CN110482717A - 一种用于污水池中曝气盘的清洗机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于污水池中曝气盘的清洗机器人系统，能够对污水池中的曝气盘进行检测、清洗和更换三种功能。该清洗机器人系统主要由水面和水下两部分组成：水面包括便携式的水面操控台、手动式水面绞车、以太网光端机、高压电输出系统；水下部分包括以太网光端机、视频光端机、水下摄像头、电源转换系统、水下控制器、4个垂直推进器、4个水平推进器、曝气盘清洗工具、曝气盘更换工具、浮力材料、机器人框架。水面系统和水下统通过零浮力电缆相连。本发明为污水池中进行生物降解的最为关键的的曝气盘进行检测、清洗和更换，有效保障了污水处理的安全有效运行，为污水池长时间可靠工作提供了解决方案。

Description

一种用于污水池中曝气盘的清洗机器人系统

技术领域

本发明涉及一种用于污水池中曝气盘的清洗机器人系统，属于污水处理技术领域。

背景技术

人类社会进步和发展离不开工业，但是工业产生的废水严重污染着人类环境，为此需要对工业产生的污水进行处理。好氧生物处理是污水处理厂的中心环节，曝气设备是好氧生物处理的核心组件。曝气不仅可以提供好氧微生物所需的溶解氧，还可以搅动水体，增加微生物与悬浮物的接触面积，提高污染物的去除率。

一定时间内的曝气孔容易堵塞或阻力变大的情况，原因主要有以下三种情况：①污水中钙、铁等杂质在刚玉表面结垢；②曝气盘长时间停运后污泥粘附在曝气盘表面并渗人到刚玉孔隙中造成堵塞；③长时间投加含有铁盐的除磷药剂造成铁盐在刚玉表面结垢，导致系统不能正常工作，需要定期对曝气盘进行清洗。

传统的清洗方式是停止污水池工作，放干污水池里的污水，对所有的曝气盘进行人工整体清刷。这种方式不仅耗费了大量的能源和动力，同时也停止了污水池的工作，导致污水不能够及时处理，是一种极为原始的清洗方式。近年来，根据《城市污水处理厂运行控制与维护管理》介绍，清洗曝气盘有三类方法：第一类是在清洗车间进行清洗，包括回炉火化、磷硅酸盐冲洗、酸洗、洗涤剂冲洗、高压水冲洗等；第二类是停止运行，但不拆卸曝气盘，在池内清洗，包括酸洗、碱洗、水冲、气冲、氯冲、汽油冲、超声波清洗等方法；第三类是不拆曝气盘也不停止运行，在工作状态下清洗，包括向供气管道中注人酸气或酸液、增压冲吹等方法。

本发明采用机器人的方式代替传统的曝气盘清洗方法，自动化程度高，具有自动检测、清洗和更换的能力，提升行业的整体自动化水平。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种用于污水池中曝气盘的清洗机器人系统。

本发明的目的是这样实现的：包括水面部分和水下部分，水面部分包括水面操控台、水面绞车、以太网光端机一、高压电输出系统，水面绞车、高压电输出系统通过以太网光端机一与水面操控台进行信息传输；水下部分包括水下控制器、以太网光端机二、视频光端机、水下摄像头、电源转换系统、四个垂直推进器、四个水平推进器、曝气盘清洗工具、曝气盘更换工具、浮力材料、机器人框架，水下控制器分别控制曝气盘清洗工具、曝气盘更换工具、四个垂直推进器和四个水平推进器的驱动电路、惯导系统，电源转换系统、视频光端机通过以太网光端机二与水下控制器进行信息传输，机器人框架设置有四个可调节的支腿，浮力材料设置在机器人框架上，四个水平推进器水平设置在机器人框架的四个角上，四个垂直推进器竖直设置在机器人框架上且位于浮力材料上设置的凹槽中，水下摄像头有两个、分别设置在机器人框架上，且两个水下摄像头构成双目立体视觉系统，水面部分和水下部分通过零浮力电缆相连。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.双目立体视觉系统实现对污水池中曝气盘的堵塞检测，检测过程包括：首先对采集到的图像进行水下预处理，对污水中的图像进行去躁、增强和曝气盘的边缘进行提取；然后通过立体匹配方法对曝气盘进行目标匹配识别；最后再通过三维重建对曝气盘进行位置测量，实现位置测量，为清洗和更换曝气盘做准备。

