技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種自供電、供氧的水面機(jī)器人。

背景技術(shù)：

為了對(duì)污水、廢水進(jìn)行處理，傳統(tǒng)污染水域的凈化方法通常是在水域中設(shè)立相應(yīng)污水凈化裝置，如曝氣池等進(jìn)行水域凈化。一般情況下，污水凈化裝置設(shè)置于較易受污染的水域中，如污水入水口，而突發(fā)性的化工污水往往具有不可預(yù)測(cè)性，被污染的水域不一定會(huì)設(shè)有污水凈化裝置，使得突發(fā)性的化工污染水域得不到及時(shí)處理。而污染帶形成至其完全稀釋需要較長(zhǎng)的時(shí)間，在發(fā)生化工污染后，常常因缺乏快速的應(yīng)急處理措施，使得污染帶對(duì)江河、湖泊及海洋等流域的生態(tài)造成極大影響。因此研發(fā)一種具有能夠?qū)崿F(xiàn)全天候、高可靠性、效率高，且能夠?qū)崿F(xiàn)自主路勁設(shè)置自動(dòng)化作業(yè)的自供電供氧水面機(jī)器人，具有較好的市場(chǎng)前景。

目前在市面上的船載式水處理系統(tǒng)如實(shí)用新型201520725867.3，其通過(guò)船載式實(shí)現(xiàn)水面移動(dòng)，船體的智能化程度低，僅能實(shí)現(xiàn)水面浮動(dòng)。中國(guó)專利201210022522.2公開(kāi)的水處理系統(tǒng)采用紫外線殺菌和臭氧凈化工藝，但船體不具有自動(dòng)化功能且其水質(zhì)凈化系統(tǒng)工藝復(fù)雜，凈化速率慢，對(duì)于突發(fā)性的水污染事件不具有針對(duì)性。因此本發(fā)明目的在于研發(fā)一種用于快速解決湖泊、河道、池塘水環(huán)境修復(fù)、改善、治理使用的智能化設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)全天候、高可靠性、效率高，可在水域中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)源和面源供氧，且能自主路徑移動(dòng)自動(dòng)化作業(yè)的自供電、供氧的水面機(jī)器人。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種自供電、供氧的水面機(jī)器人，包括由鋰電池進(jìn)行動(dòng)力的電動(dòng)船，所述電動(dòng)船的上表面平鋪有用于收集太陽(yáng)能并將其轉(zhuǎn)化為電能的太陽(yáng)能電池板，所述電動(dòng)船中間架設(shè)有半環(huán)形支撐架，所述半環(huán)形支撐架的下方懸掛有風(fēng)力發(fā)電機(jī)；所述電動(dòng)船的船艙內(nèi)固設(shè)有汽油發(fā)電機(jī)；所述太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和汽油發(fā)電機(jī)的輸出端均通過(guò)混合動(dòng)力控制器與鋰電池連接而對(duì)其充電；所述電動(dòng)船上固設(shè)有超微米氣泡發(fā)生器，所述超微米氣泡發(fā)生器的底端設(shè)有噴嘴。

進(jìn)一步方案，所述電動(dòng)船是由兩個(gè)船形艙體、連接兩個(gè)船形艙體的船骨架以及鋪設(shè)于船骨架上的支撐板組成；所述半環(huán)形支撐架的兩底端分別固定在兩個(gè)船形艙體上，所述超微米氣泡發(fā)生器架設(shè)在所述支撐板上，其噴嘴穿過(guò)支撐板而位于水中。

進(jìn)一步方案，所述半環(huán)形支撐架的頂端分別固定設(shè)有避障檢測(cè)裝置和傳輸天線；所述鋰電池的輸出端通過(guò)多路開(kāi)關(guān)電源與電動(dòng)船的螺旋槳連接驅(qū)動(dòng)其工作。

