CN213740942U - 一种动态浮油采集机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及水面浮油去除装置领域，公开了一种动态浮油采集机器人，用于在水上行进收集浮油，包括船身和设置于船身前端用于收集水面浮油的集油机构，设置于船身内用于分离所述集油机构所收集油污的油水分离机构，以及为机器人行进提供动力的推进装置；推进装置包括第一推进机构和第二推进机构，第一推进机构包括设置于船身尾部中间位置的第一推进器以及驱动第一推进器的第一驱动机构，第二推进机构包括对称设置于船身下方两侧的两个第二推进器以及驱动第二推进器的第二驱动机构。本申请通过集油机构、油水分离机构和推进机构的配合使机器人再具有浮油的水域运动并同时完成浮油的收集，提高对水面的覆盖面积并充分收集浮油。

Description

一种动态浮油采集机器人

技术领域

本申请涉及水面浮油去除装置领域，具体涉及一种动态浮油采集机器人。

背景技术

目前，船舶在江河湖泊甚至海面等水面上由于事故造成漏油后，容易造成水体污染和水中生物死亡，此外，生活污水的随意排放也会造成水面浮油过多导致的水体污染。而在水面浮油的清理过程中，由于油污在水面上四处飘散，难以进行集中的清理，且清理时由于浮油在水面的聚集性差，收集效率低、效果差。因此，随着科技的发展，越来越多的浮油采集装置开始出现，而现有的大多数采集装置都是静态吸附装置，不仅对四处飘散的浮油采集效果差，在很长的工作时间内也只能收集很少的浮油，工作效率低。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的采用静态吸附的方式处理浮油时的采集不充分，效率低等问题，本申请提供一种依靠采集装置在水面上不断运动以覆盖浮油所在水域完成采集的动态浮油采集机器人。

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

一种动态浮油采集机器人，用于在水上行进收集浮油，包括船身，还包括设置于所述船身前端用于收集水面浮油的集油机构，设置于所述船身内用于分离所述集油机构所收集油污的油水分离机构，以及为所述机器人行进提供动力的推进装置；所述推进装置包括第一推进机构和第二推进机构，所述第一推进机构包括设置于船身尾部中间位置的第一推进器以及驱动所述第一推进器的第一驱动机构，所述第二推进机构包括对称设置于船身下方两侧的两个第二推进器以及驱动所述第二推进器的第二驱动机构，所述机器人行进时，第一推进器和第二推进器均位于水面以下。

本方案提供的动态浮油采集机器人是利用该机器人在水面上行进对水面浮油进行采集的装置，推进装置为机器人的行进提供条件，使机器人在有浮油的范围内行进，集油机构负责在行进过程中采集浮油，同时，集油机构与油水分离机构连接，使集油机构采集的油水混合物进入油水分离机构，油水分离机构在储存油水混合物的同时，将油和水分离，便于后续对浮油和水进行分别排放处理。

此外，本方案中的推进装置由多个推进器组成，其中，第一推进器由于设置在船身尾部的中间位置，只能提供使机器人前行的动力，而两个位于船身两侧的第二推进器不仅能为船身提供行进的动力，还能防止船身侧翻，提高机器人在水上行进的稳定性。

进一步的，所述第二推进机构包括两个独立供电并分别连接两个第二推进器的第二驱动机构。为了充分发挥第二推进机构的作用，分布于船身两侧的两个第二推进器受到独立的驱动控制，当第二推进机构仅需要发挥推进机器人前行的作用时，两个推进器保持同速转动；当机器人需要转向时，两个与第二推进器连接的驱动机构分别提供不同的驱动力使两个第二推进器以不同的速度运转或仅其中一个推进器运转。

进一步的，所述机器人还包括检测模块和控制模块，所述检测模块包括激光测距传感器和超声波水深探测器，所述激光测距传感器和超声波水深探测器分别与所述控制模块连接，所述控制模块连接并控制第一驱动机构和第二驱动机构；所述控制模块包括主控制单元以及与主控制单元连接的数据处理单元、数据传输单元和电源单元。