2.曝气盘清洗工具采用盘式空化射流清洗装置对曝气盘进行清洗，空化射流盘放置在清洗机器人的底部中心处，通过水下摄像头测量曝气盘在水下位置，操控清洗机器人在曝气盘一定高度进行水平移动，使得空化射流盘对准曝气盘，然后操控清洗机器人潜到污水池底部，四个支腿稳定支撑，开启空化射流盘，对准曝气盘进行清洗；清洗过程中，可通过摄像头观测曝气盘的清洗效果，直至达到要求。

3.曝气盘更换工具设置在机器人框架下方，包括水密电机、与水密电机输出端连接的丝杠、设置在丝杠上的滑块、设置在丝杠下端的定位机构，滑块与机器人框架固连，定位机构底部的周向上均布有八个卡箍。

4.曝气盘更换工具包括两个过程：

替换过程：首先操控清洗机器人运动到曝气盘上方，利用双目立体视觉系统辅助对曝气盘进行识别，并控制清洗机器人在曝气盘一定高度进行水平移动，将更换工具的定位机构对准曝气盘，然后操控清洗机器人潜到污水池底部，四个支腿稳定支撑，再次控制水平推进器，微调清洗机器人水平位置，使得更换工具的定位机构对准曝气盘，控制水密电机带动旋转丝杠将更换机构逐步接触曝气盘后，反向旋出，直至曝气盘完全从污水池输送管道上旋出，完成废弃的曝气盘拆除；

安装过程：将更换的曝气盘放置在更换工具的定位机构中，清洗机器人运动到需要更换的曝气盘安装孔上方，利用双目立体视觉辅助对曝气盘安装孔进行识别，并控制清洗机器人在曝气盘安装位置的一定高度进行水平移动，将更换工具的定位机构对准曝气盘安装孔，然后操控清洗机器人潜到污水池底部，四个支腿稳定支撑，再次控制水平推进器，微调清洗机器人水平位置，使得更换工具的定位机构对准曝气盘安装孔，控制水密电机带动旋转丝杠将更换机构逐步将曝气盘安装到安装孔，不断旋进，当旋进到位时，卡箍自动松开，完成新的曝气盘安装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的清洗机器人系统能够对污水池中的曝气盘进行检测、清洗和更换三种功能。本发明为污水池中进行生物降解的最为关键的曝气盘进行检测、清洗和更换，有效保障了污水处理的安全有效运行，为污水池长时间可靠工作提供了解决方案。