進(jìn)一步方案，所述電動(dòng)船上設(shè)有避障檢測(cè)裝置、錨定裝置、自主導(dǎo)航系統(tǒng)、電子羅盤(pán)和中央控制器，所述避障檢測(cè)裝置固設(shè)于所述半環(huán)形支撐架的頂端；所述避障檢測(cè)裝置、電子羅盤(pán)均與中央控制器的輸入端連接，所述中央控制器的輸出端分別與螺旋槳、錨定裝置、微納米氣泡發(fā)生器進(jìn)行電連接。

更進(jìn)一步方案，所述避障檢測(cè)裝置包括用于避障礙物的激光雷達(dá)、視頻攝像機(jī)、聲光報(bào)警器和水下聲納；所述激光雷達(dá)、視頻攝像機(jī)、聲光報(bào)警器和水下聲納的輸出端均與所述的中央控制器進(jìn)行電連接，所述視頻攝像機(jī)采集水面視頻并通過(guò)中央控制器進(jìn)行圖像處理，然后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)船到達(dá)指定水域通過(guò)微納米氣泡發(fā)生器實(shí)現(xiàn)水域供氧，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化或供氧修復(fù)。

進(jìn)一步方案，所述自主導(dǎo)航控制系統(tǒng)包括固設(shè)于半環(huán)形支撐架頂端的傳輸天線，所述傳輸天線包括GPS傳輸天線和GPRS傳輸天線，所述GPS傳輸天線的輸出端通過(guò)GPS衛(wèi)星定位傳感器與所述中央控制器連接；所述GPRS傳輸天線的輸出端通過(guò)GPRS無(wú)線數(shù)傳模塊與中央控制器連接。

進(jìn)一步方案，所述混合動(dòng)力控制器是由電源控制器和電源逆變器組成，電源控制器分別將太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和汽油發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再通過(guò)電源逆變器轉(zhuǎn)換成交流電。

本發(fā)明中混合動(dòng)力控制器、鋰電池、多路開(kāi)關(guān)電源、中央控制器均架設(shè)于船形艙體上，并且中央控制器、電子羅盤(pán)、錨定裝置、螺旋漿等均是電動(dòng)船上自帶的已知設(shè)備，其結(jié)構(gòu)與工作原理是已知，本發(fā)明在此不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如中央控制器的型號(hào)為STM32，錨定裝置包括船錨、船錨絞車、絞車電機(jī)、減速器，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)船錨絞車轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)所述船錨的起降。

混合動(dòng)力控制器為已知產(chǎn)品，是由電源控制器LWSLAM-400W-12V、電源逆變器CARMAER-500W構(gòu)成。其中電源控制器將風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)、汽油發(fā)電機(jī)輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，同時(shí)起到穩(wěn)壓和變壓的作用，電源控制器還有顯示剩余電量的功能；電源逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷墓δ堋?/p>

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是現(xiàn)有已知產(chǎn)品，是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，機(jī)械功再帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終輸出交流電的電力設(shè)備。其由葉片、機(jī)頭、轉(zhuǎn)體、尾翼組成，葉片用來(lái)接受風(fēng)力并通過(guò)機(jī)頭轉(zhuǎn)為電能；機(jī)頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能；轉(zhuǎn)體能使機(jī)頭靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；尾翼使葉片始終對(duì)著來(lái)風(fēng)的方向從而獲得最大的風(fēng)能。

汽油發(fā)電機(jī)是現(xiàn)有已知產(chǎn)品是當(dāng)能源不足時(shí)，給電動(dòng)船補(bǔ)充能源，如型號(hào)為ONOFF-3000W，其以汽油為燃料，以汽油機(jī)為原動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將汽油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的動(dòng)力機(jī)械。其由汽油機(jī)、發(fā)電機(jī)、中央控制器、燃油箱、保護(hù)裝置等組成。汽油機(jī)氣缸內(nèi)燃料通過(guò)復(fù)雜的物理化學(xué)變化，對(duì)活塞做功帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)；同時(shí)驅(qū)動(dòng)同軸安裝的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，利用“電磁感應(yīng)”原理，發(fā)電機(jī)輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)閉合負(fù)載回路產(chǎn)生電流。

