CN116929856A - 用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人及方法，属于水质监测机器人领域，包括装置本体，装置本体的底部设置有取样装置，取样装置包括安装壳，安装壳上开设有进水孔，安装内转动设置有取样器，取样器上设置有若干取样仓，每个取样仓上分别设置有取样孔，当取样器转动时，若干取样仓上的取样孔依次与进水孔重合，在取样器下方设置有底板。通过河水在不同深度时的压力变化不同，利用河水的压力变化来带动取样器在不同深度转动不同角度，从而使取样器内的不同取样仓能够采集到不同深度河水的水样，并且利用棘轮连接能够在采样完成后防止取样装置反向转动，避免了不同深度水样的相互混合污染，确保了取样的准确性。
Description
技术领域
本发明属于水质监测机器人领域，尤其是涉及用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人及方法。
背景技术
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。而无论人工排查或者抽干河道都需要耗费大量的人力和物力，并且排查速度慢。目前会通过水质取样机器人对水质进行取样检测，从而判断河水是否被排污以，但是一些城市污水的排污管道在河水较深处，现有的取样装置所采样本均是河面上层水样，难以采集到较深处河水的水样，利用取样瓶等传统的采样方式难以进行隔离，取样过程中会导致不同高度的水样交叉污染的情况，对监测结果造成影响。
因此需要我们设计出用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人及方法，来解决这些问题。
发明内容
本发明要解决的问题是提供用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人及方法，尤其适合对河水进行分层取样，避免取样过程中水样交叉污染。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人，包括装置本体，所述装置本体的底部设置有取样装置，所述取样装置包括安装壳，所述安装壳上开设有进水孔，所述安装壳内转动设置有取样器，所述取样器上设置有若干取样仓，每个取样仓上分别设置有取样孔，当所述取样器转动时，若干取样仓上的取样孔依次与所述进水孔重合，在所述取样器下方设置有底板，所述底板与所述安装壳固定连接，所述底板上固定设置有传动箱，所述传动箱的输出端固定设置有棘轮，所述棘轮与所述取样器相连，所述传动箱的输入端固定设置有连杆，在所述底板上还固定设置有压力管，所述压力管的一端密封，在所述压力管内设置有弹簧和活塞，所述活塞上固定设置有伸缩杆，所述伸缩杆的自由端与所述连杆固定连接。
优选的，所述压力管和所述伸缩杆均为弧形，且轴线的半径均相同，所述压力管的长度不超过所述伸缩杆的长度。
如此设置，能够匹配安装到底板的下方，且轴线半径相同的伸缩杆和压力管能够相互匹配。
优选的，所述传动箱上转动贯穿设置有输入杆，所述输入杆的一端与所述连杆相连，且另一端固定设置有驱动齿轮，所述传动箱上还转动贯穿设置有输出杆，所述输出杆的一端与所述棘轮相连，且另一端固定设置有输出齿轮，在所述传动箱内还设置有台阶齿轮，且所述驱动齿轮和所述输出齿轮均与所述台阶齿轮相啮合。
如此设置，能够利用不同齿数的齿轮相互配合来实现对取样装置转动角度的调整。
优选的，当所述驱动齿轮与所述输出齿轮的转速比为一比二时，所述安装壳上的所述进水孔为一个；当所述驱动齿轮与所述输出齿轮的转速比为一比一时，所述安装壳上的所述进水孔为两个，且两个所述进水孔沿所述安装壳顶面中心对称设置。
如此设置，传动比为一比二时在输入杆转动半圈时取样器能够转动一圈，如此时开设两个进水孔则会水样的交叉污染；若传动比为一比一时输入杆转动半圈则取样器也转动半圈，此时若只有一个进水孔则会导致取样器一半有水，从而导致重心偏移，导致取样器不能够保持平衡。
优选的，所述装置本体上设置有升降仓，所述升降仓内设置有绞盘和升降电机，所述升降电机的输出端与所述绞盘固定连接，所述绞盘缠绕有若干钢索，所述钢索的一端与所述绞盘固定连接，且另一端与所述取样装置固定连接。
