储水装置11依次通过水泵、喷水管2与喷头6相连，通过单片机4控制水泵工作，从而进行自动清洗。

结合图3，机械臂8包括关节一81、关节二82、关节三83、机械手腕84、机械手指85。关节一81的一端转动设于箱体3上，另一端与关节二82的一端转动相连；关节三83一端可滑动地设于关节二82的另一端；机械手腕84一端与关节三83另一端转动相连，机械手腕84的另一端与机械手指85固定相连。机械手指85处加紧取样杯86，通过取样杯86进行水体取样。其中，关节一81通过与步进电机传动相连，实现XY平面的旋转；关节二82通过与步进电机42BYGH47传动相连，实现XZ平面的旋转；关节三83分别通过与步进丝杆电机42BYG250A和步进电机42BYGH47传动相连，实现X方向的移动和XY平面的旋转；机械手腕84通过与步进电机42BYGH47传动相连，实现YZ平面的旋转。机械手指85采用移动式机械手爪。

结合图5，箱体门7可自动开合。箱体门7一端与箱体通过固定铰链72相连；连杆73一端与箱体门7相连，另一端与舵机74传动相连。舵机74通过单片机控制开关。舵机74可以实现正反转，通过连杆73使箱体门7围绕固定铰链旋转，从而实现箱体门7的开合。

使用时，单片机控制轮驱动电机，由箱体3底部的轮子带动自动取样车在陆地上行走。当进入水环境时，箱体3底部的湿度传感器感应湿度变化，单片机切换控制桨驱动电机，轮子停止转动，此时自动取样车由于气囊9作用浮在水面，螺旋桨1转动，带动自动取样车在水中行走。GPS定位系统将当前自动取样车的位置远程反馈，由无线传输模块5远程发送指令至单片机4，控制自动取样车移动到指定取样位置。单片机控制舵机74打开箱体门7，机械臂8将取样杯86伸入水中进行水体取样后，移至箱体门7正上方倒入水样，水样通过水体过滤装置37进入正下方的水样杯33中，水样完全倒入后，底座34上的压力传感器感应压力，由单片机控制电机31转动，水样杯33左移，相邻空的水样杯移动至箱体门7正下方原水样杯位置处，箱体门7关闭。无线传输模块5远程发送指令控制自动取样车移动到下一取样位置，由此反复多次取样。取样结束后，控制自动取样车返程。返程后，可利用单片机4控制水泵抽取储水装置11中的水至喷头6中，对自动取样车外部进行清洁，去除尘土。

Claims (10)

1.一种智能水环境水陆两用自动取样车，其特征在于：所述自动取样车包括箱体、动力驱动装置、轮子、螺旋桨、气囊、水样存放装置、无线传输模块、GPS定位系统、机械臂和单片机；所述箱体上部开口；所述水样存放装置设于箱体内，且位于所述开口正下方；所述无线传输模块设于所述箱体上，与所述单片机相连；所述GPS定位系统设于所述箱体上；所述机械臂设于所述箱体一侧；所述气囊、螺旋桨分别设于所述箱体下端两侧；所述轮子设于所述箱体底部；所述螺旋桨、轮子分别与动力驱动装置相连；所述单片机与所述动力驱动装置相连。

2.根据权利要求1所述的自动取样车，其特征在于：所述动力驱动装置包括轮驱动电机、桨驱动电机、变速箱和减速齿轮组；所述轮驱动电机通过变速箱与轮子传动相连；所述桨驱动电机通过减速齿轮组和螺旋桨传动相连。

3.根据权利要求1所述的自动取样车，其特征在于：所述自动取样车还包括湿度传感器；所述湿度传感器设于所述箱体底部，且与所述单片机相连。

4.根据权利要求1至3任一所述的自动取样车，其特征在于：所述机械臂包括关节一、关节二、关节三、机械手腕、机械手指；所述关节一的一端转动设于所述箱体上，另一端与所述关节二的一端转动相连；所述关节三的一端可滑动地设于所述关节二的另一端；所述机械手腕一端与关节三的另一端转动相连，另一端与机械手指固定相连。

5.根据权利要求1至3任一所述的自动取样车，其特征在于：所述水样存放装置包括电机、皮带轮、传动带、水样杯；所述电机通过皮带轮与传送带传动相连；所述水样杯为多个，分别通过底座均匀分布在传送带上；所述底座底部设有压力传感器；所述压力传感器、电机分别与所述单片机相连。

6.根据权利要求1至3任一所述的自动取样车，其特征在于：所述自动取样车还包括自动清洗装置；所述自动清洗装置包括储水装置、水泵和喷头；所述储水装置设于所述箱体底部；所述喷头设于箱体上方；所述储水装置通过水泵与所述喷头相连。

7.根据权利要求1至3任一所述的自动取样车，其特征在于：所述箱体上部开口处设有可自动开合的箱体门。

8.根据权利要求7所述的自动取样车，其特征在于：所述自动取样车还包括连杆和舵机；所述箱体门一端与箱体通过固定铰链相连；所述连杆一端与箱体门相连，另一端与舵机传动相连；所述舵机与单片机相连。

9.根据权利要求1至3任一所述的自动取样车，其特征在于：所述自动取样车还包括水体过滤装置；所述水体过滤装置设于箱体上部开口与水样存放装置之间。

10.根据权利要求9所述的自动取样车，其特征在于：所述水体过滤装置为漏斗状，内部设有滤网。