CN109444362A - 一种用于水污染监测的巡逻机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境检测技术领域，具体地，涉及一种用于水污染监测的巡逻机器人，包括用以使整个机器人漂浮在水面上的浮体、设置在浮体上的控制箱和设置在浮体底部的用以检测水质的水质检测仪，其还包括设置在浮体上的用于存储水样的水样存储组件、灌装组件以封口组件。该机器人能够在检测到水质异常时进行取样，并且能够通过GPS模块获取水质异常的位置信息，通过无线网络将该位置信息发送给工作人员便于工作人员及时地进行处理。
Description
技术领域
本发明涉及环境检测技术领域，具体地，涉及一种用于水污染的多功能样巡逻机器人。
背景技术
突发性水污染事件一般是指由人为原因或不可抗拒的自然灾害所引起的大量有害污染物瞬间排至河流、湖泊等水体，导致水质在短期内急速恶化、影响水资源的有效利用、水生态环境受到严重危害、造成社会经济的正常活动受到严重影响的事故。突发性水污染事件是最常见的、最为剧烈的“瞬态污染”，它不同于一般的水污染，事件往往突然发生且来势迅猛，并且其污染物也通常没有固定的排放方式及途径，事件的发生将严重影响水资源的有效利用，制约社会经济发展，危害水生态环境，导致生态失衡，从而威胁人类健康及生命财产安全。因此，需要对环境敏感水域或可能存在较大环境安全隐患水域进行监控。
由于目前大部分的水质检测仪只能检测到水质异常，至于水体具体的污染程度以及污染物的成分构成如何，需要对污染水体进行采样后带回实验室做进一步精确分析。在水样采集的过程中，由于某些水体如河流等是处于流动状态的，传统的单次采样会因为污水团流动等因素而带来误差。同时为减少环境监测布点，降低监测成本，可以采用巡逻式采样方式。为此，有必要设计一种能够对某水域进行巡逻检测，在发现水质异常时，能对污染水体进行连续采样，并将采样容器安全封装的设备。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于水污染监测的巡逻机器人。
为达到上述目的，本发明公开了如下技术方案：一种用于水污染监测的巡逻机器人，包括用以使整个机器人漂浮在水面上的浮体、设置在浮体上的控制箱和设置在浮体底部的用以检测水质的水质检测仪，其特征在于，还包括设置在浮体上的用于存储水样的水样存储组件和灌装组件，水样存储组件包括条形管架，所述条形管架上沿着其长度方向等间隔地开设有多个用于放置采样管的容纳通孔，所述灌装组件包括沿着垂直于传动轴的方向位于水样存储组件一侧且平行于传动轴的直线模组、用以向采样管灌装水样的采样机构和用以将采样后的采样管的管口进行封口的封口机构，在所述直线模组的滑块上可旋转地支撑有条型支撑板，所述采样机构和封口机构分别位于条型支撑板的两端。
优选地，所述封口机构包括支撑在条型支撑板的与软管相反一端的用以对塞盖进行夹持的两夹爪，所述两夹爪铰接在延伸板上，所述延伸板固定在条型支撑板的与软管相反一端，两个夹爪对称设置，并且对称轴线平行于条型支撑板的延伸方向，每个夹爪均由L型连接杆和半圆环型连接板组成，型连接杆的一端与半圆环型连接板的一端连接，两夹爪的半圆环型连接板的开口相对，两L型连接杆的自由端朝着相互远离的方向延伸，每个L型连接杆的弯角处均与延伸板铰接。
优选地，所述封口机构还包括两设置在条型支撑板上且沿着条型支撑板的长度方向延伸的条形滑槽、可滑动地位于条形滑槽内的传动条以及设置在条形支撑板上的双头电机，所述传动条从条形滑槽的靠近夹爪的一端伸出并且与对应的L型连接杆的自由端铰接，在双头电机的两输出端均设置有齿轮，在每个传动条设置有多个与对应侧的齿轮啮合的齿，所述双头电机与控制箱电连接。
优选地，所述封口机构还包括通过Z型板支撑在条型支撑板上的圆柱筒壳、位于圆柱筒壳内部的顶端的电磁铁、位于圆柱筒壳内部的底端的封口槌以及位于电磁铁与封口槌之间的弹簧，所述电磁铁与控制箱电连接，在所述圆柱筒壳的底端设置有供封口槌下端穿过的圆形通孔，所述弹簧始终处于被压缩的状态，所述封口槌至少部分采用铁制成。
