CN219927948U - 一种小型水下水质检测机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种小型水下水质检测机器人，包括依次连接的尾部壳体、中部壳体和头部壳体，尾部壳体的两侧连接有尾部螺旋桨，头部壳体的上顶部和下底部设有头部螺旋桨，中部壳体内设有直线电机，直线电机连接并驱动吸盘‑法兰作活塞运动，直线电机的一端设有采样管，直线电机通过吸盘‑法兰的活塞运动对采样管抽吸采水或排水，中部壳体内设有主电池和主控板，主电池通过主控板分别电连接直线电机、以及头部螺旋桨和尾部螺旋桨上对应的驱动电机，中部壳体外部设有水质检测模块。本实用新型能对水体实时采样和检测，水质参数异常时，采集相应的异常水体带回进行后续的详细分析、研究成因，为水质保护做决策依据，并且结构简单可靠，实用性高。

Description

一种小型水下水质检测机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种小型水下水质检测机器人。

背景技术

随着技术的进步发展，水质保护也能通过更好的技术来进行，水下水质检测机器人的作用显的愈发重要。

水质检测的目的水质监测的目的是准确、及时、全面地反映水质现状和发展趋势，为水环环境管理、污染源控制和环境规划提供科学依据水质监测在水污染控制中发挥着重要作用，对水环环境保护和水环环境健康也具有重要意义。

对于工业排放的废水，水下水质监测机器人可对Ph值、溶解氧、温度等进行实时监测。免去了传统人力下水检查的方式，节省时间的同时，还不会受天气等外部因素影响。

水下机器人在核心技术上不停地进步，拍摄、下潜、检测及续航能力都不断增强。在水质检测方面实现了愈加广泛的应用，在专利CN2019222207159中，公开了一种小型水下机器人，其能通过尾部螺旋桨在水体中行进，通过头部螺旋桨进行抬头或下潜动作，并能进行定位导航和通过采样管进行水体采样。但是该机器人侧重于解决水下机器人在水体中的运动导航定位问题，在水质检测方面，其只提供了采样管采集水样，并无检测能力，需要把采集的水样拿上来再检测，其过程繁琐，且无实时性，对不同区域的水体需要反复采样检测，如果能将采样管和检测模块同时集成在水下机器人上，则能很好的解决这一问题。但是，目前市场上的水下水质检测无人机研发、运营、制作成本高，使其售价也非常高。

针对上述问题，本实用新型提供一种小型水下水质检测机器人，同时具备采样结构和水质检测模块，能对水体实时采样和水质检测，水质检测模块实时检测路过的水体水质参数，在水质参数异常时，采样管采集相应的异常水体，用于带回实验室进行后续的详细分析、研究成因，为水质保护做决策依据，并且结构优化紧凑，制造成本低，实用性高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种小型水下水质检测机器人。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种小型水下机器人，包括依次连接的尾部壳体、中部壳体和头部壳体，所述尾部壳体的两侧连接有尾部螺旋桨，用于驱动控制机器人的前后左右移动，所述头部壳体的上顶部和下底部设有头部螺旋桨，用于驱动控制机器人头部的上升和下降，所述中部壳体内设有直线电机，所述直线电机的驱动轴连接并驱动吸盘-法兰作活塞运动，所述直线电机的一端设有采样管，直线电机通过吸盘-法兰的活塞运动对采样管抽吸采水或排水，所述中部壳体内设有主电池和主控板，所述主电池通过主控板分别电连接直线电机、以及头部螺旋桨和尾部螺旋桨上对应的驱动电机，用于为各电机提供电力及控制，所述中部壳体外部设有水质检测模块，用于检测经过水体的水质参数，所述水质检测模块电连接主控板，用于将水质参数传输至主控板上。

