CN202583169U

CN202583169U - 一种水面污染检测及跟踪机器人

Info

Publication number: CN202583169U
Application number: CN2012202223528U
Authority: CN
Inventors: 马炼堪; 马学品
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-05-17

Abstract

本实用新型公开了一种水面污染检测及跟踪机器人，包括壳体，在壳体的下部设有螺旋桨推进装置、水质监测感应部件和取样导管；在壳体的上部设有视频采集装置、避障装置、报警装置和充电口；在壳体内设有控制系统、通讯系统、与取样导管配合的自动取样装置和蓄电池；所述螺旋桨推进装置、水质监测感应部件、视频采集装置、避障装置、报警装置、通讯系统、自动取样装置均与所述控制系统连接，所述蓄电池为各装置提供电力。本实用新型是一种自动化和信息化程度高的机器人，可以遥控或自主工作，实现对水污染的在线自动监测，广泛用于水污染监测和污染带的追踪与预警。

Description

一种水面污染检测及跟踪机器人

技术领域

本实用新型属于水污染检测装置，具体涉及一种水面污染检测及跟踪机器人。

背景技术

突发性环境污染事故是威胁人类健康、破坏生态环境的重要因素，其巨大危害性制约着生态环境平衡及经济、社会的可持续发展。当前，我国正处在国民经济迅速发展时期，随着工农业生产的扩张和资源能源消耗量的剧增，突发性环境污染事故发生的频率也大大增加。在事故发生后如何及时有效地应对处理，最大限度地降低其对环境和人体健康的危害，甚至已成为全世界范围内极为关注的问题之一。同时如何有效地预防、减少以致消除突发性环境污染事故，是摆在我们面前急需解决的课题。预防第一，在处理突发性水污染事故时关键是要第一时间识别污染，且迅速了解污染团的位置及波及范围，且做好自动追踪定位，但是人工监测的方式难以达到这个要求。而且传统的人工采样监测手段具有很大的随意性，并且判断污染带的扩散和迁移过于依赖经验，很难真实的反映水污染的状况及其扩散和迁移情况，造成下游城市不能科学、高效的应对水污染事故，造成不必要的恐慌和经济损失。

通常对水污染的检测主要依靠地表水自动监测站和检测船。地表水自动监测站通常需要较高的建设投资和运行维护费用，而且其难以对污染带的迁移和扩散进行准确的预测，而监测船同样需要较高的费用，且无法实现对水污染的在线自动监测，难以大量应用于水污染监测和污染带的追踪与预警。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自动化和信息化程度高，可以遥控或自主工作的水面污染检测及跟踪机器人。

实现本实用新型目的采用的技术方案如下：

水面污染检测及跟踪机器人，包括壳体，在壳体的下部设有螺旋桨推进装置、水质监测感应部件和取样导管；在壳体的上部设有视频采集装置、避障装置、报警装置和充电口；在壳体内设有控制系统、通讯系统、与取样导管配合的自动取样装置和蓄电池；所述螺旋桨推进装置、水质监测感应部件、视频采集装置、避障装置、报警装置、通讯系统、自动取样装置均与所述控制系统连接，所述蓄电池为所述控制系统、螺旋桨推进装置、水质监测感应部件、视频采集装置、避障装置、报警装置、通讯系统、电机、自动取样装置提供电力。