优选地，条型管架具有多个，所述多个条型管架通过链传动机构支撑在浮体上，所述链动机构包括两相互平行且沿着垂直于其长度方向相互对齐的传动轴、位于每个传动轴的两端部的链轮以及将沿着垂直于传动轴的长度方向相互对齐的链轮传动连接的链条，每个所述传动轴的两端通过轴座可旋转地支撑在浮体上，每个所述条形管架的两端分别固定在对应侧的链条上，所述灌装组件用以向采样管中灌装水样。
优选地，所述采样机构包括支撑在浮体上的水泵和支撑在直线模组上的软管，所述软管的一端与水泵的出水口连通，所述水泵的进水口通过水管延伸到待采样的水中，所述水泵与控制箱电连接。
优选地，还包括用以向封口机构提供塞盖的送盖机构，所述送盖机构包括通过倒U型支架安装在浮体上的底板、用以对塞盖进行导向的料道和用以推动塞盖向着夹爪的方向移动的推块，所述料道延伸到夹爪的正下方。
优选地，在浮体的下表面设置有多个朝着同一方向推进的推进器，所述推进器与控制箱电连接。
优选地，在所述控制箱内还设置有无线模块，所述控制箱能够通过无线模块接收或者发送数据。
优选地，所述控制箱还具有GPS模块，所述无线模块为无线网络模块，所述控制箱能够根据需要巡逻的位置和通过GPS模块获取的实时位置自动地控制所述推进器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)该机器人能够自动检测，并且在检测到水质异常时能够自动地进行取样；同时，还设置有封口机构，在取样之后能够及时地进行封口，避免蒸发或者外界物质进入到样品中而影响样品成分；
2)该机器人设置有推进器，能够到达需要的地方进行检测并取样；并且控制箱具有无线模块，能够实现远程控制；控制箱还具有GPS模块，通过GPS模块一方面能够获取水质异常的位置，另一方面可以通过在控制箱中设定需要巡逻的多个位置，控制箱能够控制机器人在几个位置之间自动巡逻。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明的立体结构示意图一；
图2为本发明的立体结构示意图二；
图3为本发明的立体结构示意图三；
图4为链动机构的立体结构示意图；
图5为本发明的局部立体结构示意图一；
图6为本发明的局部立体结构示意图二；
图7为图6的立体结构分解示意图；
图8为图7的局部立体结构示意图；
图9为图8的局部立体结构分解示意图；
图10为图9中的A处放大图；
图11为封口机构的立体结构示意图；
图12为封口机构的平面剖视图；
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
参照图1至图12所示的一种用于水污染监测的巡逻机器人，包括用以使整个机器人漂浮在水面上的浮体1、设置在浮体1上的控制箱3和设置在浮体1底部的用以检测水质的水质检测仪2，所述水质检测仪2可以为与控制箱3电连接的传感器，所述传感器的类型可以根据待检测的水的情况进行选用，具体地，传感器均采用现有技术，此处不再详述。
该采样巡逻机器人还包括设置在浮体1上的用于存储水样的水样存储组件。水样存储组件包括多个由链动机构循环输送的条形管架5，所有条形管架5互相平行并且均呈水平设置，每个条形管架5上沿着其长度方向等间隔地开设有多干个用于放置采样管59的容纳通孔。
所述链动机构包括两相互平行且沿着垂直于其长度方向相互对齐的传动轴14、位于每个传动轴14的两端部的链轮13以及将沿着垂直于传动轴14的长度方向相互对齐的链轮13传动连接的链条12，每个所述传动轴14的两端通过轴座16可旋转地支撑在浮体1上，每个所述条形管架5的两端分别固定在对应侧的链条12上。为了保证采样管59的开口至少在移动到链条12的上半部分时能够朝上，可以将条形管架5设置成与链条12铰接，这样在采样管59的重力作用下，采样管59的开口能够自然地朝上。当然，也可以将条形管架5设置成与链条12不可旋转地固定，将采样管59的开口相对于链条12都朝向外侧，即位于链条12的上半部分的采样管59的开口朝上，位于链条12的下半部分的采样管59的开口朝下，只需要保证当采样管59在移动到链条12的上半部分时，开口朝上以便于灌装水样。
具体地，在其中一个轴座16上设置有与对应的传动轴14传动连接的驱动电机15，所述驱动电机15与控制箱3电连接，控制箱3通过控制驱动电机15的旋转能够实现采样管59的移动。