微納米氣泡發(fā)生器為已知產(chǎn)品，由控制電路、水泵、氣泵、電磁閥、壓力傳感器、進(jìn)水管、噴嘴、混合室等組成。微納米氣泡發(fā)生器工作時(shí)，噴嘴浸沒(méi)于水中，氣泵置于水面上通過(guò)輸氣管為裝置供氣，同時(shí)水泵將水與進(jìn)氣口進(jìn)來(lái)的空氣混合后被吸入到混合室中，在水泵葉輪渦流作用下壓力上升，水中的氣泡逐漸溶解在水中，當(dāng)經(jīng)水泵增壓后的含大量過(guò)飽和空氣的水流經(jīng)噴嘴出口的節(jié)流孔時(shí)，流速加快，壓力迅速降低，溶解在水中的空氣被迅速釋放出來(lái)，生成大量微納米級(jí)別的氣泡。

激光雷達(dá)是以激光為工作光束的雷達(dá)，是以發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。它是由激光發(fā)射機(jī)、光學(xué)接收機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機(jī)再把從目標(biāo)反射回來(lái)的光脈沖還原成電脈沖，送給中央控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)船體避開(kāi)障礙物。

視頻攝像機(jī)采集視頻并通過(guò)中央控制器對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理，將采集到的水域自動(dòng)識(shí)別信號(hào)通過(guò)控制所述驅(qū)動(dòng)裝置完成自動(dòng)移動(dòng)，避免水域供氧不均勻，可節(jié)約能量。

水下聲納即聲納探測(cè)儀是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過(guò)電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，利用水中聲波對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、定位和通信的探測(cè)設(shè)備。

GPS傳輸天線將衛(wèi)星信號(hào)通過(guò)GPS衛(wèi)星定位傳感器傳輸給中央控制器，確定當(dāng)前電動(dòng)船的位置坐標(biāo)；同時(shí)GPRS傳輸天線接收人工遠(yuǎn)程控制指令，并將控制指令通過(guò)GPRS無(wú)線數(shù)傳模塊傳輸給中央控制器，確定其航行的目的地；再通過(guò)電子羅盤(pán)確定出電動(dòng)船的當(dāng)前方向傳輸給中央控制器。中央控制器分別獲取GPS經(jīng)緯度坐標(biāo)信號(hào)、控制指令信號(hào)和電子羅盤(pán)指示的電動(dòng)船當(dāng)前行駛方向信號(hào)，通過(guò)處理運(yùn)算，即可根據(jù)預(yù)先巡航規(guī)劃設(shè)定的路線，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)船進(jìn)行自主巡航并完成水域供氧的目的。

本發(fā)明中的自供電、供氧的水面機(jī)器人的供電電源是通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、汽油發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板進(jìn)行提供，它們均通過(guò)混合動(dòng)力控制器將其轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存在鋰電池中，鋰電池輸出的電源經(jīng)多路開(kāi)關(guān)電源的轉(zhuǎn)換、降壓等功能后再分別按需提供給螺旋槳、GPS衛(wèi)星定位傳感器、中央控制器、電子羅盤(pán)、激光雷達(dá)、視頻攝像機(jī)、微納米氣泡發(fā)生器等工作元器件做工作電源，用來(lái)驅(qū)動(dòng)并控制自供電、供氧的水面機(jī)器人行駛，通過(guò)自主巡航完成區(qū)域內(nèi)水域的供氧功能，使污染水域內(nèi)的水質(zhì)得到凈化或供氧修復(fù)的目的。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明采用風(fēng)能、太陽(yáng)能及汽油做為燃料提供混合動(dòng)力供自供電供氧機(jī)器人提供工作能量，充分利用風(fēng)能和太陽(yáng)能的自然清潔能源，同時(shí)汽油發(fā)電機(jī)保證所述自供電供氧水面機(jī)器人能夠不受陰雨天氣或高負(fù)荷工作影響，全天候工作，提高供氧工作效率。