进一步的，所述水质检测模块包括中空的装置盒，所述装置盒的一端连接有上盖板，另一端连接有下盖板，所述上盖板的内侧壁上设有检测控制板，所述下盖板的内侧壁依次设有电连接检测控制板的溶解氧信号调理模块、PH传感器变送器和通信模块，所述溶解氧信号调理模块和PH传感器变送器上电连接有相应的传感器探头伸入经过的水体，用于检测经过水体的含氧量和PH并传输给检测控制板，所述检测控制板电连接主控板，用于将含氧量和PH参数直接传输至主控板上、以及通过通信模块将含氧量和PH参数无线传输至相应的无线收发终端，所述装置盒的内侧壁上设有开关电源，用于为检测控制板、通信模块和各传感器供电。

进一步的，所述下盖板的外底部固接有环形固定连接件，所述环形固定连接件设置在中部壳体外部。

进一步的，所述中部壳体的外表面上设有外仓保护壳，所述环形固定连接件箍接在外仓保护壳的外表面上。

进一步的，所述检测控制板上设有液晶显示屏，所述上盖板的中部设有窗口槽，液晶显示屏贴附于窗口槽的内侧，用于水体含氧量和PH参数的直接显示。

进一步的，所述头部壳体的前端设有摄像头，用于采集图像。

进一步的，所述采样管、直线电机、吸盘-法兰、主电池和主控板在中部壳体内依序设置，并且所述采样管邻靠头部壳体的后端，所述主控板邻靠尾部壳体的前端。

进一步的，所述中部壳体内设有定位装置，用于机器人的定位。

进一步的，所述采样管的开口端通过头部壳体上的开孔连通水体。

本实用新型的有益效果是:

本实用新型机器人能对水体实时采样和水质检测，水质检测模块实时检测路过的水体水质参数，在水质参数异常时，采样管采集相应的异常水体，用于带回实验室进行后续的详细分析、研究成因，为水质保护做决策依据，并且结构简单科学可靠，制造成本低，实用性高，并采用模块化结构，尾部壳体、中部壳体、头部壳体内和检测模块的功能仓可根据不同的用途进行选配，如水质检测模块、摄像模块、抽样模块、定位模块等，运行可靠、稳定，定位导航高效、快速，水质数据传输及时、精准。

附图说明

图1为本实用新型的爆炸结构示意图；

图2为本实用新型组装后的结构示意图；

图3为本实用新型的电路结构框图。

图中标号说明：1、摄像头，2、头部螺旋桨，3、直线电机，4、吸盘-法兰，5、主电池，6、主控板，7、尾部螺旋桨，8、水质检测模块，81、上盖板，82、检测控制板，83、装置盒，84、开关电源，85、通信模块，86、PH传感器变送器，87、溶解氧信号调理模块，88、下盖板，89、环形固定连接件，9、外仓保护壳，10、采样管，11、尾部壳体，12、中部壳体，13、头部壳体，14、定位装置。

实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

如图1和图2所示，一种小型水下水质检测机器人，包括依次连接的尾部壳体11、中部壳体12和头部壳体13，在本实施例中，机器人总长1.5米，直径为110MM，所述尾部壳体11的两侧连接有尾部螺旋桨7，具体是在尾部壳体11的两侧通过连接架连接尾部螺旋桨7，用于驱动控制机器人的前后左右移动，所述头部壳体13的上顶部和下底部设有头部螺旋桨2，具体是在头部壳体13的上顶部和下底部设有开孔，并在该开孔内设置头部螺旋桨2，用于驱动控制机器人头部的上升和下降，所述中部壳体12内设有直线电机3，所述直线电机3的驱动轴连接并驱动吸盘-法兰4作活塞运动，所述直线电机3的一端设有采样管10，直线电机3通过吸盘-法兰4的活塞运动对采样管10抽吸采水或排水，采样管3由配备三个医用蠕动泵加抽样管构成自制六管抽样系统，所述中部壳体12内设有主电池5和主控板6，主电池5采用12V，20000MAH，3S航模锂电池，可在4海里每小时的情况下续航20海里，最大时速6海里每小时，主电池5可灵活拆卸，达到更持久的续航能力，如图3所示，所述主电池5通过主控板6分别电连接直线电机3、以及头部螺旋桨2和尾部螺旋桨7上对应的驱动电机，用于为各电机提供电力及控制，所述中部壳体12外部设有水质检测模块8，用于检测经过水体的水质参数，所述水质检测模块8电连接主控板6，用于将水质参数传输至主控板6上。