如此设置，利用升降仓内的绞盘与升降电机能够实现对取样装置升降的控制。
优选的，所述取样器内固定设置有配重块，所述配重块的材质密度大于水的密度。
如此设置，可以在取样器没有进行取样时带动取样装置在喝水中下沉。
优选的，在所述装置本体内还设置有蓄电池、控制器和行走电机，所述蓄电池和所述行走电机均与所述控制器电连接，所述行走电机的输出端固定设置有螺旋桨，所述螺旋桨位于所述装置本体外侧，用于驱动装置本体移动。
如此设置，利用螺旋桨能够驱动装置本体在水中移动，并且设置两个螺旋桨能够实现对装置本体转向的控制。
优选的，在所述装置本体上还设置有监控器、警示灯、天线和太阳能光伏板，且所述监控器、所述警示灯、所述天线、所述太阳能光伏板和所述升降电机均与所述控制器电连接。
如此设置，通过监控器能够对周围环境进行记录，通过天线能够确保装置本体与外界的信号连接以及定位，通过警示灯能够通过闪烁进行提示，发生碰撞或其他意外，通过太阳能光伏板能够将太阳能转换为电能储存到蓄电池中，提升续航能力。
用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人的取样方法，包括以下步骤
S1、将装置本体放入城市内河中，装置本体在移动到需要取样的水域后停止；
S2、控制器控制升降电机转动，取样装置会沉入河水中对不同深度的水质进行取样；
S2-1、取样装置下沉时压力管外部的水压会升高，推动活塞向压力管内移动，利用连杆带动取样器转动；
S2-2、取样器转动时取样孔依次与进水孔重合，对不同深度的河水水质取样；
S3、取样完成后升降电机利用钢索将取样装置冲水中拉起，取样装置上升后压力管外部河水压力降低活塞会复位，通过棘轮连接的取样器不会在取样装置上移的过程中反向转动
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明通过河水在不同深度时的压力变化不同，利用河水的压力变化来带动取样器在不同深度转动不同角度，从而使取样器内的不同取样仓能够采集到不同深度河水的水样，并且利用棘轮连接能够在采样完成后防止取样装置反向转动，避免了不同深度水样的相互混合污染，确保了取样的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的整体结构轴测示意图；
图2是本发明的取样装置安装位置结构示意图；
图3是本发明的蓄电池与控制器安装位置示意图；
图4是本发明的升降仓内部结构示意图；
图5是本发明的取样装置结构示意图；
图6是本发明的取样装置和内部取样器的结构示意图；
图7是本发明的压力管与伸缩杆安装结构示意图；
图8是图4中的A处结构放大图。
附图标记说明如下：
1、装置本体；2、升降仓；3、绞盘；4、升降电机；5、监控器；6、警示灯；7、天线；8、取样装置；801、安装壳；802、底板；803、压力管；804、活塞；805、弹簧；806、密封塞；807、伸缩杆；808、连杆；809、传动箱；810、输入杆；811、驱动齿轮；812、台阶齿轮；813、输出齿轮；814、进水孔；815、取样器；816、取样孔；817、棘轮；818、配重块；819、输出杆；9、蓄电池；10、行走电机；11、螺旋桨；12、太阳能光伏板；13、控制器；14、钢索。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步说明：
实施例1：如图1-图8所示，用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人，包括装置本体1，装置本体1的底部设置有取样装置8，取样装置8包括安装壳801，安装壳801上开设有进水孔814，安装壳801内转动设置有取样器815，取样器815上设置有若干取样仓，每个取样仓上分别设置有取样孔816，当取样器815转动时，若干取样仓上的取样孔816依次与进水孔814重合，在取样器815下方设置有底板802，底板802与安装壳801固定连接，底板802上固定设置有传动箱809，传动箱809的输出端固定设置有棘轮817，棘轮817与取样器815相连，传动箱809的输入端固定设置有连杆808，在底板802上还固定设置有压力管803，压力管803的一端密封，在压力管803内设置有弹簧805和活塞804，活塞804上固定设置有伸缩杆807，伸缩杆807的自由端与连杆808固定连接。