(1)本发明通过机器人进行污水池进行检测曝气盘的状态，能够直观测量出曝气盘的工作状态，及时有效掌握曝气盘的使用情况，便于曝气盘及污水池的科学化管理和维修。

(2)本发明利用机器人进行曝气盘的清洗，提高了污水池维护的自动化水平，能够有针对性的进行曝气盘清洗，避免清洗成本的浪费。

(3)本发明能够在污水池工作状态下定点更换损坏的曝气盘，具有阶段性技术进步，避免了大量人力成本，也减小污水池自身的维护成本。

附图说明

图1是本发明的清洗机器人系统组成示意图；

图2是本发明的清洗机器人示意图；

图3是本发明的曝气盘检测示意图；

图4是本发明的空化射流清洗盘清洗示意图；

图5是本发明的曝气盘更换工具组成示意图；

图6是本发明的曝气盘拆卸流程图；

图7是本发明的曝气盘安装流程图。

图中：1-垂直推进器；2-浮力材料；3-水平推进器；4-机器人框架；5-清洗机构；6-水下摄像头；7-水密电机；8-丝杠；9-螺母；10-定位机构；11-卡箍。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明的清洗机器人系统能够对污水池中的曝气盘进行检测、清洗和更换三种功能。该清洗机器人系统主要由水面和水下两部分组成：水面包括便携式的水面操控台、手动式水面绞车、以太网光端机、高压电输出系统；水下部分包括以太网光端机、视频光端机、水下摄像头、电源转换系统、水下控制器、4个垂直推进器、4个水平推进器、曝气盘清洗工具、曝气盘更换工具、浮力材料、机器人框架。水面系统和水下系统通过零浮力电缆相连。

如附图2所示，清洗机器人系统系统由浮力材料、垂直推进器、水平推进器、机器人框架、水下摄像机、控制器、惯导系统、曝气盘清洗工具、曝气盘更换工具组成。浮力材料用于调配清洗机器人系统浮力和重心比，保证系统能够可靠安全下潜和上浮；垂直推进器用于控制清洗机器人升沉动作，在清洗机器人进行清洗和更换曝气盘时，保证系统能够稳定固定在池底，避免出现本体晃动；水平推进器用于控制清洗机器人进行水平移动，在进行曝气盘对准时起着关键作用；机器人框架用于安放清洗机器人的各部分关键器件，其下端安置可调节高度的支脚，用于适应不同污水池中曝气盘安放环境；水下摄像机在清洗机器人中安放两个，构成双目立体视觉系统，主要用于观测曝气盘的腐蚀和堵塞情况，同时也为清洗和更换曝气盘时，为清洗机器人对准曝气盘提供位置反馈；控制器用于控制清洗机器人在水下的各种检测和动作；惯导系统为清洗机器人提供位置和姿态信息；曝气盘清洗工具用于清洗曝气盘腐蚀的气孔和外表，采用空化射流盘作为清洗工具；曝气盘更换工具用于更换曝气盘，该工具与清洗工具可以互换，具有相同的机械接口。

如附图3所示，采用双目立体视觉技术实现污水池中曝气盘的堵塞检测。首先对采集图像进行水下预处理，对污水中的图像进行去躁、增强和曝气盘的边缘进行提取。然后通过立体匹配方法对曝气盘进行目标匹配识别。最后再通过三维重建对曝气盘进行位置测量，实现位置测量，为清洗和更换曝气盘做准备。

如附图4所示，采用盘式空化射流清洗装置对曝气盘进行清洗。将空化射流盘放置在清洗机器人的底部中心处，通过水下摄像头测量曝气盘在水下位置，操控清洗机器人在曝气盘一定高度进行水平移动，使得空化射流盘对准曝气盘，然后操控清洗机器人潜到污水池底部，4个支腿稳定支撑，开启空化射流盘，对准曝气盘进行清洗。清洗过程中，可通过摄像头观测曝气盘的清洗效果，直至达到要求。

如附图5所示，专用的曝气盘更换工具安装在清洗机器人底部，由水密电机、丝杠、滑块、定位机构、卡箍组成。滑块固定在清洗机器人上，水密电机输出轴与丝杠固连，滑块与丝杠通过螺纹相连，丝杠与定位机构固连，在定位机构底部周边均布八个轴，对应安放八个卡箍。电机驱动带动丝杠转动，由于滑块固定在清洗机器人上，因此丝杠与电机同时向下运动，带动定位机构也相应向下运动。