2、本發(fā)明通過(guò)微納米氣泡發(fā)生裝置能夠?qū)崿F(xiàn)任意水域的自供氧功能，通過(guò)自動(dòng)避障和自主導(dǎo)航控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水域的智能移動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)水域高效、均勻供氧，特別是對(duì)于突發(fā)性水環(huán)境事故時(shí)，具有迅速、遠(yuǎn)程控制，從而可保證工作人員的人身安全，減少人員的投入，降低人工成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的后視示意圖。

圖3是本發(fā)明的電路原理框圖。

圖中：1-風(fēng)力發(fā)電機(jī)，2-太陽(yáng)能電池板，3-電動(dòng)船，3-1船形艙體、3-2船骨架、3-3支撐板，4-半環(huán)形支撐架，5-避障檢測(cè)裝置，5-1激光雷達(dá)，5-2視頻攝像機(jī)，5-3聲光報(bào)警器，5-4水下聲納，6-傳輸天線，6-1-GPS傳輸天線、6-2-GPRS傳輸天線，7-螺旋槳，8-自主導(dǎo)航系統(tǒng)，9-混合動(dòng)力控制器，9-1電源控制器，9-2逆變器；10-鋰電池，11-多路開(kāi)關(guān)電源，12-GPS衛(wèi)星定位傳感器，13-GPRS無(wú)線數(shù)傳模塊，14-電子羅盤(pán)，15-中央控制器，16-錨定裝置，17-微納米氣泡發(fā)生器，18-噴嘴，19-汽油發(fā)電機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1、2所示，一種自供電、供氧的水面機(jī)器人，包括由鋰電池10進(jìn)行動(dòng)力的電動(dòng)船3，所述電動(dòng)船3的上表面平鋪有用于收集太陽(yáng)能并將其轉(zhuǎn)化為電能的太陽(yáng)能電池板2，所述電動(dòng)船3中間架設(shè)有半環(huán)形支撐架4，所述半環(huán)形支撐架4的下方懸掛有風(fēng)力發(fā)電機(jī)1；所述電動(dòng)船3的船艙內(nèi)固設(shè)有汽油發(fā)電機(jī)19；所述太陽(yáng)能電池板2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)1和汽油發(fā)電機(jī)19的輸出端均通過(guò)混合動(dòng)力控制器9與鋰電池10連接而對(duì)其充電；所述電動(dòng)船3上固設(shè)有超微米氣泡發(fā)生器17，所述超微米氣泡發(fā)生器17的底端設(shè)有噴嘴18。

進(jìn)一步方案，所述電動(dòng)船3是由兩個(gè)船形艙體3-1、連接兩個(gè)船形艙體3-1的船骨架3-2以及鋪設(shè)于船骨架3-2上的支撐板3-3組成；所述半環(huán)形支撐架4的兩底端分別固定在兩個(gè)船形艙體3-1上，所述超微米氣泡發(fā)生器17架設(shè)在所述支撐板3-3上，其噴嘴18穿過(guò)支撐板3-3而位于水中。

進(jìn)一步方案，所述半環(huán)形支撐架4的頂端分別固定設(shè)有避障檢測(cè)裝置5和傳輸天線6；所述鋰電池10的輸出端通過(guò)多路開(kāi)關(guān)電源11與電動(dòng)船3的螺旋槳7連接驅(qū)動(dòng)其工作。

進(jìn)一步方案，所述電動(dòng)船3上設(shè)有避障檢測(cè)裝置5、錨定裝置16、自主導(dǎo)航系統(tǒng)8、電子羅盤(pán)14和中央控制器15，所述避障檢測(cè)裝置5固設(shè)于所述半環(huán)形支撐架4的頂端；所述避障檢測(cè)裝置5、電子羅盤(pán)14均與中央控制器15的輸入端連接，所述中央控制器15的輸出端分別與螺旋槳7、錨定裝置16、微納米氣泡發(fā)生器17進(jìn)行電連接。