如图7所示，压力管803和伸缩杆807均为弧形，且轴线的半径均相同，压力管803的长度不超过伸缩杆807的长度，如此设置能够匹配安装到底板802的下方，且轴线半径相同的伸缩杆807和压力管803能够相互匹配。
如图6所示，传动箱809上转动贯穿设置有输入杆810，输入杆810的一端与连杆808相连，且另一端固定设置有驱动齿轮811，传动箱809上还转动贯穿设置有输出杆819，输出杆819的一端与棘轮817相连，且另一端固定设置有输出齿轮813，在传动箱809内还设置有台阶齿轮812，且驱动齿轮811和输出齿轮813均与台阶齿轮812相啮合，如此设置能够利用不同齿数的齿轮相互配合来实现对取样装置8转动角度的调整。
具体的，当驱动齿轮811与输出齿轮813的转速比为一比二时，安装壳801上的进水孔814为一个；当驱动齿轮811与输出齿轮813的转速比为一比一时，安装壳801上的进水孔814为两个，且两个进水孔814沿安装壳801顶面中心对称设置，如此设置传动比为一比二时在输入杆810转动半圈时取样器815能够转动一圈，如此时开设两个进水孔814则会水样的交叉污染；若传动比为一比一时输入杆810转动半圈则取样器815也转动半圈，此时若只有一个进水孔814则会导致取样器815一半有水，从而导致重心偏移，导致取样器815不能够保持平衡。
如图4所示，装置本体1上设置有升降仓2，升降仓2内设置有绞盘3和升降电机4，升降电机4的输出端与绞盘3固定连接，绞盘3缠绕有若干钢索14，钢索14的一端与绞盘3固定连接，且另一端与取样装置8固定连接，如此设置利用升降仓2内的绞盘3与升降电机4能够实现对取样装置8升降的控制。
如图4所示，取样器815内固定设置有配重块818，配重块818的材质密度大于水的密度，如此设置可以在取样器815没有进行取样时带动取样装置8在喝水中下沉。
如图3所示，在装置本体1内还设置有蓄电池9、控制器13和行走电机10，蓄电池9和行走电机10均与控制器13电连接，行走电机10的输出端固定设置有螺旋桨11，螺旋桨11位于装置本体1外侧，用于驱动装置本体1移动，如此设置利用螺旋桨11能够驱动装置本体1在水中移动，并且设置两个螺旋桨11能够实现对装置本体1转向的控制。
如图1、图2所示，在装置本体1上还设置有监控器5、警示灯6、天线7和太阳能光伏板12，且监控器5、警示灯6、天线7、太阳能光伏板12和升降电机4均与控制器13电连接，如此设置通过监控器5能够对周围环境进行记录，通过天线7能够确保装置本体1与外界的信号连接以及定位，通过警示灯6能够通过闪烁进行提示，发生碰撞或其他意外，通过太阳能光伏板12能够将太阳能转换为电能储存到蓄电池9中，提升续航能力。
包括以下步骤：
S1、将装置本体1放入城市内河中，装置本体1在移动到需要取样的水域后停止；
S2、控制器13控制升降电机4转动，取样装置8会沉入河水中对不同深度的水质进行取样；
S2-1、取样装置8下沉时压力管803外部的水压会升高，推动活塞804向压力管803内移动，利用连杆808带动取样器815转动；
S2-2、取样器815转动时取样孔816依次与进水孔814重合，对不同深度的河水水质取样；
S3、取样完成后升降电机4利用钢索14将取样装置8冲水中拉起，取样装置8上升后压力管803外部河水压力降低活塞804会复位，通过棘轮817连接的取样器815不会在取样装置8上移的过程中反向转动
本实施例的工作过程：使用时首先将装置本体1放入城市内的河道中，然后装置本体1内的行走电机10启动通过螺旋桨11带动装置本体1在河道内移动，在移动时通过监控器5能够对周围环境进行记录，同时天线7能够确保装置本体1与外界的信号连接以及定位，警示灯6能够通过闪烁进行提示，发生碰撞或其他意外，而装置本体1上的太阳能光伏板12能够将太阳能转换为电能储存到蓄电池9中，提升续航能力。