如附图6所示，替换过程：首先操控清洗机器人运动到曝气盘上方，利用双目立体视觉辅助对曝气盘进行识别，并控制清洗机器人在曝气盘一定高度进行水平移动，将更换工具的定位机构对准曝气盘，然后操控清洗机器人潜到污水池底部，4个支腿稳定支撑，再次控制水平推进器，微调清洗机器人水平位置，使得更换工具的定位机构对准曝气盘，控制水密电机带动旋转丝杠将更换机构逐步接触曝气盘后，反向旋出，直至曝气盘完全从污水池输送管道上旋出，完成废弃的曝气盘拆除。

如附图7所示，安装过程：将更换的曝气盘放置在更换工具的定位机构中，清洗机器人运动到需要更换的曝气盘安装孔上方，利用双目立体视觉辅助对曝气盘安装孔进行识别，并控制清洗机器人在曝气盘安装位置的一定高度进行水平移动，将更换工具的定位机构对准曝气盘安装孔，然后操控清洗机器人潜到污水池底部，4个支腿稳定支撑，再次控制水平推进器，微调清洗机器人水平位置，使得更换工具的定位机构对准曝气盘安装孔，控制水密电机带动旋转丝杠将更换机构逐步将曝气盘安装到安装孔，不断旋进，当旋进到位时，卡箍自动松开，完成新的曝气盘安装。

综上，本发明根据污水池中曝气盘的维修需要，设计一种用于污水池中曝气盘的清洗机器人系统。该清洗机器人系统能够对污水池中的曝气盘进行检测、清洗和更换三种功能。该清洗机器人系统主要由水面和水下两部分组成：水面包括便携式的水面操控台、手动式水面绞车、以太网光端机、高压电输出系统；水下部分包括以太网光端机、视频光端机、水下摄像头、电源转换系统、水下控制器、4个垂直推进器、4个水平推进器、曝气盘清洗工具、曝气盘更换工具、浮力材料、机器人框架。水面系统和水下统通过零浮力电缆相连。本发明为污水池中进行生物降解的最为关键的的曝气盘进行检测、清洗和更换，有效保障了污水处理的安全有效运行，为污水池长时间可靠工作提供了解决方案。

Claims (7)

1.一种用于污水池中曝气盘的清洗机器人系统，其特征在于：包括水面部分和水下部分，水面部分包括水面操控台、水面绞车、以太网光端机一、高压电输出系统，水面绞车、高压电输出系统通过以太网光端机一与水面操控台进行信息传输；水下部分包括水下控制器、以太网光端机二、视频光端机、水下摄像头、电源转换系统、四个垂直推进器、四个水平推进器、曝气盘清洗工具、曝气盘更换工具、浮力材料、机器人框架，水下控制器分别控制曝气盘清洗工具、曝气盘更换工具、四个垂直推进器和四个水平推进器的驱动电路、惯导系统，电源转换系统通过、视频光端机通过以太网光端机二与水下控制器进行信息传输，机器人框架设置有四个可调节的支腿，浮力材料设置在机器人框架上，四个水平推进器水平设置在机器人框架的四个角上，四个垂直推进器竖直设置在机器人框架上且位于浮力材料上设置的凹槽中，水下摄像头有两个、分别设置在机器人框架上，且两个水下摄像头构成双目立体视觉系统，水面部分和水下部分通过零浮力电缆相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于污水池中曝气盘的清洗机器人系统，其特征在于：双目立体视觉系统实现对污水池中曝气盘的堵塞检测，检测过程包括：首先对采集到的图像进行水下预处理，对污水中的图像进行去躁、增强和曝气盘的边缘进行提取；然后通过立体匹配方法对曝气盘进行目标匹配识别；最后再通过三维重建对曝气盘进行位置测量，实现位置测量，为清洗和更换曝气盘做准备。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于污水池中曝气盘的清洗机器人系统，其特征在于：曝气盘清洗工具采用盘式空化射流清洗装置对曝气盘进行清洗，空化射流盘放置在清洗机器人的底部中心处，通过水下摄像头测量曝气盘在水下位置，操控清洗机器人在曝气盘一定高度进行水平移动，使得空化射流盘对准曝气盘，然后操控清洗机器人潜到污水池底部，四个支腿稳定支撑，开启空化射流盘，对准曝气盘进行清洗；清洗过程中，可通过摄像头观测曝气盘的清洗效果，直至达到要求。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于污水池中曝气盘的清洗机器人系统，其特征在于：曝气盘更换工具设置在机器人框架下方，包括水密电机、与水密电机输出端连接的丝杠、设置在丝杠上的滑块、设置在丝杠下端的定位机构，滑块与机器人框架固连，定位机构底部的周向上均布有八个卡箍。