所述水质检测模块8包括中空的装置盒83，装置盒83为圆柱形，所述装置盒83的一端连接有上盖板81，另一端连接有下盖板88，所述上盖板81的内侧壁上设有检测控制板82，所述下盖板88的内侧壁依次设有电连接检测控制板82的溶解氧信号调理模块87、PH传感器变送器86和通信模块85，在本实施例中，在下盖板88的内侧壁上设有边缘向内凸起的安装台，PH传感器变送器86贴合固定在安装台的凸起边缘，溶解氧信号调理模块87设置在安装台凸起边缘所围成的中间凹槽内，所述溶解氧信号调理模块87和PH传感器变送器86上电连接有相应的传感器探头伸入经过的水体，用于检测经过水体的含氧量和PH并传输给检测控制板82，所述检测控制板82电连接主控板6，用于将含氧量和PH参数直接传输至主控板6上、以及通过通信模块85将含氧量和PH参数无线传输至相应的无线收发终端，所述装置盒83的内侧壁上设有开关电源84，用于为检测控制板82、通信模块85和各传感器供电。

所述下盖板88的外底部固接有环形固定连接件89，所述环形固定连接件89设置在中部壳体12外部。

所述中部壳体12的外表面上设有外仓保护壳9，所述环形固定连接件89箍接在外仓保护壳9的外表面上。

所述检测控制板82上设有液晶显示屏，所述上盖板81的中部设有窗口槽，液晶显示屏贴附于窗口槽的内侧，用于水体含氧量和PH参数的直接显示。

所述头部壳体13的前端设有摄像头1，用于采集图像。

所述采样管10、直线电机3、吸盘-法兰4、主电池5和主控板6在中部壳体12内依序设置，并且所述采样管10邻靠头部壳体13的后端，所述主控板6邻靠尾部壳体11的前端，在本实施例中，中部壳体12采用两段式或多段式结构，主电池5和主控板6可安装在第一段的中部壳体12中，也可各自独立安装在不同段的中部壳体12中，采样管10、直线电机3和吸盘-法兰4安装在第二段的中部壳体12中，第二段的中部壳体12可与吸盘-法兰4形成活塞腔结构，便于抽吸形成负压吸水或推压排水，在吸盘-法兰4与主电池5之间、主电池5与主控板6之间、以及主控板6与靠尾部壳体11的前端之间分别设置防水垫，用于防水，防水垫采用工业级PVC防水法兰，配备硅胶八孔防水垫圈，实验室水下可保证1.5M水深24小时不漏水，对整机内部进行打压测试，在0.5MPA气压下（相当于50M水深），情况下，静置24H，气压下降量低于0.5%，气密性高。

所述中部壳体12内设有定位装置14，用于机器人的定位，在本实施例中，定位装置5采用北斗与GPS双定位，使得定位更加精准可靠，通信模块85采用常规的433MHZ低频与2.4GHZ高频进行通信，水面上采用2.4GHZ，浅水采用433MHZ，深水采用2.4GHZ+电力线载波信号浮标，以多重方式确保水中的通信，导航采用常规的PID方式的高效快速导航，并配有相应的地面基站，在图像传输上，采用1080P，5.8GHZ高清无线图传，可将图像数据传输到2000米外的无线收发终端上。

所述采样管10的开口端通过头部壳体13上的开孔连通水体。

本实用新型原理

运行时，尾部壳体11两侧的两个尾部螺旋桨7同步驱动时，机器人向前运动或向后运动，两个尾部螺旋桨7非同步驱动时，机器人向左或向右运动，直线电机3驱动吸盘-法兰4作活塞运动时，实现采样管3的抽水和排水，便于采样，头部壳体13的上顶部和下底部的螺旋桨7运动时，机器人进行抬头或下潜动作，在运行时，水质检测模块8实时对经过的水体的水质参数（含氧量和PH参数）进行采集。