当装置本体1移动到需要取样的位置后行走电机10停止转动，此时升降电机4转动带动绞盘3转动，绞盘3转动后钢索14被释放，此时取样装置8会在配重块818的作用下沉入水中，在取样装置8下沉的过程中，压力管803外侧的水压会逐渐升高，当压力管803外部水压超过压力管803内部气体压力和弹簧805弹力之后，水流会推动会塞向压力管803内移动，压力管803内的气体与弹簧805都会被压缩，伸缩杆807会缩入压力管803内，在伸缩杆807缩入压力管803时会通过连杆808带动输入杆810转动，因为压力管803和伸缩杆807的形状都为圆弧形，并且弧度不超过一百八十度，当传动箱809的输入杆810与输出杆819的传动比为一比二时，输入杆810转动半圈时输出杆819会转动一圈，输出杆819转动一圈后会通过棘轮817带动取样器815转动一圈，如此取样器815内的所有取样仓内都会采集到不同深度的水样；当传动箱809的输入杆810与输出杆819的传动比为一比一时，输入杆810转动半圈时输出杆819也会转动半圈，输出杆819转动半圈后会通过棘轮817带动取样器815转动半圈，所以为了确保取样器815的平衡性需要在安装壳801上开设两个对称的进水孔814，使取样器815上相对的两个取样仓同时对同一深度的水样进行采集。
在对不同深度的水样采集完成后升降装置会带动绞盘3反向转动，将钢索14再次缠绕到绞盘3上，并将取样装置8从水中拉出，在钢索14拉动取样装饰上移的过程中，压力管803外部的水压会逐渐降低，使弹簧805伸长推动活塞804反向移动，伸缩杆807会从压力管803内移出，并通过连杆808带动输入杆810反向转动，输入杆810反向转动时驱动齿轮811、台阶齿轮812和输出齿轮813都会反向转动，输出杆819也会带动棘轮817发生反向转动，而棘轮817在正向转动时会与取样器815连接，在反向转动时不会带动取样器815反向转动，如此避免了取样器815中取样仓内不同深度的水样在上移时相互影响，导致检测结果出现误差。
在装置本体1中安装有蓄电池9为装置本体1的整体正常工作进行供电，蓄电池9安装在装置本体1上内没入水中的部分，如此能够利用水为蓄电池9散热，避免蓄电池9因长时间工作导致温度过高而发生危险。
本实施例中需要注意的是，输入轴与输出轴的一比二传动比是通过不同齿数的驱动齿轮811、台阶齿轮812和输出齿轮813配合实现的，但是这样会出现东西的损失，所以在一比一传动时可以采用一根同轴直接对连杆808和棘轮817进行连接，如此能够减少一部分动力的损失。
其中，压力管803的另一端通过螺纹安装密封塞806，通过调节密封塞806的位置可以实现对弹簧805弹力的调节，能够取样装置8从不同深度开始进行取样，为了减少取样器815与安装壳801之间的摩擦，可以在取样器815与底板802之间安装压力轴承将滑动摩擦转换为滚动摩擦。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人，包括装置本体(1)，其特征在于：所述装置本体(1)的底部设置有取样装置(8)，所述取样装置(8)包括安装壳(801)，所述安装壳(801)上开设有进水孔(814)，所述安装壳(801)内转动设置有取样器(815)，所述取样器(815)上设置有若干取样仓，每个取样仓上分别设置有取样孔(816)，当所述取样器(815)转动时，若干取样仓上的取样孔(816)依次与所述进水孔(814)重合，在所述取样器(815)下方设置有底板(802)，所述底板(802)与所述安装壳(801)固定连接，所述底板(802)上固定设置有传动箱(809)，所述传动箱(809)的输出端固定设置有棘轮(817)，所述棘轮(817)与所述取样器(815)相连，所述传动箱(809)的输入端固定设置有连杆(808)，在所述底板(802)上还固定设置有压力管(803)，所述压力管(803)的一端密封，在所述压力管(803)内设置有弹簧(805)和活塞(804)，所述活塞(804)上固定设置有伸缩杆(807)，所述伸缩杆(807)的自由端与所述连杆(808)固定连接。
