CN202120124U

CN202120124U - 智能机动水质采样机器人

Info

Publication number: CN202120124U
Application number: CN2011200616852U
Authority: CN
Inventors: 王铭钰; 张云飞; 成亮; 张祚
Original assignee: Zhuhai Yunzhou Intelligence Technology Ltd
Current assignee: Jiangsu Yunzhou Intelligent Technology Co.,Ltd.; Zhuhai Yunzhou Intelligence Technology Ltd
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2021-03-10

Abstract

本实用新型涉及一种智能机动水质采样机器人，其包括船体和设在船体上的驱动装置、控制及导航装置、采样装置及避障装置，所述控制装置与驱动装置、采样装置及避障装置电路连接，并实现自动采样和对船体的自动导航。本实用新型体积小、重量轻，且采用电力，相比大型船，不仅节约了能耗，也节省了人力；而且价格便宜，大大降低了使用的门槛；可应用于日常简单的水质采样、应急水质采样以及危险情况下的水质采样，简便、迅速。

Description

智能机动水质采样机器人

技术领域

本实用新型涉及水面机器人装置及其导航方法，尤其是一种带有自动控制装置的小型水面机器人装置，以及小型水面机器人自适应水流优化导航方法。

背景技术

目前水质监测主要靠在线监测与采样后送至实验室测量。传统的采样方法主要有两种。一种方式是工作人员划船到规定地方采样，由于水库很大，每次监测只靠肉眼和参照物定位，准确度很差，如遇刮风、大雨还会给工作人员带来危险；另一方面，划船采样工作量大，存在相当一部分工作人员违规简化操作的情况，而这种情况又难以被有效监督；这种方法还费时费力，效率低下，工序繁琐造成采样质量难以保证且采样频率低，无法及时发现水污染问题，是近些年来各种大型水污染事故频发的重要原因之一。另一种方法是，使用大型船采样，这类船只虽然功能全面，但价格昂贵，需要大量的专业人才操作及维护，另外这类船只一般都使用燃油动力，本身对水质有一定的污染，并且大船开动时对水面搅动很大，影响水样的真实性。

在专利号为ZL97246477.8的中国实用新型专利中，所述采样船虽然能够实现采样，但采样功能简单，只能进行单次单瓶采样。并且只能人工遥控采样。在大面积水域采样时，大量的采样是超视距的，人工控制无法实现。在申请号为200710158240.4的中国实用新型专利申请中，所述无人船虽然能自主航行及采样，但遗憾的是，该无人船不具备避障、抗翻覆等能力，只能在非常简单的水面环境中才能使用。但这样的船已经无法应付现今日益复杂的水面情况。在申请号为201010168446.7的专利中，所述机器人的采样功能复杂，本实用新型机构更精简，机器人更轻，更有利于在突发水质事件中的快速反应。

实用新型内容

本实用新型是结合国家在《地表水和污水监测技术规范HJ/T 91—2002》、《水质采样技术指导GB12998-91》、《水质采样方案设计技术规定GB12997-91》、《水质自动采样器技术要求及监测办法HJ/T 372-2007》，《水质采样样品的保存和管理技术规定GB12999-91》、《生活饮用水水标准检验方法水样的采集与保存GB/T 5750.2-2006》中的相关规定，并参考实际采样部门在实践中遇到的问题进行设计，是一种功能齐备，重量轻，速度快，机动性好，操作人性化的采样设备，其可进行日常简单的水质采样、应急水质采样以及危险情况下的水质采样。

本实用新型的目的是通过采用以下技术方案来实现的：

一种智能机动水质采样机器人，其包括船体和设在船体上的驱动装置、控制及导航装置、采样装置及避障装置，所述控制及导航装置包括中央控制器及辅助航行传感器、通讯模块，该中央控制器及辅助航行传感器包括一中央处理单元、电子罗盘、角速度传感器、加速度传感器及GPS卫星定位传感器，其中，电子罗盘、角速度传感器、加速度传感器及GPS卫星定位传感器，均与中央处理单元电路连接；所述通讯模块包括GPRS模块及数字无线传输模块，其均与中央处理单元电路连接，并通过无线信号与地面基站或手持基站信号连接；所述驱动装置包括电路连接的电池组和一推进器；所述采样装置包括采样管收放杆机构、设置于收放杆机构上的采样管、采样管顺序连接蠕动泵及多个电动阀，每一电动阀连接一采样瓶；所述避障装置包括激光测距传感器、LED高亮警示器、警示喇叭及摄像头及无线视频传输模块；所述控制装置与驱动装置、采样装置及避障装置电路连接，并实现自动采样和对船体的自动导航。