5.根据权利要求1或3述的一种用于污水池中曝气盘的清洗机器人系统，其特征在于：曝气盘更换工具设置在机器人框架下方，包括水密电机、与水密电机输出端连接的丝杠、设置在丝杠上的滑块、设置在丝杠下端的定位机构，滑块与机器人框架固连，定位机构底部的周向上均布有八个卡箍。

6.根据权利要求4所述的一种用于污水池中曝气盘的清洗机器人系统，其特征在于：曝气盘更换工具包括两个过程：

替换过程：首先操控清洗机器人运动到曝气盘上方，利用双目立体视觉系统辅助对曝气盘进行识别，并控制清洗机器人在曝气盘一定高度进行水平移动，将更换工具的定位机构对准曝气盘，然后操控清洗机器人潜到污水池底部，四个支腿稳定支撑，再次控制水平推进器，微调清洗机器人水平位置，使得更换工具的定位机构对准曝气盘，控制水密电机带动旋转丝杠将更换机构逐步接触曝气盘后，反向旋出，直至曝气盘完全从污水池输送管道上旋出，完成废弃的曝气盘拆除；

安装过程：将更换的曝气盘放置在更换工具的定位机构中，清洗机器人运动到需要更换的曝气盘安装孔上方，利用双目立体视觉辅助对曝气盘安装孔进行识别，并控制清洗机器人在曝气盘安装位置的一定高度进行水平移动，将更换工具的定位机构对准曝气盘安装孔，然后操控清洗机器人潜到污水池底部，四个支腿稳定支撑，再次控制水平推进器，微调清洗机器人水平位置，使得更换工具的定位机构对准曝气盘安装孔，控制水密电机带动旋转丝杠将更换机构逐步将曝气盘安装到安装孔，不断旋进，当旋进到位时，卡箍自动松开，完成新的曝气盘安装。

7.根据权利要求5所述的一种用于污水池中曝气盘的清洗机器人系统，其特征在于：曝气盘更换工具包括两个过程：

替换过程：首先操控清洗机器人运动到曝气盘上方，利用双目立体视觉系统辅助对曝气盘进行识别，并控制清洗机器人在曝气盘一定高度进行水平移动，将更换工具的定位机构对准曝气盘，然后操控清洗机器人潜到污水池底部，四个支腿稳定支撑，再次控制水平推进器，微调清洗机器人水平位置，使得更换工具的定位机构对准曝气盘，控制水密电机带动旋转丝杠将更换机构逐步接触曝气盘后，反向旋出，直至曝气盘完全从污水池输送管道上旋出，完成废弃的曝气盘拆除；

安装过程：将更换的曝气盘放置在更换工具的定位机构中，清洗机器人运动到需要更换的曝气盘安装孔上方，利用双目立体视觉辅助对曝气盘安装孔进行识别，并控制清洗机器人在曝气盘安装位置的一定高度进行水平移动，将更换工具的定位机构对准曝气盘安装孔，然后操控清洗机器人潜到污水池底部，四个支腿稳定支撑，再次控制水平推进器，微调清洗机器人水平位置，使得更换工具的定位机构对准曝气盘安装孔，控制水密电机带动旋转丝杠将更换机构逐步将曝气盘安装到安装孔，不断旋进，当旋进到位时，卡箍自动松开，完成新的曝气盘安装。