更進(jìn)一步方案，所述避障檢測(cè)裝置5包括用于避障礙物的激光雷達(dá)5-1、視頻攝像機(jī)5-2、聲光報(bào)警器5-3和水下聲納5-4；所述激光雷達(dá)5-1、視頻攝像機(jī)5-2、聲光報(bào)警器5-3和水下聲納5-4的輸出端均與所述的中央控制器15進(jìn)行電連接，所述視頻攝像機(jī)5-2采集水面視頻并通過(guò)中央控制器15進(jìn)行圖像處理，然后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)船3到達(dá)指定水域通過(guò)微納米氣泡發(fā)生器17實(shí)現(xiàn)水域供氧，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化或供氧修復(fù)。

進(jìn)一步方案，所述自主導(dǎo)航控制系統(tǒng)8包括固設(shè)于半環(huán)形支撐架4頂端的傳輸天線6，所述傳輸天線6包括GPS傳輸天線6-1和GPRS傳輸天線6-2，所述GPS傳輸天線6-1的輸出端通過(guò)GPS衛(wèi)星定位傳感器12與所述中央控制器15連接；所述GPRS傳輸天線6-2的輸出端通過(guò)GPRS無(wú)線數(shù)傳模塊13與中央控制器15連接。

進(jìn)一步方案，所述混合動(dòng)力控制器9是由電源控制器9-1和電源逆變器9-2組成，電源控制器9-1分別將太陽(yáng)能電池板2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)1和汽油發(fā)電機(jī)19所產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再通過(guò)電源逆變器9-2轉(zhuǎn)換成交流電。

如圖3所示，太陽(yáng)能電池板2和風(fēng)力發(fā)電機(jī)1分別將自然的太陽(yáng)能和風(fēng)能收集起來(lái)，通過(guò)混合動(dòng)力控制器9進(jìn)行轉(zhuǎn)化為電能，汽油發(fā)電機(jī)19在太陽(yáng)能電池板2和風(fēng)力發(fā)電機(jī)1所產(chǎn)生的電能供應(yīng)不足的情況下使用，它們均通過(guò)混合動(dòng)力控制器9進(jìn)行轉(zhuǎn)化為電能，然后全部輸入鋰電池10中進(jìn)行儲(chǔ)存。鋰電池10通過(guò)多路開(kāi)關(guān)電源11進(jìn)行轉(zhuǎn)換、調(diào)壓成適配的電壓分別給電動(dòng)船3的螺旋漿7和微納米氣泡發(fā)生器17進(jìn)行供電，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)船3行駛，驅(qū)動(dòng)微納米氣泡發(fā)生器17工作為水域進(jìn)行供氧。

其中GPS傳輸天線6-1是接收衛(wèi)星信號(hào)，以確定當(dāng)前電動(dòng)船3的經(jīng)緯度；GPRS傳輸天線6-2是用于接收人工遠(yuǎn)程控制信號(hào)，以控制電動(dòng)船3將要到達(dá)的位置信號(hào)；而電子羅盤(pán)14是為了確定電動(dòng)船3的當(dāng)前方向。中央控制器15分析處理這三路信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)螺旋漿7進(jìn)行工作，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)船3進(jìn)行自主巡航和水域供氧，達(dá)到水質(zhì)凈化或修復(fù)目的。電子羅盤(pán)14用于對(duì)電動(dòng)船3的行駛方向進(jìn)行識(shí)別。

本裝置使用時(shí)，先由操作人員通過(guò)無(wú)線基站向電動(dòng)船發(fā)送巡航目的地信號(hào)，GPRS傳輸天線6-2接收該信號(hào)并將其傳輸給中央控制器15來(lái)確定其航行的目的地，再通過(guò)電子羅盤(pán)14確定出當(dāng)前的航行方向，從而根據(jù)GPS傳輸天線6-1提供的當(dāng)前位置信息，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)船3進(jìn)行自主導(dǎo)航，再通過(guò)避障檢測(cè)裝置5及時(shí)識(shí)別水面并避開(kāi)障礙物，微納米氣泡發(fā)生裝置同時(shí)工作，為水域供氧，以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化或修復(fù)。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作任何形式上的限制。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均仍在本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)且屬于要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍。