CN111579746B - 一种用于河道区域水质检测的水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于河道区域水质检测的水下机器人，包括：壳体，在所述壳体内安装有控制器；移动模块，设置在壳体的外部且用以驱动所述水下机器人移动，所述移动模块与所述控制器电连接；水质检测模块，设置在所述壳体上且用以对水质进行检测，其与所述控制器电连接；GPS模块，集成在所述控制器，控制器至少能够在水质检测模块检测到水质异常时通过GPS模块获取检测点的位置信息。该水下机器人能够对不同深度的水域进行检测。

Description

一种用于河道区域水质检测的水下机器人

技术领域

本发明涉及水质检测机器人领域，具体是涉及一种用于河道区域水质检测的水下机器人。

背景技术

城市水污染已严重地影响着河道两岸居民的日常生活和健康，水质改善迫在眉睫。城市水污染已严重地影响着河道两岸居民的日常生活和健康，水质改善迫在眉睫。然而，当前对水下排污口的排查与探测还主要依靠人工排查和抽干河道两种方式，排污口的排查与探测成本较高，效率较低、耗时较长，无法成为普遍适用的排查方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于河道区域水质检测的水下机器人，该水下机器人能够自动或者通过远程控制移动到指定的检测点，不需要工作人员跟随，特别是能够深入到一些工作人员不方便的地方进行检测。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种用于河道区域水质检测的水下机器人，包括：

壳体，在壳体内安装有控制器；

移动模块，设置在壳体的外部且用以驱动壳体移动，与所述控制器电连接；

水质检测模块，设置在壳体上且用以对水质进行检测；

GPS模块，集成在所述控制器，控制器至少能够在水质检测模块检测到水质异常时通过GPS模块获取检测点的位置信息；

其特征在于，所述水质检测模块包括：

检测箱，设置在壳体内，所述检测箱具有进水口和出水口，所述进水口通过进水管与壳体的外界连通，所述出水口通过出水管与壳体的外界连通，在进水管上沿着水流的方向依次设置有用以将进水管选择性地打开或者关闭的第一通止阀、用以将壳体外部的水经过进水管送入到检测箱内的水泵，在所述出水管上设置有用以将出水管选择性地打开或者关闭的第二通止阀，所述水泵、第一通止阀、第二通止阀与控制器电连接，在所述检测箱靠上的部位还设置有与壳体的外部连通的排气管，在所述排气管设置有防止壳体外部的水从排气管进入到检测箱内的单向阀和与控制器电连接的排气阀；

多个水质传感器，多个水质传感器分别与控制器电连接，并且多个水质传感器的检测端均插入到检测箱中。

优选地，所述检测箱为长条形箱体，其底部沿着长度方向倾斜，所述进水口设置在检测箱的顶部且位于底部较高的一端，所述出水口设置在检测箱的底部且位于底部较低一端。

优选地，还包括设置在壳体内的取样模块，所述取样模块包括设置在壳体内的取样支架和设置在取样支架上的多个取样器，所述取样器包括：

取样管，其固定在取样支架上且两端开口，一端开口较小，另一端开口较大，并且在较小开口的一端设置有连接管，在所述检测箱的一侧设置有沿着检测箱的长度方向设置有多个取样口，所述取样口的数量与取样器的数量相同，每一个取样器的连接管插入到一个取样口中以使得取样管与检测箱连通；

活塞，可滑动地设置在取样管中。

优选地，每个取样器还包括活塞杆，所述活塞设置在活塞杆的一端，活塞杆的另一端从取样管的开口较大的一端伸出。

优选地，所述取样模块还包括取样解锁机构，所述取样解锁机构包括：

滑轨，支撑在所述壳体的内部且位于活塞杆的与所述活塞相反的一侧，其沿着所述检测箱的长度方向延伸；

滑条，可沿着所述检测箱的长度方向滑动地支撑在滑轨上，所述滑条能够移动到活塞杆与滑轨之间或者从活塞杆与滑轨之间移出，当滑条位于活塞杆与滑轨之间时，所述活塞抵靠在取样管的较小开口的一端上。

优选地，所述滑轨配置成在活塞从取样管掉落之前，所述活塞杆从取样管伸出的一端能够抵靠在滑轨上，在所述滑轨上对应每一个活塞杆的位置处设置有与控制器电连接的应变片，控制器通过所述应变片能够判断活塞该是否抵靠在滑轨上进而确定取样是否完成。

优选地，所述取样解锁机构包括与控制器电连接的第一直线驱动器，控制器控制第一直线驱动器每次移动的距离配置为只允许从一个活塞杆与滑轨之间移出。

优选地，所述取样支架包括：

取样托架，设置在检测箱的设置有取样口的一侧，在其上表面形成有与所述取样器相同数量的截面呈半圆形的第一凹槽，所述第一凹槽的直径与取样管的直径相吻合；

取样盖架，位于取样托架上方且与取样托架可拆卸地连接，在其下表面形成有与所述取样器相同数量的截面呈半圆形的第二凹槽，所述第二凹槽的直径与取样管的直径相吻合，相邻的第一凹槽的间距、相邻的第二凹槽的间距与相邻的所述取样口的间距相同。

优选地，所述移动模块包括水下推进模块，所述水下推进模块包括第一推进器、第二推进器、第三推进器、第四推进器、第五推进器，第一推进器和第二推进器分别设置于壳体的左右两侧，用以沿前后方向推进所述壳体，第三推进器和第四推进器也分别设置于壳体的左右两侧，用以沿上下方向推进所述壳体，所述第五推进器设置在壳体的前后方向的一端，用以沿上下方向推进所述壳体的前后方向的一端，所述推进器均包括设置在壳体的外侧且两端开口的筒体、安装在筒体内部的水下电机以及设置在水下电机的输出轴上的螺旋桨，所述螺旋桨的旋转轴线与所述筒体的轴线共线，所述水下电机与所述控制器电连接，所述控制器能够对一个或者多个水下电机分别进行控制。

本发明还提供了一种采用上述水下机器人进行水质检测的方法，具体包括如下步骤：

步骤一：控制器控制移动模块移动到指定的检测点；

步骤二：到达检测点后，控制器控制第一通止阀、第二通止阀以及水泵打开并持续一段时间；

步骤三：控制器获取多个水质传感器的数据并判断水质是否异常；

步骤四：如果水质异常，控制器关闭第二通止阀，取样模块进行取样。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

该水下机器人能够实现对较深水域的水质检测，并且水质传感器设置在机器人的内容，避免了在移动过程中水流对水质传感器的冲击；该时下机器人还具有取样模块，当水质异常时，通过取样模块能够对检测点的水取样，便于工作人员做进一步的检测；所述控制器上集成有GPS模块，通过GPS模块能够获取检测点的位置，特别是能够获取水质异常的检测点的位置，控制器将检测到的水质数据和位置信息一起保存。

附图说明

图1和图5为本发明两种不同视角的立体图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为图3的A-A截面处剖视图；

图6为本发明的内部结构立体图；

图7为本发明的水质检测模块和取样模块立体图；

图8为本发明的水质检测模块和取样模块主视图；

图9为图8的B-B截面处剖视图；

图10为本发明的水质检测模块和取样模块俯视图；

图11为图10的C-C截面处剖视图；

图12为本发明的留存器支架和水样留存器装配过程的立体图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-12所示，一种用于河道区域水质检测的水下机器人，包括有壳体1、设置在壳体1的外部且用以驱动壳体1移动的移动模块2、设置在壳体1上且用以对水质进行检测的水质检测模块3以及设置在壳体1内且在水质检测模块3检测到水质异常时用以将异常的水进行取样的取样模块4。