所述壳体采用玻璃钢制作的飞碟状，分为活动组合的上下壳体两部分。

所述螺旋桨推进装置为三台按平面120°夹角布置。

所述视频采集装置采用有线摄像头和无线摄像头的双摄像头系统。

所述水质监测感应部件包括PH值传感器、溶解氧传感器和电导率测定仪等其它水质污染检测传感器。

所述避障装置采用超声波测距仪及其它避障装置。

所述自动取样装置包括卷绕在管盘上的取样软管、驱动管盘转动的电机、连接取样软管一端的水泵、与水泵出水管衔接的样盘、设在样盘上的若干样瓶、与样盘连接的电机。

所述壳体上可以设置太阳能电池板。

本实用新型各个功能部件和装置都通过控制系统控制实现其功能。飞碟状的壳体作为浮体承载各部件和装置，具有较好的抗风抗浪性、稳定性和有灵活的转向性。壳体采用活动组合的上下壳体两部分，上壳体可以打开，便于取样、安装和维护设备。螺旋桨推进装置作为机器人的运动的动力，三台螺旋桨推进装置可以通过矢量组合来控制机器人在任意方向的运动。水质监测感应部件用于对水质进行检测。视频采集装置可以对水面污染情况进行图像采集，及时了解实时环境信息。通讯系统用IIC结构作为数据传输的控制源，可以整合GPS（全球定位系统）和GPRS（通用分组无线业务）进行远程信息传输，及时了解实时环境信息并通过控制系统对机器人进行适时的操控，或者由软件自动控制自主工作。自动取样装置可根据指令自行取水样。避障装置的设置是为了机器人在运动时能够自动避开障碍物，避免设备损坏。视频采集装置的有线摄像头和无线摄像头分别用于监控中心距机器人的远距离工作和近距离工作，远程监测时用GPRS无线数传系统传输照片，而近距离工作时用无线电传输实时视频信息。报警装置当机器人根据检测到水污染情况进行报警或解除报警。充电口用于外接电源为蓄电池充电。太阳能电池板为蓄电池提供电能。

本实用新型的特点：

1、新颖的污染监测方式

采用机器人自动跟踪污染物边界同时利用GPS定位的方式来确定动态污染物的具体位置和范围。

2、新颖的取样功能

全自动的水样采取，机器人能够采用无人驾驶技术按照预定的路线找到水样采集点，自动抽取水样，最后自动携带水样返回到监测站。

3、新颖的运动方式

机器人采用3个互成120度角的马达推进，通过不同的矢量组合来实现机器人任意方向的水平运动。

4、新颖的外壳设计

仿不倒翁的原理设计为飞碟的浮体并降低重心，这样具有较好的抗风浪性能，并能更好的适应机器人的任意方向的水平运动。

本实用新型是一种自动化和信息化程度高的机器人，可以遥控或自主工作，实现对水污染的在线自动监测，广泛用于水污染监测和污染带的追踪与预警。

下面结合附图进一步说明本实用新型的技术方案。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中的自动取样装置示意图。

图3是本实用新型的使用状态示意图。

图4是本实用新型的另一种结构示意图。

具体实施方式

参见图1—图3，水面污染检测及跟踪机器人，包括一壳体，壳体采用玻璃钢制作的飞碟状，分为活动组合的上壳体2和下壳体1两部分，在下壳体1的下部设有三台按平面120°夹角布置的螺旋桨推进装置，螺旋桨推进装置包括螺旋桨7及其电机16、水质监测感应部件和取样导管，水质监测感应部件包括PH值传感器8、溶解氧传感器12和电导率测定仪13（还可根据需要采用其它水质监测感应部件），取样导管11一端朝向下壳体1外，一端在下壳体1内具有超过吃水线的高度，可防止水倒灌；在上壳体2的上部设有视频采集装置3、避障装置5、报警装置4和充电口14，视频采集装置3采用有线摄像头和无线摄像头的双摄像头系统，避障装置5采用超声波测距仪（也可采用红外线等其它常规的避障装置），报警装置4采用报警灯；在下壳体1内设有控制系统6、通讯系统15、与取样导管11配合的自动取样装置10和蓄电池9；所述水质监测感应部件、视频采集装置3、避障装置5、报警装置4、通讯系统15、电机16、自动取样装置10均与所述控制系统6连接，所述蓄电池9为所述控制系统6、螺旋桨推进装置、水质监测感应部件、视频采集装置3、避障装置5、报警装置4、通讯系统15、自动取样装置10提供电力。

自动取样装置10（参见图2），包括卷绕在管盘102上的取样软管101、驱动管盘102转动的步进电机109、通过进水管103连接取样软管101一端的水泵104、与水泵出水管105衔接的样盘107、设在样盘107上的若干样瓶106、与样盘107连接的步进电机108。

本实用新型的另一种结构见图4，它是在下壳体1上设置太阳能电池板17，太阳能电池板17产生的电能由蓄电池9储存。

本实用新型机器人主要应用于比效平静的湖面，水库，池塘上,进行水面污染团图测绘预警。机器人跟踪主要是在河流中进行的,河流宽度至少应大于2M。进行正常工作时,在河流中检测需要两台机器人,一台机器人在河水污染段的源头,另一台机器人在河水污染尾端段，都是用来进行污染段预警跟踪的。该机器人的防风性能较好，且水不会进入机箱；同时，也可以在0.3M左右的浪花下正常工作；该机器人也能在大于1.5M的水域中运行。