机器人上设置检测模块和控制模块可以实现采集机器人在水面的自动行进，激光测距传感器检测机器人前方的障碍物以及水域边界，使机器人在行进时避开障碍物并在触及边界时及时转向，超声波水深探测器对船身下方的水深进行检测，避免机器人在水深分布不均匀的水域工作时行进至水深不足的地方导致搁浅。控制模块中电源单元为检测模块和控制模块中的各个单元供电，数据传输单元将激光测距传感器和超声波水深探测器的检测数据传输至数据处理单元，数据处理单元通过计算后将结果反馈至主控制单元，由主控制单元将控制信息传输至驱动机构，从而控制机器人的行进方向。

进一步的，所述集油机构包括：对称设置于船体两侧并向船身前方延伸的推油板，所述推油板下边缘在船体空载时位于水平面下方，推油板的上边缘在船体满载时位于水平面上方；转动设置于两块对称设置的推油板之间且靠近所述船体一端的集油筒；以及贴合集油筒外表面用于刮除集油筒表面的浮油的刮油板。

本方案提供的集油装置使得机器人移动时，推油板随之运动，由于油的密度比水低，始终浮于水面，随着推油板的运动，水不断进入船体两侧推油板之间然后从船体下方流走，而水面浮油不断堆积在两个推油板之间，油膜厚度增加，使集油筒能吸附更多浮油并通过集油筒的转动和刮油板的作用将聚集吸附的浮油刮下，被刮油板刮下的浮油被集油池收集，从而将水面的浮油去除。推油板的设置使水面上的浮油能够先聚集，增加与滚筒的接触量，避免由于滚筒上吸附的浮油过少而容易被水流冲走，影响除油效果。

进一步的，所述推油板前端设有油膜监测传感器，所述油膜监测传感器连接所述控制模块。

本方案增加油膜监测传感器，使得控制机构在控制机器人行进时，增加水面是否具有浮油这一考虑因素，其效果在于，对于水域面积较大的地方，往往浮油仅分布在一定的区域内，为了避免机器人运动范围过大而做出无效的工作，在推油板的前端设置油膜监测传感器，当监测到推油板前方不再有浮油时，将信息反馈至控制模块，及时控制机器人转向。值得说明的是，由于浮油在水面上容易成片分布，而每一片之间有一定间隙，因此，在油膜监测传感器的实际使用中，当油膜监测传感器立即检测到推油板前方没有浮油时，控制模块使机器人按照原行进方向继续行进一段距离，直到油膜监测传感器再次确认没有浮油后，再控制机器人转向。

进一步的，所述控制模块还包括通信单元和无线遥控接收单元，所述无线遥控接收单元用于接收终端的无线遥控发射单元发出的遥控信号。为了能及时发现工作路线异常时并做出调整，设置的通信单元可以将机器人的工作记录或行进路线等数据实时传递至终端设备，便于实现对机器人的实时监控，利用遥控发射单元向船上的遥控接收单元发出控制信号，进而由主控制单元控制第一驱动机构和第二驱动机构的动作。

进一步的，还包括设置于船身上用于采集图像或视频信息的摄像装置，所述通信单元将图像或视频信息传递至终端。摄像装置采集的信息更便于工作人员判断机器人处理后的水面状态或机器人的实际工作环境等。

进一步的，所述油水分离机构包括油水分离仓，所述油水分离仓内设有第一隔板和第二隔板将油水分离仓内分为第一腔室、第二腔室和第三腔室，所述第一腔室与第二腔室底部连通，所述第二腔室与第三腔室顶部连通，所述刮油板向下倾斜且下端插入到第一腔室内；还包括与所述第二腔室底部连通的排水管，所述排水管上设有水泵。

进一步的，所述第一腔室和第三腔室中均设有与外部连通的排油管，所述排油管上设有用于控制排油管开闭的电磁阀。

进一步的，所述油水分离仓顶部设有盖板，所述盖板封闭第二腔室和第三腔室顶部；所述盖板上靠近刮油板处设有挡板。

本申请的有益效果是：

(1)通过集油机构、油水分离机构和推进机构的配合完成机器人对水面浮油动态采集，使机器人再具有浮油的水域运动并同时完成浮油的收集，提高对水面的覆盖面积并充分收集浮油。

(2)第一推进机构专用于推进机器人行进，第二推进机构起到增加机器人稳定性和调整机器人运动方向的作用。

(3)油水分离仓中利用隔板分割成多个腔室，利用油水密度差自然分层后分布在各个腔室中实现油水分离，在采集浮油的同时就完成了对采集物的预处理，简化后续的采集物处理程序，使浮油采集机器人兼具采集和采集物处理的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的结构示意图；

图2是本申请另一角度的结构示意图；

图3是本申请的俯视图；

图4是图3沿符号A-A剖切的示意图；

图5是图4中B处的局部放大示意图；

图6是本申请的后视图；

图7是本申请实施例5中油水分离仓的结构示意图；

图8是本申请控制结构示意框图。

图中：1-船身；2-油水分离仓；3-集油筒；4-推油板；5-刮油板；6-第一推进器；7-第二推进器；8-第一隔板；9-第二隔板；10-第一腔室；11-第二腔室；12-第三腔室；13-排水管；14-水泵；15-挡板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“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，或一体地连接；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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

如图1-6所示的一种动态浮油采集机器人，用于在水上行进收集浮油，包括船身1，还包括设置于所述船身1前端用于收集水面浮油的集油机构，设置于所述船身1内用于分离所述集油机构所收集油污的油水分离机构，以及为所述机器人行进提供动力的推进装置；所述推进装置包括第一推进机构和第二推进机构，所述第一推进机构包括设置于船身1尾部中间位置的第一推进器6以及驱动所述第一推进器6的第一驱动机构，所述第二推进机构包括对称设置于船身1下方两侧的两个第二推进器7以及驱动所述第二推进器7的第二驱动机构，所述船身1行进时，第一推进器6和第二推进器7均位于水面以下。

工作原理如下：本申请提供的动态浮油采集机器人是利用该机器人在水面上行进对水面浮油进行采集的装置，推进装置为机器人的行进提供条件，使机器人在有浮油的范围内行进，集油机构负责在行进过程中采集浮油，同时，集油机构与油水分离机构连接，使集油机构采集的油水混合物进入油水分离机构，油水分离机构在储存油水混合物的同时，将油和水分离，便于后续对浮油和水进行分别排放处理。

此外，本申请中的推进装置由多个推进器组成，其中，第一推进器6由于设置在船身1尾部的中间位置，只能提供使机器人前行的动力，而两个位于船身1两侧的第二推进器7不仅能为船身1提供行进的动力，还能防止船身1侧翻，提高机器人在水上行进的稳定性。

值得说明的时，当两侧的推进器转速不同时，能使机器人转向。因此，为了充分发挥第二推进机构的作用，所述第二推进机构包括两个独立供电并分别连接两个第二推进器7的第二驱动机构。当第二推进机构仅需要发挥推进机器人前行的作用时，两个推进器保持同速转动；当机器人需要转向时，两个与第二推进器7连接的驱动机构分别提供不同的驱动力使两个第二推进器7以不同的速度运转或仅其中一个推进器运转。同时，在实际使用时，机器人仅仅依靠第一推进机构提供前行的动力，第二推进机构主要用于转向，而在第一推进机构损坏无法工作或需要机器人加速运动时，再将两个第二推进器同步转动，起到推进船体前行的作用。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，对机器人的具体工作模式进行了进一步的优化与限定。

所述机器人还包括检测模块和控制模块，所述检测模块包括激光测距传感器和超声波水深探测器，所述激光测距传感器和超声波水深探测器分别与所述控制模块连接，所述控制模块连接并控制第一驱动机构和第二驱动机构；所述控制模块包括主控制单元以及与主控制单元连接的数据处理单元、数据传输单元和电源单元。

机器人上设置检测模块和控制模块可以实现采集机器人在水面的自动行进，激光测距传感器检测机器人前方的障碍物以及水域边界，使机器人在行进时避开障碍物并在触及边界时及时转向，超声波水深探测器对船身1下方的水深进行检测，避免机器人在水深分布不均匀的水域工作时行进至水深不足的地方导致搁浅。控制模块中电源单元为检测模块和控制模块中的各个单元供电，数据传输单元将激光测距传感器和超声波水深探测器的检测数据传输至数据处理单元，数据处理单元通过计算后将结果反馈至主控制单元，由主控制单元将控制信息传输至驱动机构，从而控制机器人的行进方向。

实施例3：

本实施例在实施例2的基础上，进行了进一步的优化与限定。

如图4-5所示所述集油机构包括：对称设置于船体两侧并向船身1前方延伸的推油板4，所述推油板4下边缘在船体空载时位于水平面下方，推油板4的上边缘在船体满载时位于水平面上方；转动设置于两块对称设置的推油板4之间且靠近所述船体一端的集油筒3；以及贴合集油筒3外表面用于刮除集油筒3表面的浮油的刮油板5。所述推油板4前端设置油膜监测传感器，所述油膜监测传感器连接所述控制模块。