作为本实用新型优选的技术方案，所述中央控制单元为单片机，所述电子罗盘、角速度传感器、加速度传感器、GPS卫星定位传感器，其中，电子罗盘、角速度传感器、加速度传感器均通过单片机的SPI接口与单片机电路连接。GPS卫星定位传感器、GPRS模块及数字无线传输模块通过串行接口与单片机电路连接，该智能机动水质采样机器人通过GPRS模块与地面基站无线通讯连接。

作为本实用新型优选的技术方案，每一采样瓶下端设置一称重传感器。

作为本实用新型优选的技术方案，所述电动阀为三通两位阀，存在左中通和右中通两种状态，每一电动阀都是从右端出水，中间入水，左路连接采样瓶。

作为本实用新型优选的技术方案，所述收放杆机构包括一与电池组电路连接的电动推杆、一端与电动推杆的铰接的一传动杆、传动杆另一端刚性连接的一采样杆，以及分别铰接于电动推杆尾端及传动杆中部的二固定铰链，该二固定铰链将收放杆机构固定于船体上，采样杆连接采样管，电动推杆可伸缩，通过传动杆带动采样杆转动，从而带动采样管在水中上升或下降。

作为本实用新型优选的技术方案，所述推进器包括均与电池组电路连接的推进电机和转向机构，所述转向机构为舵机，推进电机与舵机通过刚性杆刚性连接。

作为本实用新型优选的技术方案，所述船体为单体船、双体船或多体船。

相对于本实用新型的有益效果是：

1、配有多个采样瓶，能够实现单次多点采样，并且每个采样瓶的瓶盖具有单独的开关设计，采样瓶的个数可以任意扩展。

2、配有无限视频传输装置，对于水面情况复杂且在视距范围外的采样任务，能够实现人工远程控制辅助避障，确保采样机器人的安全。

3、配有LED高亮警示器6及警示喇叭4，使得体积较小的采样机器人在工作状态时，可有效警示水面航行的其他船只，避免误撞事件发生。

4、配有数字无线传输模块，与采样机器人无线通讯连接，能够实现实时遥控。

5、收放杆机构的应用使得本实用新型可应用于日常简单的水质采样、应急水质采样以及危险情况下的水质采样，简便、迅速。

6、本实用新型智能机动水质采样机器人体积小、重量轻，且采用电力，相比大型船，不仅节约了能耗，也节省了人力；而且价格便宜，大大降低了使用的门槛。

7、本实用新型智能机动水质采样机器人通过GPRS通讯模块能够与地面基站数据通讯。实现网络化管理，有效监督采样过程的规范性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型电动阀与采样瓶连接原理示意图；

图3是本实用新型收放杆机构结构示意图；

图4是本实用新型推进器结构示意图。

图中：1.测距传感器，2. 中央控制器及辅助航行传感器，3. 摄像头及无线视频传输模块，4. 警示喇叭，5. 通讯模块，6，LED高亮警示器，7. 蠕动泵，8. 电动阀，9. 称重传感器，10. 推进器，11.船体，12.收放杆机构，15.采样管，16.采样瓶，18.电池组。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1至图4所示，智能机动水质采样机器人，包括船体11和设在船体11上的驱动装置、控制及导航装置、采样装置、避障装置。所述控制及导航装置包括中央控制器及辅助航行传感器2、通讯模块5，该中央控制器及辅助航行传感器2包括一作为中央处理单元的单片机、电子罗盘、角速度传感器、加速度传感器及GPS卫星定位传感器，其中，电子罗盘、角速度传感器、加速度传感器均通过单片机的SPI接口与单片机电路连接；GPS卫星定位传感器通过串行接口与单片机电路连接。所述通讯模块5包括GPRS模块及数字无线传输模块，其均通过单片机的串行接口与单片机电路连接，并通过无线信号与地面基站或手持基站信号连接。

所述驱动装置包括电池组18和推进器10。所述采样装置包括采样管收放杆机构12、设置于收放杆机构12上的采样管15、采样管15顺序连接蠕动泵7及多个电动阀8，每一电动阀8连接一采样瓶16，每一采样瓶16下端设置一称重传感器9。所述避障装置包括激光测距传感器1、LED高亮警示器6、警示喇叭4及摄像头及无线视频传输模块3，摄像头及无线视频传输模块3用于在超视距情况下，人工通过实时传输至总控制台或地面控制台的视频信息遥控机器人完成采样任务，同时关闭机器人的自动控制功能。所述控制及导航装置与驱动装置、采样装置及避障装置电路连接，并实现自动采样和对船体11的自动导航。所述电池组18为本实施例的智能机动水质采样机器人的总电源。

如图1及图2所示，所述电动阀8为三通两位阀，存在左中通和右中通两种状态。每一电动阀8都是从右端出水，中间入水，左路连接采样瓶16，当全部电动阀8都是右中通状态时，此时清洗管路，无死角；当需要单独采入某一个采样瓶16时，则连接该采样瓶16的电动阀8为左中通，如此能够实现高质量的水样分流，蠕动泵7的作用是抽取水样。

如图1及图3所示，所述收放杆机构12包括一与电池组18电路连接的电动推杆121、一端与电动推杆121的铰接的一传动杆122、传动杆122另一端刚性连接的一采样杆123，以及分别铰接于电动推杆121尾端及传动杆122中部的二固定铰链124、125，该二固定铰链124、125将收放杆机构12固定于船体11上，采样杆123连接采样管15。电动推杆121可伸缩，通过传动杆122带动采样杆123转动，从而带动采样管15在水中上升或下降。

如图4所示，所述推进器10包括均与电池组18电路连接的推进电机102和转向机构，所述转向机构为舵机101，推进电机102与舵机101通过刚性杆103刚性连接。

本实施例中，船体11为双体船，其还可为单体船或多体船。

本实施例中，LED高亮警示器6在智能机动水质采样机器人开始工作时即开启，其作用是对水面航行的其他船只进行警示，避免其他船只误撞采样机器人。

本实施例中，所述中央控制单元不限于单片机，其还可为其他智能控制装置，例如：工控机，计算机等。

Claims

1.一种智能机动水质采样机器人，其特征在于，包括船体和设在船体上的驱动装置、控制及导航装置、采样装置及避障装置，所述控制及导航装置包括中央控制器及辅助航行传感器、通讯模块，该中央控制器及辅助航行传感器包括一中央处理单元、电子罗盘、角速度传感器、加速度传感器及GPS卫星定位传感器，其中，电子罗盘、角速度传感器、加速度传感器及GPS卫星定位传感器，均与中央处理单元电路连接；所述通讯模块包括GPRS模块及数字无线传输模块，其均与中央处理单元电路连接，并通过无线信号与地面基站或手持基站信号连接；所述驱动装置包括电路连接的电池组和一推进器；所述采样装置包括采样管收放杆机构、设置于收放杆机构上的采样管、采样管顺序连接蠕动泵及多个电动阀，每一电动阀连接一采样瓶；所述避障装置包括激光测距传感器、LED高亮警示器、警示喇叭及摄像头及无线视频传输模块；所述控制装置与驱动装置、采样装置及避障装置电路连接，并实现自动采样和对船体的自动导航。

2.根据权利要求1所述的智能机动水质采样机器人，其特征是：所述中央控制单元为单片机，所述电子罗盘、角速度传感器、加速度传感器、GPS卫星定位传感器，其中，电子罗盘、角速度传感器、加速度传感器均通过单片机的SPI接口与单片机电路连接；GPS卫星定位传感器、GPRS模块及数字无线传输模块通过串行接口与单片机电路连接，该智能机动水质采样机器人通过GPRS模块与地面基站无线通讯连接。

3.根据权利要求1所述的智能机动水质采样机器人，其特征是：每一采样瓶下端设置一称重传感器。

4.根据权利要求1所述的智能机动水质采样机器人，其特征是：所述电动阀为三通两位阀，存在左中通和右中通两种状态，每一电动阀都是从右端出水，中间入水，左路连接采样瓶。

5.根据权利要求1所述的智能机动水质采样机器人，其特征是：所述收放杆机构包括一与电池组电路连接的电动推杆、一端与电动推杆的铰接的一传动杆、传动杆另一端刚性连接的一采样杆，以及分别铰接于电动推杆尾端及传动杆中部的二固定铰链，该二固定铰链将收放杆机构固定于船体上，采样杆连接采样管，电动推杆可伸缩。

6.根据权利要求1所述的智能机动水质采样机器人，其特征是：所述推进器包括均与电池组电路连接的推进电机和转向机构，所述转向机构为舵机，推进电机与舵机通过刚性杆刚性连接。