所述水质检测模块3包括设置在壳体1内的检测箱3c和用于对检测箱3c内的水样进行检测的多个水质传感器，所述检测箱3c具有进水口3c2和出水口3c3，所述进水口3c2通过进水管3f与壳体1的外界连通，所述出水口3c3通过出水管3h与壳体1的外界连通，在进水管3f上沿着水流的方向依次设置有用以将进水管3f选择性地打开或者关闭的第一通止阀3a、用以将壳体1外部的水经过进水管3f送入到检测箱3c内的水泵3b，在所述出水管3h上设置有用以将出水管3f选择性地打开或者关闭的第二通止阀3d。第一通止阀3a和第二通止阀3d与控制器电连接。

在所述壳体1内设置有控制器1c，多个水质传感器包括分别与控制器1c电连接的氨氮传感器3e2、COD传感器3e3、电导率传感器3e4、PH传感器3e5、ORP传感器3e6、浊度传感器3e7，氨氮传感器3e2、COD传感器3e3、电导率传感器3e4、PH传感器3e5、ORP传感器3e6、浊度传感器3e7排成一列且检测端伸入到检测箱3c中，当水泵3b向检测箱3c注水时，所述控制器1c能够通过多个水质传感器对检测箱3c中的水样进行检测并获取对应的参数值进而能够判断水质是否异常。

具体的，检测箱3c为长条形箱体，其底部沿着长度方向倾斜，所述进水口3c2设置在检测箱3c的顶部且位于底部较高的一端，所述出水口3c3设置在检测箱的底部且位于底部较低一端。为了避免前一个检测点中的储存在检测箱3c内的水样对新的检测点的水样产生影响，当从一个检测点到达一个新的检测点时，可以先通过水泵3b向检测箱3c内注水一段时间，在注水时，第二通止阀3d打开，这样在注水时，将检测箱3c内的原有的水样排出，这样持续一段时间，以尽可能地保证原有的水样全部排出，并且由于底部为斜面，这样有助于原有的水样从出水口3c3排出。

由于在检测水样时和取样时需要保证检测箱3c内具有足够的水，为了便于水进入到检测箱3c，可以在检测箱3c的靠上的位置设置排气管3c5，这样当向检测箱3c注水时，可以关闭第二通止阀3d，同时检测箱内部的气体可以从排气管3c5中排出。并且排气管3c5延伸到壳体1的外部，当检测箱3c中的水注满时，多余的水能够从排气管3c5中排出，当检测箱3c内的水量达到一定值时关闭水泵3b，此时可以进行检测。进一步，在排气管3c5上还设置有单向阀3c7，用以防止壳体1外部的水从排气管3c5进入到检测箱3c中。

所述取样模块4包括设置在壳体1内的取样支架4a和设置在取样支架4a上的多个取样器4b，当在一检测点检测到水质异常时，可以将此处的水样送入到其中一个或者几个取样器4b中。

进一步，所述取样器4b包括固定在取样支架4a中且两端开口的取样管4b1、可滑动地设置在取样管4b1中的活塞4b3，所述取样管4b1的一端开口较小，另一端开口较大，并且在取样管4b1的较小开口的一端设置有连接管4b4，在所述检测箱3c的一侧设置有沿着检测箱的长度方向设置有多个取样口3c4，所述取样口3c4的数量与取样器4b的数量相同，每一个取样器4b的连接管4b4插入到一个取样口3c4中以使得取样管4b1与检测箱3c连通。