所述采样巡逻机器人还包括用于向采样管59中灌装水样的灌装组件。所述灌装组件包括沿着垂直于传动轴14的方向位于水样存储组件一侧且平行于传动轴14的直线模组6、支撑在直线模组6的滑块上的用以向采样管59灌装水样的采样机构8，通过直线模组6能够带动采样机构8沿着条形管架5的长度方向来回移动进而能够向位于同一条形管架5上的不同的采样管59灌装水样。
所述采样机构8包括支撑在浮体1上的水泵(未示出)和支撑在直线模组6上的软管19，所述软管19的一端与水泵的出水口连通，所述水泵的进水口通过水管延伸到待采样的水中，所述水泵与控制箱3电连接，当控制箱3通过水质检测仪2检测到水质异常时，控制箱3控制水泵进行抽水以进行取样，当一个采样管59采样完毕之后，控制箱3控制直线模组6移动以对下一个采样管59进行取样，当一个条形管架5上的采样管59均取样完毕，控制箱3控制驱动电机15旋转，对下一个条形管架5上的采样管59进行取样。由于同一条形管架5上的采样管59的间隔是一定的，因此，可以通过控制直线模组6每次移动的距离来保证软管19的出水口与采样管59的开口对齐。
所述灌装组件还包括可旋转地支撑在直线模组6的滑块上的条型支撑板11和支撑在条形支撑板11的封口机构9，所述采样机构8和封口机构9分别支撑在条形支撑板11的两端，所述条形支撑板11的旋转轴线位于封口机构9与采样机构8之间，通过使条型支撑板11旋转180°，能够使采样机构8与封口机构9交替地位于采样管59的上端以对采样管59灌装水样和封口。条型支撑板11的转动由与控制箱3电连接的电机进行控制。
所述采样机构还包括用以将软管19的出口端固定到条型支撑板11上的管套20，通过管套20能够保证软管19的出口端始终朝下设置。
所述封口机构9包括通过延伸板27支撑在条型支撑板11的与软管19相反一端的两夹爪28，两个夹爪28对称设置并且每个夹爪28的中部均与延伸板27铰接，通过控制夹爪28相对延伸板27旋转，能够实现通过夹爪28夹取塞盖60，并通过旋转条型支撑板11将塞盖60移动到采样管59的正上方后使夹爪28松开，塞盖60落入到采样管59的开口中。
优选地，每个夹爪28均由L型连接杆30和半圆环型连接板29组成，L型连接杆30的一端与半圆环型连接板29的一端连接，两夹爪28的半圆环型连接板29的开口相对，两L型连接杆30的自由端朝着相互远离的方向延伸，每个L型连接杆30的弯角处均与延伸板27铰接，通过控制两L型连接杆20的自由端能够实现两半圆环型连接板29的靠近或者远离进而实现塞盖60的夹取或者松开。
所述封口机构9还包括两设置在条型支撑板11上且沿着条型支撑板11的长度方向延伸的条形滑槽23以及可滑动地位于条形滑槽23内的传动条24，所述传动条24从条形滑槽23的靠近夹爪28的一端伸出并且与对应的L型连接杆20的自由端铰接，进而通过控制传动条24在条形滑槽23内来回移动能够控制夹爪28的夹取或者松开。
所述封口机构9还包括设置在条形支撑板11上的双头电机25，在双头电机25的两输出端均设置有齿轮26，在每个传动条24设置有多个与对应侧的齿轮26啮合的齿，所述双头电机25与控制箱3电连接，控制箱3通过控制双头电机25的旋转能够驱动传动条24的来回移动进而实现夹爪28的夹取或者松开。
所述封口机构9还包括通过Z型板22支撑在条型支撑板11上的圆柱筒壳32、位于圆柱筒壳32内部的顶端的电磁铁33、位于圆柱筒壳32内部的底端的封口槌35以及位于电磁铁33与封口槌35之间的弹簧34，所述电磁铁33与控制箱3电连接，在所述圆柱筒壳32的底端设置有供封口槌35下端穿过的圆形通孔36，所述弹簧34始终处于被压缩的状态，所述封口槌35至少部分采用铁制成，控制箱3通过控制电磁铁33的通电，能够吸引封口槌35向上运动，当电磁铁33断电之后，封口槌35在弹簧34的作用下向下运动，将塞盖60压紧到采样管59的开口处。
所述采样巡逻机器人还包括用以向封口机构8提供塞盖60的送盖机构10。所述送盖机构10包括通过倒U型支架37安装在浮体1上的底板38、用以对塞盖60进行导向的料道41和用以推动塞盖60向着夹爪28的方向移动的推块47。所述料道41延伸到夹爪28的正下方，通过推块47能够将位于料道41上的塞盖60推送到夹爪28的位置处。
所述送盖机构10还包括圆柱滚筒39，所述圆柱滚筒39可旋转地设置在底板38上且相对于料道41与夹爪28相反的一侧，所述圆柱滚筒39的旋转轴线与推块47的推动方向一致，在圆柱滚筒39的圆周面上设置有一条螺旋槽45，在推块47的沿着推动方向背离夹爪28的一侧设置有平行与所述推动方向的推杆47，在推杆40上设置有与螺旋槽45配合的拨杆46，所述拨杆46能够插入到螺旋槽45中，当圆柱滚筒39正转或者反转时能够驱动推杆40向前或者向后移动。
优选地，圆柱滚筒39通过第一旋转电机44驱动，所述第一旋转电机44与控制箱3电连接，控制箱3通过第一旋转电机44的旋转能够实现对推杆40的向前或者向后移动的控制。
优选地，圆柱滚筒39的两端分别通过两个等腰三角形支撑板43可旋转地支撑在底板38上，并且等腰三角形支撑板43的底边固定在底板38上，推杆40从两等腰三角形支撑板43的顶角穿过进而等腰三角形支撑板43起到对推杆40的导向作用。
优选地，料道41的上表面沿着垂直于所述推动方向的两侧设置有平行与推动方向的档条48，档条48的靠近夹爪28的一端与料道41的靠近夹爪的一端具有一定的距离，即料道41的靠近夹爪28的一端不设置档条48以避免夹爪28在夹取塞盖60触碰到档条48。
在料道41的靠近夹爪28的一端设置有向上延伸的挡板49，通过挡板49能够防止推块47将塞盖60推出料道41。
所述送盖机构10还包括用以放置塞盖60的容纳桶42，所述容纳桶42包括圆柱壳体50和可旋转地位于圆柱壳体50内部的料筒51，料筒51上设置有多个沿着其轴线方向延伸的通孔53，相对于料筒51的轴线，多个通孔53沿着圆周方向均匀设置。所述圆柱壳体50的圆形底板54上开设有落料孔55，所述落料孔55位于料道41的正上方。在每个通孔53中存储有塞盖60，当通孔53与落料孔55对齐时，塞盖60会落入料道41中，然后推块47将塞盖推入到料道41与夹爪28对应的位置处。
所述圆形底板54通过两个支座52支撑在倒U型支架37上。在料筒51的下方设置有转轴57并且在倒U型支架37上设置有与转轴57传动连接的第二旋转电机56，所述第二旋转电机56与控制箱3电连接，通过控制箱3来控制第二旋转电机56的旋转能够使通孔53与落料孔55对齐。
所述浮体1的顶部设置有与侧方连通的排污口61，残留在软管19内壁的液体冲刷掉后，通过排污口61流出，避免堆积在浮体1顶部。
在浮体1的下表面设置有多个推进器4，所述推进器4可以采用电机与叶轮配合的形式，通过电机带动叶轮的旋转来实现推进。优选地，推进器4具有四个，沿着前后方向，两两左右对齐，并且控制箱3能够对每个推进器4进行单独控制，这样能够方便地控制机器人前行、转弯等。
在所述浮体1上还设置有用以为整个机器人供电的蓄电池，具体地，所述蓄电池可以选用重量相对较轻的锂电池，蓄电池的容量可以根据实际情况进行确定。
优选地，所述浮体1上还设置有用于供电的太阳能电池板58，所述太阳能电池板58与蓄电池电连接用以为蓄电池充电。
在所述控制箱3中设置有无线模块，所述无线模块可以为现有技术中的无线遥控模块，采用遥控器能够控制该机器人到达指定的地方。当然，无线模块也可以为无线网络模块，通过采用无线网络模块，通过手机或者其它上网设备都可以对该机器人进行远程控制。
优选地，至少在浮体1的前方设置有朝向前方拍摄的摄像头，所述摄像头与控制箱电连接，通过摄像头一方面方便在需要的时候进行视频取证，另一方面在对机器人进行远程控制时，能够观察到前方情况，例如有障碍物时，能够及时地避开障碍物。
所述控制箱3还具有GPS模块，通过GPS模块能够获取机器人检测到污染时所在的位置并将该位置保存到控制箱3内的存储器中，并且能够将该位置发送到手机或者其它上网设备，以便工作人员及时地获取相关信息。同时通过GPS模块，机器人能够通过自动控制行驶到指定的位置，并且通过所述摄像头拍摄的画面能够自动判断前方是否有障碍物，并且在发现障碍物时能够通过孔能够通过控制推进器4进行转向而避开障碍物。
具体地，可以在控制箱3内设置辖区内需要对水质检测的检测点的位置坐标，控制箱3可以通过自动巡逻模式自动移动到检测点对检测点的水质进行检测。