工作原理如下：

机器人移动时，推油板4随之运动，由于油的密度比水低，始终浮于水面，随着推油板4的运动，水不断进入船体两侧推油板4之间然后从船体下方流走，而水面浮油不断堆积在两个推油板4之间，油膜厚度增加，使集油筒3能吸附更多浮油并通过集油筒3的转动和刮油板5的作用将聚集吸附的浮油刮下，被刮油板5刮下的浮油被集油池收集，从而将水面的浮油去除。推油板4的设置使水面上的浮油能够先聚集，增加与滚筒的接触量。

在实施例2的基础上，油膜监测传感器能使得控制机构在控制机器人行进时，增加水面是否具有浮油这一考虑因素。对于水域面积较大的地方，往往浮油仅分布在一定的区域内，为了避免机器人运动范围过大而做出无效的工作，在推油板4的前端设置油膜监测传感器，当监测到推油板4前方不再有浮油时，将信息反馈至控制模块，及时控制机器人转向。值得说明的是，由于浮油在水面上容易成片分布，而每一片之间有一定间隙，因此，在油膜监测传感器的实际使用中，当油膜监测传感器立即检测到推油板4前方没有浮油时，控制模块使机器人按照原行进方向继续行进一段距离，直到油膜监测传感器再次确认没有浮油后，再控制机器人转向。

值得说明的是，上述的激光测距传感器、超声波水深探测器和油膜监测传感器均为现有技术，如米铱optoNCDT ILR 1191激光测距传感器、乐镤LP-RISEN-SFCM超声波传感器ID-223浮油监测传感器等。

实施例4：

本实施例在实施例3的基础上，进行了进一步的优化与限定。

所述控制模块还包括通信单元和无线遥控接收单元，所述无线遥控接收单元用于接收终端的无线遥控发射单元发出的遥控信号。还包括设置于船身1上用于采集图像或视频信息的摄像装置，所述通信单元将图像或视频信息传递至终端。

通信单元可以将机器人的工作记录或行进路线等数据实时传递至终端设备，便于实现对机器人的实时监控，利用遥控发射单元向船上的遥控接收单元发出控制信号，进而由主控制单元控制第一驱动机构和第二驱动机构的动作。摄像装置采集的信息更便于工作人员判断机器人处理后的水面状态或机器人的实际工作环境等。

实施例5：

本实施例在实施例2的基础上，对油水分离机构进行了进一步的优化与限定。

如图1和7所示，所述油水分离机构包括油水分离仓2，所述油水分离仓2内设有第一隔板8和第二隔板9将油水分离仓2内分为第一腔室10、第二腔室11和第三腔室12，所述第一腔室10与第二腔室11底部连通，所述第二腔室11与第三腔室12顶部连通，所述刮油板5向下倾斜且下端插入到第一腔室10内；还包括与所述第二腔室11底部连通的排水管13，所述排水管13上设有水泵14。所述第一腔室10和第三腔室12中均设有与外部连通的排油管，所述排油管上设有用于控制排油管开闭的电磁阀。所述油水分离仓2顶部设有盖板，所述盖板封闭第二腔室11和第三腔室12顶部；所述盖板上靠近刮油板5处设有挡板15。