每个取样器4b还包括活塞杆4b2，所述活塞4b3设置在活塞杆4b2的一端，活塞杆4b2的另一端从取样管4b1的开口较大的一端伸出。

进一步，所述取样模块4还包括取样解锁机构4c。所述取样解锁机构4c包括支撑在壳体1的内部且沿着所述检测箱3c的长度方向延伸的滑轨4c1、可滑动地支撑在滑轨4c1上的滑条4c2以及用以驱动滑条4c2沿着滑轨4c1移动的直线驱动器4c3。所述滑条4c2位于活塞杆4b2的与活塞4b3相反的一侧，并且滑条4c2能够移动到所述活塞杆4b2的所述另一端与滑轨4c1之间或者从所述活塞杆4b2的所述另一端与滑轨4c1之间移出，所述滑条4c2的宽度配置为当滑条4c2位于所述活塞杆4b2的所述另一端与滑轨4c1之间时，活塞4b3抵靠在取样管4b1的开口较小的一端上，使得检测箱3c内的水不能够进入到取样管4b1中。当需要取样时，直线驱动器4c3带动滑条4c2移动一段距离，使滑条4c2移出其中一个活塞杆4b2的所述另一端与滑轨4c1之间，打开水泵3b和第一通止阀3a，关闭第二通止阀3d，水泵3b向检测箱3c中注水，水压增大，这样检测箱3c内的水会推着活塞4b3向着取样管4b1的较大的一端移动，检测箱3c内的水一部分会进入到取样管4b1中进而实现取样。所述滑轨4c1配置为当活塞杆4b2向着远离取样管4b1的开口较小的一端移动一段距离后活塞杆4b2能够抵靠在所述滑轨4c1上以确保活塞杆4b2不会从取样管4b1中掉落。滑条4c每次移动的距离为只从一个活塞杆4b2与滑轨4c1之间移出以按照取样器4b排列的顺序将水样送入到取样管4b1中。

为了保证检测箱3c内的压力，在所述排气管3c5上还设置有与控制器1c电连接的排气阀3c6，控制器1c可以根据需要关闭排气阀3c6，以保证检测箱3c内具有足够的压力以进行取样。

可以在滑轨4c1上对应每个活塞杆4b2的位置处设置与控制器1c电连接的应变片，控制器1c根据应变片的数据来判断活塞杆4b2是否抵靠在滑轨4c1上，当活塞杆4b2抵靠在滑轨4c1上时，控制器1c控制水泵3b停止工作。

优选地，可以在取样口3c4的位置处安装单向阀(未示出)，所述单向阀允许检测箱3c内的水样进入到取样管4b1。

所述取样支架4a包括设置在检测箱3c一侧的取样托架4a1和与取样托架4a1卡接配合的取样盖架4a2，在所述取样托架4a1的上表面设置有多个截面呈半圆形的第一凹槽，在取样盖架4a2的下表面设置有多个截面呈半圆形的第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽的数量与取样器4b的数量相同，多个第一凹槽和多个第二凹槽分别沿着所述检测箱3c的长度方向延伸且等间距设置，相邻第一凹槽之间的距离和相邻的第二凹槽之间的距离与相邻的取样口3c4之间的距离相同，第一凹槽和第二凹槽的直径与取样管4b1的直径相吻合，当取样盖架4a2与取样托架4a1卡接时，所述取样管4b1被夹持在取样盖架4a2与取样托架4a1之间，当需要将取样管4b1取出时，只需要将取样盖架4a2从取样托架4a1上取下即可。

移动模块2包括水下推进模块，所述水下推进模块包括第一推进器2a、第二推进器2b、第三推进器2c、第四推进器2d、第五推进器2e，第一推进器2a和第二推进器2b分别设置于壳体1的左右两侧，用以沿前后方向推进所述壳体1，第三推进器2c和第四推进器2d也分别设置于壳体1的左右两侧，用以沿上下方向推进所述壳体1，所述第五推进器2e设置在壳体1的前后方向的一端，用以沿上下方向推进所述壳体1的前后方向的一端，上述推进器与控制器1c电连接，控制器1c可以对上述推进器中的一个或者几个分别进行控制。