机器人上的水质监测感应部件、视频采集装置3、避障装置5、报警装置4、螺旋桨推进装置、自动取样装置10均由控制系统6经通讯系统15通过GPS（全球定位系统）和GPRS（通用分组无线业务）与环境监控中心进行远程信息传输，环境监控中心可及时了解实时环境信息并通过控制系统对机器人进行适时的操控，或者机器人由软件自动控制自主工作。

水质检测系统分为3个部分：监控中心、现场控制端和机器人。当机器人检测到水质变化后，主动通过通讯系统与监控中心建立通信连接，连接成功后，将测量的数据传输到监控中心，监控中心对收到的数据进行处理；另一方面机器人将自动调整运动方向，或根据监控中心发来的命令调整如何作业。当机器人无法通过GPRS网络与监控中心联系时，将切换到GSM网络模式下，以短消息的方式和监控中心连接，或用户直接发送短消息给机器人进行控制。

监控中心主要为监控服务器。监控服务器有固定的IP地址。时刻监听机器人端的连接请求，并进行相应的数据处理。

现场控制端为两种方式。其一，由一台PC和GPRS拓展板组成，他们通过串口进行连接，其主要任务是实现网络用户端和机器人实现点对点的连接。其二，一台普通手机，手机通过发送短消息给机器人，对机器人进行控制和数据的采集。

机器人上的通讯系统包括GPRS通信模块、无线传输模块和GPRS拓展板。GPRS通信模块主要功能是监控中心传送所检测到的各种数据，并接收监控中心下达的命令，根据命令做相应程序。无线传输模块采用Skyworks的GPRS模块ZTG201（如图4.13），支持数据、语音、短消息和GPRS业务。GPRS拓展板的主要功能是实现现场控制端和机器人点对点的连接，实现数据的透明传输。

机器人的操作方式:

1、当没有发现水污染的情况下，机器人先是按照预置路线进行巡游检测，再奔赴采样点进行取样过程，再按照操作软件中规定的路线进行水面自动检测。

2、该机器人采用超声波测距仪进行检测机器人周围的船只等障碍物。

3、巡游时如果发现首个污染边界,机器人要经过各类传感器的分析,将数据采集传送到监控中心,进行及时取样并自动返回到监控中心进行送样检测，根据规定路径再次依照污染边界进行巡游，在监控中心的主机上得出相应的逻辑位置,测绘出污染团图。

4、当机器人巡游到某一点时,监控中心发送停止巡游信息,机器人停止对当前污染团的边界跟踪,然后再一次按照规定路径进行巡游.根据监控中心测绘污染团图的形状及时间推算出污染团的大概扩散速度。

5、依照操作软件所设定的路径在河流污染边界进行报警和跟踪，同时也为了确保机器人跟踪在污染段的最顶峰，运用了闭环反馈自动控制技术，跟踪污染段前锋时如果机器人判断出在污染物中，则机器人向水流方向提速运动，直到冲出污染物后向反方向运行，等再次检测到污染物后又提速以冲出污染物，如此在污染段前锋边界反复一前一后的运动来达到锁定前锋的效果。

Claims

1.一种水面污染检测及跟踪机器人，其特征是包括壳体，在壳体的下部设有螺旋桨推进装置、水质监测感应部件和取样导管；在壳体的上部设有视频采集装置、避障装置、报警装置和充电口；在壳体内设有控制系统、通讯系统、与取样导管配合的自动取样装置和蓄电池；所述螺旋桨推进装置、水质监测感应部件、视频采集装置、避障装置、报警装置、通讯系统、自动取样装置均与所述控制系统连接，所述蓄电池为所述控制系统、螺旋桨推进装置、水质监测感应部件、视频采集装置、避障装置、报警装置、通讯系统、电机、自动取样装置提供电力。

2.根据权利要求1所述的水面污染检测及跟踪机器人，其特征是所述壳体采用玻璃钢制作的飞碟状，分为活动组合的上下壳体两部分。

3.根据权利要求2所述的水面污染检测及跟踪机器人，其特征是所述螺旋桨推进装置为三台按平面120°夹角布置。

4.根据权利要求1—3所述任一的水面污染检测及跟踪机器人，其特征是所述自动取样装置包括卷绕在管盘上的取样软管、驱动管盘转动的电机、连接取样软管一端的水泵、与水泵出水管衔接的样盘、设在样盘上的若干样瓶、与样盘连接的电机。

5.根据权利要求4所述的水面污染检测及跟踪机器人，其特征是所述壳体上设置有太阳能电池板。