工作原理如下：集油机构收集的油水混合物直接进入第一腔室10中，由于第一隔板8顶部与油水分离仓2连接，油水混合物刚开始进入时，液面高度低于第一隔板8的底面，导致第一腔室10和第二腔室11中都存在液面高度同步上升的油水混合物。当液面高度超过第一腔室10和第二腔室11之间的通道时，随着进入第一腔室10的油水混合物不断增多，且水始终分布在下层，根据连通器原理，第一腔室10和第二腔室11的连通处压强相等，第一腔室10下层的水进入第二腔室11中来平衡压强。由于第一腔室10中油的占比更多，第二腔室11中主要是水，仅看水面时，第一腔室11的水面高度低于第二腔室11的水面，但看腔室中的总液面时，第一腔室11的液面高于第二腔室11。而随着第二腔室11中液面高度的上升，当液面达到第二腔室11与第三腔室12之间的通道时，第二腔室11上层少量的浮油溢出到第三腔室12中。在最理想的情况下，通过控制油水分离仓2中的液量，可以使第二腔室11中仅含有去除浮油后的水。排水管13在进行排水时，由于第一腔室4与第二腔室5底部连通，两者内部的液面同时下降。挡板15实质上相当于漏斗，扩大油水分离仓2的入口，挡板15能有效避免刮油板5刮下的水油混合物落在油水分离仓2外。值得说明的是，在本申请中进行排水时，优选间歇性抽水的方式，水泵14运行时的工作时长和停歇时长根据实际油水分离仓2中的水量和水泵14的排水量而定。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动态浮油采集机器人，用于在水上行进收集浮油，包括船身(1)，其特征在于：还包括设置于所述船身(1)前端用于收集水面浮油的集油机构，设置于所述船身(1)内用于分离所述集油机构所收集油污的油水分离机构，以及为所述机器人行进提供动力的推进装置；

所述推进装置包括第一推进机构和第二推进机构，所述第一推进机构包括设置于船身(1)尾部中间位置的第一推进器(6)以及驱动所述第一推进器(6)的第一驱动机构，所述第二推进机构包括对称设置于船身(1)下方两侧的两个第二推进器(7)以及驱动所述第二推进器(7)的第二驱动机构，所述机器人行进时，第一推进器(6)和第二推进器(7)均位于水面以下。

2.根据权利要求1所述的一种动态浮油采集机器人，其特征在于：所述第二推进机构包括两个独立供电并分别连接两个第二推进器(7)的第二驱动机构。

3.根据权利要求1或2所述的一种动态浮油采集机器人，其特征在于：所述机器人还包括检测模块和控制模块，所述检测模块包括激光测距传感器和超声波水深探测器，所述激光测距传感器和超声波水深探测器分别与所述控制模块连接，所述控制模块连接并控制第一驱动机构和第二驱动机构；所述控制模块包括主控制单元以及与主控制单元连接的数据处理单元、数据传输单元和电源单元。

4.根据权利要求3所述的一种动态浮油采集机器人，其特征在于：所述集油机构包括：

对称设置于船体两侧并向船身(1)前方延伸的推油板(4)，所述推油板(4)下边缘在船体空载时位于水平面下方，推油板(4)的上边缘在船体满载时位于水平面上方；

转动设置于两块对称设置的推油板(4)之间且靠近所述船体一端的集油筒(3)；

以及贴合集油筒(3)外表面用于刮除集油筒(3)表面的浮油的刮油板(5)。

5.根据权利要求4所述的一种动态浮油采集机器人，其特征在于：所述推油板(4)前端设有油膜监测传感器，所述油膜监测传感器连接所述控制模块。

6.根据权利要求5所述的一种动态浮油采集机器人，其特征在于：所述控制模块还包括通信单元和无线遥控接收单元，所述无线遥控接收单元用于接收终端的无线遥控发射单元发出的遥控信号。

7.根据权利要求6所述的一种动态浮油采集机器人，其特征在于：还包括设置于船身(1)上用于采集图像或视频信息的摄像装置，所述通信单元将图像或视频信息传递至终端。

8.根据权利要求4所述的一种动态浮油采集机器人，其特征在于：所述油水分离机构包括油水分离仓(2)，所述油水分离仓(2)内设有第一隔板(8)和第二隔板(9)将油水分离仓(2)内分为第一腔室(10)、第二腔室(11)和第三腔室(12)，所述第一腔室(10)与第二腔室(11)底部连通，所述第二腔室(11)与第三腔室(12)顶部连通，所述刮油板(5)向下倾斜且下端插入到第一腔室(10)内；还包括与所述第二腔室(11)底部连通的排水管(13)，所述排水管(13)上设有水泵(14)。

9.根据权利要求8所述的一种动态浮油采集机器人，其特征在于：所述第一腔室(10)和第三腔室(12)中均设有与外部连通的排油管，所述排油管上设有用于控制排油管开闭的电磁阀。

10.根据权利要求9所述的一种动态浮油采集机器人，其特征在于：所述油水分离仓(2)顶部设有盖板，所述盖板封闭第二腔室(11)和第三腔室(12)顶部；所述盖板上靠近刮油板(5)处设有挡板(15)。

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