第一推进器2a、第二推进器2b、第三推进器2c、第四推进器2d、第五推进器2e结构相同，均包括设置在壳体1的外侧且两端开口的筒体2e1、安装在筒体2e1内部的水下电机2e2以及设置在水下电机2e2的输出轴上的螺旋桨2e3，所述螺旋桨2e3的旋转轴线与所述筒体2e1的轴线共线，所述水下电机2e2与所述控制器1c电连接，通过控制螺旋桨2e3的正反转能够实现对壳体1的运动的控制。在所述筒体2e1的两端安装有防护网2e4以起到对水下电机2e2和螺旋桨2e3保护的作用。

具体的，所述移动模块2还包括浮潜控制模块2f，浮潜控制模块2f包括连通主体1内外且两端开口的浮潜筒2f1、可沿着浮潜筒2f1的轴线来回移动地设置在浮潜筒2f1内的浮潜活塞2f2以及带动活塞2f2沿着浮筒2f1的轴线来回动的直线驱动器2f3，所述浮潜筒2f1的下端开口位于壳体1的底部且与外界连通，通过控制浮潜活塞2f2在浮潜筒2f1中的位置，能够改变壳体1内空腔的体积，进而能够实现浮潜。当然，也可以采用现有技术中的其它方式来实现浮潜。

优选地，在所述壳体1内还安装有蓄电池1b，蓄电池1b用以为其它用电设备供电。在所述壳体1的外部还安装有与控制器1c电连接的多个声呐1e，多个声呐1e安装在壳体1的外部的不同位置，通过声呐1e能够对周围的障碍物进行检测。

优选地，在所述壳体1的前侧还设置有与控制器1c电连接的摄像头1f和照明灯1g，通过摄像头1f，能够对周边环境进行录制视频或者拍照，所述照明灯1g具有补光的作用。

优选地，在所述壳体1内还设置有通讯模块1d，通过通讯模块1d，控制器1c能够将检测到数据传输给工作人员，工作人员也可以通过通讯模块1d来对推进器、水质检测模块以及取样模块进行控制。还可以在控制器1c中集成GPS模块，通过GPS模块能够获取机器人的实时位置，特别是能够记录在检测到水质异常时能够及时地将检测点的位置进行记录。还可以在控制器1c集成导航模块，通过导航模块以及GPS模块，可以在控制器1c预先设定检测点，控制器1c能够自动地驱动机器人到达指定的检测点进行检测。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种用于河道区域水质检测的水下机器人的水质检测方法，所述水下机器人包括：

壳体，在所述壳体内安装有控制器；

移动模块，设置在所述壳体的外部且用以驱动水下机器人移动，与所述控制器电连接；

水质检测模块，设置在所述壳体上且用以对水质进行检测，其与所述控制器电连接；

GPS模块，集成在所述控制器，控制器至少能够在水质检测模块检测到水质异常时通过GPS模块获取检测点的位置信息；

其特征在于，所述水质检测模块包括：

检测箱，设置在壳体内，所述检测箱具有进水口和出水口，所述进水口通过进水管与壳体的外界连通，所述出水口通过出水管与壳体的外界连通，在进水管上沿着水流的方向依次设置有用以将进水管选择性地打开或者关闭的第一通止阀、用以将壳体外部的水经过进水管送入到检测箱内的水泵，在所述出水管上设置有用以将出水管选择性地打开或者关闭的第二通止阀，所述水泵、第一通止阀、第二通止阀与控制器电连接，在所述检测箱靠上的部位还设置有与壳体的外部连通的排气管，在所述排气管设置有防止壳体外部的水从排气管进入到检测箱内的单向阀和与控制器电连接的排气阀；

多个水质传感器，多个水质传感器分别与控制器电连接，并且多个水质传感器的检测端均插入到检测箱中；

所述检测箱为长条形箱体，其底部沿着长度方向倾斜，所述进水口设置在检测箱的顶部且位于底部较高的一端，所述出水口设置在检测箱的底部且位于底部较低一端；

所述水下机器人还包括设置在壳体内的取样模块，所述取样模块包括设置在壳体内的取样支架和设置在取样支架上的多个取样器，所述取样器包括：

取样管，其固定在取样支架上且两端开口，一端开口较小，另一端开口较大，并且在较小开口的一端设置有连接管，在所述检测箱的一侧设置有沿着检测箱的长度方向设置有多个取样口，所述取样口的数量与取样器的数量相同，每一个取样器的连接管插入到一个取样口中以使得取样管与检测箱连通；