使用时，主控板6将实时得到的水质参数与预设的正常参数范围进行比较，超出范围则说明水质异常，并且将水质异常警告和对应的异常参数通过通信模块85发送至无线收发终端，无线收发终端的操作人员根据水质异常的程度来决定是否需要采样出现异常的水体，用于带回实验室进行后续的详细分析、研究成因，如果决定采样水体，则无线发送相应的操作指令给主控板6，主控板6根据操作指令控制直线电机3启动，并带动吸盘-法兰4抽吸负压，使得水体进入采样管3中，完成采样。

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

Claims (9)

1.一种小型水下水质检测机器人，包括依次连接的尾部壳体（11）、中部壳体（12）和头部壳体（13），所述尾部壳体（11）的两侧连接有尾部螺旋桨（7），用于驱动控制机器人的前后左右移动，所述头部壳体（13）的上顶部和下底部设有头部螺旋桨（2），用于驱动控制机器人头部的上升和下降，所述中部壳体（12）内设有直线电机（3），所述直线电机（3）的驱动轴连接并驱动吸盘-法兰（4）作活塞运动，其特征在于，所述直线电机（3）的一端设有采样管（10），直线电机（3）通过吸盘-法兰（4）的活塞运动对采样管（10）抽吸采水或排水，所述中部壳体（12）内设有主电池（5）和主控板（6），所述主电池（5）通过主控板（6）分别电连接直线电机（3）、以及头部螺旋桨（2）和尾部螺旋桨（7）上对应的驱动电机，用于为各电机提供电力及控制，所述中部壳体（12）外部设有水质检测模块（8），用于检测经过水体的水质参数，所述水质检测模块（8）电连接主控板（6），用于将水质参数传输至主控板（6）上。

2.根据权利要求1所述的小型水下水质检测机器人，其特征在于，所述水质检测模块（8）包括中空的装置盒（83），所述装置盒（83）的一端连接有上盖板（81），另一端连接有下盖板（88），所述上盖板（81）的内侧壁上设有检测控制板（82），所述下盖板（88）的内侧壁依次设有电连接检测控制板（82）的溶解氧信号调理模块（87）、PH传感器变送器（86）和通信模块（85），所述溶解氧信号调理模块（87）和PH传感器变送器（86）上电连接有相应的传感器探头伸入经过的水体，用于检测经过水体的含氧量和PH并传输给检测控制板（82），所述检测控制板（82）电连接主控板（6），用于将含氧量和PH参数直接传输至主控板（6）上、以及通过通信模块（85）将含氧量和PH参数无线传输至相应的无线收发终端，所述装置盒（83）的内侧壁上设有开关电源（84），用于为检测控制板（82）、通信模块（85）和各传感器供电。

3.根据权利要求2所述的小型水下水质检测机器人，其特征在于，所述下盖板（88）的外底部固接有环形固定连接件（89），所述环形固定连接件（89）设置在中部壳体（12）外部。

4.根据权利要求3所述的小型水下水质检测机器人，其特征在于，所述中部壳体（12）的外表面上设有外仓保护壳（9），所述环形固定连接件（89）箍接在外仓保护壳（9）的外表面上。

5.根据权利要求4所述的小型水下水质检测机器人，其特征在于，所述检测控制板（82）上设有液晶显示屏，所述上盖板（81）的中部设有窗口槽，液晶显示屏贴附于窗口槽的内侧，用于水体含氧量和PH参数的直接显示。

6.根据权利要求1或5所述的小型水下水质检测机器人，其特征在于，所述头部壳体（13）的前端设有摄像头（1），用于采集图像。

7.根据权利要求6所述的小型水下水质检测机器人，其特征在于，所述采样管（10）、直线电机（3）、吸盘-法兰（4）、主电池（5）和主控板（6）在中部壳体（12）内依序设置，并且所述采样管（10）邻靠头部壳体（13）的后端，所述主控板（6）邻靠尾部壳体（11）的前端。

8.根据权利要求7所述的小型水下水质检测机器人，其特征在于，所述中部壳体（12）内设有定位装置（14），用于机器人的定位。

9.根据权利要求8所述的小型水下水质检测机器人，其特征在于，所述采样管（10）的开口端通过头部壳体（13）上的开孔连通水体。