上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种用于水污染监测的巡逻机器人，包括用以使整个机器人漂浮在水面上的浮体、设置在浮体上的控制箱和设置在浮体底部的用以检测水质的水质检测仪，其特征在于，还包括设置在浮体上的用于存储水样的水样存储组件和灌装组件，水样存储组件包括条形管架，所述条形管架上沿着其长度方向等间隔地开设有多个用于放置采样管的容纳通孔，所述灌装组件包括沿着垂直于传动轴的方向位于水样存储组件一侧且平行于传动轴的直线模组、用以向采样管灌装水样的采样机构和用以将采样后的采样管的管口进行封口的封口机构，在所述直线模组的滑块上可旋转地支撑有条型支撑板，所述采样机构和封口机构分别位于条型支撑板的两端。
2.根据权利要求1所述的一种用于水污染监测的巡逻机器人，其特征在于，所述封口机构包括支撑在条型支撑板的与软管相反一端的用以对塞盖进行夹持的两夹爪，所述两夹爪铰接在延伸板上，所述延伸板固定在条型支撑板的与软管相反一端，两个夹爪对称设置，并且对称轴线平行于条型支撑板的延伸方向，每个夹爪均由L型连接杆和半圆环型连接板组成，型连接杆的一端与半圆环型连接板的一端连接，两夹爪的半圆环型连接板的开口相对，两L型连接杆的自由端朝着相互远离的方向延伸，每个L型连接杆的弯角处均与延伸板铰接。
3.根据权利要求2所述的一种用于水污染监测的巡逻机器人，其特征在于，所述封口机构还包括两设置在条型支撑板上且沿着条型支撑板的长度方向延伸的条形滑槽、可滑动地位于条形滑槽内的传动条以及设置在条形支撑板上的双头电机，所述传动条从条形滑槽的靠近夹爪的一端伸出并且与对应的L型连接杆的自由端铰接，在双头电机的两输出端均设置有齿轮，在每个传动条设置有多个与对应侧的齿轮啮合的齿，所述双头电机与控制箱电连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于水污染监测的巡逻机器人，其特征在于，所述封口机构还包括通过Z型板支撑在条型支撑板上的圆柱筒壳、位于圆柱筒壳内部的顶端的电磁铁、位于圆柱筒壳内部的底端的封口槌以及位于电磁铁与封口槌之间的弹簧，所述电磁铁与控制箱电连接，在所述圆柱筒壳的底端设置有供封口槌下端穿过的圆形通孔，所述弹簧始终处于被压缩的状态，所述封口槌至少部分采用铁制成。
5.根据权利要求1－4任一项所述的一种用于水污染监测的巡逻机器人，其特征在于，条型管架具有多个，所述多个条型管架通过链传动机构支撑在浮体上，所述链动机构包括两相互平行且沿着垂直于其长度方向相互对齐的传动轴、位于每个传动轴的两端部的链轮以及将沿着垂直于传动轴的长度方向相互对齐的链轮传动连接的链条，每个所述传动轴的两端通过轴座可旋转地支撑在浮体上，每个所述条形管架的两端分别固定在对应侧的链条上，所述灌装组件用以向采样管中灌装水样。
6.根据权利要求5所述的一种用于水污染监测的巡逻机器人，其特征在于，所述采样机构包括支撑在浮体上的水泵和支撑在直线模组上的软管，所述软管的一端与水泵的出水口连通，所述水泵的进水口通过水管延伸到待采样的水中，所述水泵与控制箱电连接。
7.根据权利要求6所述的一种用于水污染监测的巡逻机器人，其特征在于，还包括用以向封口机构提供塞盖的送盖机构，所述送盖机构包括通过倒U型支架安装在浮体上的底板、用以对塞盖进行导向的料道和用以推动塞盖向着夹爪的方向移动的推块，所述料道延伸到夹爪的正下方。
8.根据权利要求1所述的一种用于水污染监测的巡逻机器人，其特征在于，在浮体的下表面设置有多个朝着同一方向推进的推进器，所述推进器与控制箱电连接。
9.根据权利要求8所述的一种用于水污染监测的巡逻机器人，其特征在于，在所述控制箱内还设置有无线模块，所述控制箱能够通过无线模块接收或者发送数据。
10.根据权利要求9所述的一种用于水污染监测的巡逻机器人，其特征在于，所述控制箱还具有GPS模块，所述无线模块为无线网络模块，所述控制箱能够根据需要巡逻的位置和通过GPS模块获取的实时位置自动地控制所述推进器。
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