2.根据权利要求1所述的用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人，其特征在于：所述压力管(803)和所述伸缩杆(807)均为弧形，且轴线的半径均相同，所述压力管(803)的长度不超过所述伸缩杆(807)的长度。
3.根据权利要求1所述的用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人，其特征在于：所述传动箱(809)上转动贯穿设置有输入杆(810)，所述输入杆(810)的一端与所述连杆(808)相连，且另一端固定设置有驱动齿轮(811)，所述传动箱(809)上还转动贯穿设置有输出杆(819)，所述输出杆(819)的一端与所述棘轮(817)相连，且另一端固定设置有输出齿轮(813)，在所述传动箱(809)内还设置有台阶齿轮(812)，且所述驱动齿轮(811)和所述输出齿轮(813)均与所述台阶齿轮(812)相啮合。
4.根据权利要求3所述的用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人，其特征在于：当所述驱动齿轮(811)与所述输出齿轮(813)的转速比为一比二时，所述安装壳(801)上的所述进水孔(814)为一个；当所述驱动齿轮(811)与所述输出齿轮(813)的转速比为一比一时，所述安装壳(801)上的所述进水孔(814)为两个，且两个所述进水孔(814)沿所述安装壳(801)顶面中心对称设置。
5.根据权利要求1所述的用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人，其特征在于：所述装置本体(1)上设置有升降仓(2)，所述升降仓(2)内设置有绞盘(3)和升降电机(4)，所述升降电机(4)的输出端与所述绞盘(3)固定连接，所述绞盘(3)缠绕有若干钢索(14)，所述钢索(14)的一端与所述绞盘(3)固定连接，且另一端与所述取样装置(8)固定连接。
6.根据权利要求1所述的用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人，其特征在于：所述取样器(815)内固定设置有配重块(818)，所述配重块(818)的材质密度大于水的密度。
7.根据权利要求5所述的用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人，其特征在于：在所述装置本体(1)内还设置有蓄电池(9)、控制器(13)和行走电机(10)，所述蓄电池(9)和所述行走电机(10)均与所述控制器(13)电连接，所述行走电机(10)的输出端固定设置有螺旋桨(11)，所述螺旋桨(11)位于所述装置本体(1)外侧，用于驱动装置本体(1)移动。
8.根据权利要求7所述的用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人，其特征在于：在所述装置本体(1)上还设置有监控器(5)、警示灯(6)、天线(7)和太阳能光伏板(12)，且所述监控器(5)、所述警示灯(6)、所述天线(7)、所述太阳能光伏板(12)和所述升降电机(4)均与所述控制器(13)电连接。
9.用于监测城市污水对内河水质污染的取样机器人的取样方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将装置本体放入城市内河中，装置本体在移动到需要取样的水域后停止；
S2、控制器控制升降电机转动，取样装置会沉入河水中对不同深度的水质进行取样；
S2-1、取样装置下沉时压力管外部的水压会升高，推动活塞向压力管内移动，利用连杆带动取样器转动；
S2-2、取样器转动时取样孔依次与进水孔重合，对不同深度的河水水质取样；
S3、取样完成后升降电机利用钢索将取样装置从水中拉起，取样装置上升后压力管外部河水压力降低活塞会复位，通过棘轮连接的取样器不会在取样装置上移的过程中反向转动。
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