活塞，可滑动地设置在取样管中；

每个取样器还包括活塞杆，所述活塞设置在活塞杆的一端，活塞杆的另一端从取样管的开口较大的一端伸出；

所述取样模块还包括取样解锁机构，所述取样解锁机构包括：

滑轨，支撑在所述壳体的内部且位于活塞杆的与所述活塞相反的一侧，其沿着所述检测箱的长度方向延伸；

滑条，可沿着所述检测箱的长度方向滑动地支撑在滑轨上，所述滑条能够移动到活塞杆与滑轨之间或者从活塞杆与滑轨之间移出，当滑条位于活塞杆与滑轨之间时，所述活塞抵靠在取样管的较小开口的一端上；

所述滑轨配置成在活塞从取样管掉落之前，所述活塞杆从取样管伸出的一端能够抵靠在滑轨上，在所述滑轨上对应每一个活塞杆的位置处设置有与控制器电连接的应变片，控制器通过所述应变片能够判断活塞杆是否抵靠在滑轨上进而确定取样是否完成；

所述取样解锁机构包括与控制器电连接的第一直线驱动器，控制器控制第一直线驱动器每次移动的距离配置为只允许从一个活塞杆与滑轨之间移出；

所述水质检测方法具体包括如下步骤：

步骤一：控制器控制移动模块驱动所述水下机器人移动到指定的检测点；

步骤二：到达检测点后，控制器控制第一通止阀、第二通止阀以及水泵打开并持续一段时间，同时排气阀关闭；

步骤三：控制器控制第二通止阀关闭，排气阀打开，水泵打开，并在持续一段时间后关闭水泵；

步骤四：控制器获取多个水质传感器的数据并判断水质是否异常；

步骤五：如果水质异常，控制器关闭排气阀、控制滑条移动一段距离以解锁一个活塞杆；

步骤六：打开水泵一段时间，完成取样；

步骤七：水下机器人移动到下一个检测点，继续执行步骤一-步骤六或者结束检测。

2.根据权利要求1所述的水质检测方法，其特征在于，所述取样支架包括：

取样托架，设置在检测箱的设置有取样口的一侧，在其上表面形成有与所述取样器相同数量的截面呈半圆形的第一凹槽，所述第一凹槽的直径与取样管的直径相吻合；

取样盖架，位于取样托架上方且与取样托架可拆卸地连接，在其下表面形成有与所述取样器相同数量的截面呈半圆形的第二凹槽，所述第二凹槽的直径与取样管的直径相吻合，相邻的第一凹槽的间距、相邻的第二凹槽的间距与相邻的所述取样口的间距相同。

3.根据权利要求1所述的水质检测方法，其特征在于，所述移动模块包括水下推进模块，所述水下推进模块包括第一推进器、第二推进器、第三推进器、第四推进器、第五推进器，第一推进器和第二推进器分别设置于壳体的左右两侧，用以沿前后方向推进所述壳体，第三推进器和第四推进器也分别设置于壳体的左右两侧，用以沿上下方向推进所述壳体，所述第五推进器设置在壳体的前后方向的一端，用以沿上下方向推进所述壳体的前后方向的一端，所述推进器均包括设置在壳体的外侧且两端开口的筒体、安装在筒体内部的水下电机以及设置在水下电机的输出轴上的螺旋桨，所述螺旋桨的旋转轴线与所述筒体的轴线共线，所述水下电机与所述控制器电连接，所述控制器能够对一个或者多个水下电机分别进行控制。

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