一种自供电、供氧的水面机器人的制作方法

技术领域

本发明属于机器人领域，尤其涉及一种自供电、供氧的水面机器人。

背景技术：

为了对污水、废水进行处理，传统污染水域的净化方法通常是在水域中设立相应污水净化装置，如曝气池等进行水域净化。一般情况下，污水净化装置设置于较易受污染的水域中，如污水入水口，而突发性的化工污水往往具有不可预测性，被污染的水域不一定会设有污水净化装置，使得突发性的化工污染水域得不到及时处理。而污染带形成至其完全稀释需要较长的时间，在发生化工污染后，常常因缺乏快速的应急处理措施，使得污染带对江河、湖泊及海洋等流域的生态造成极大影响。因此研发一种具有能够实现全天候、高可靠性、效率高，且能够实现自主路劲设置自动化作业的自供电供氧水面机器人，具有较好的市场前景。

目前在市面上的船载式水处理系统如实用新型201520725867.3，其通过船载式实现水面移动，船体的智能化程度低，仅能实现水面浮动。中国专利201210022522.2公开的水处理系统采用紫外线杀菌和臭氧净化工艺，但船体不具有自动化功能且其水质净化系统工艺复杂，净化速率慢，对于突发性的水污染事件不具有针对性。因此本发明目的在于研发一种用于快速解决湖泊、河道、池塘水环境修复、改善、治理使用的智能化设备。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够实现全天候、高可靠性、效率高，可在水域中实现点源和面源供氧，且能自主路径移动自动化作业的自供电、供氧的水面机器人。

本发明所采用的技术方案是：

一种自供电、供氧的水面机器人，包括由锂电池进行动力的电动船，所述电动船的上表面平铺有用于收集太阳能并将其转化为电能的太阳能电池板，所述电动船中间架设有半环形支撑架，所述半环形支撑架的下方悬挂有风力发电机；所述电动船的船舱内固设有汽油发电机；所述太阳能电池板、风力发电机和汽油发电机的输出端均通过混合动力控制器与锂电池连接而对其充电；所述电动船上固设有超微米气泡发生器，所述超微米气泡发生器的底端设有喷嘴。

进一步方案，所述电动船是由两个船形舱体、连接两个船形舱体的船骨架以及铺设于船骨架上的支撑板组成；所述半环形支撑架的两底端分别固定在两个船形舱体上，所述超微米气泡发生器架设在所述支撑板上，其喷嘴穿过支撑板而位于水中。

进一步方案，所述半环形支撑架的顶端分别固定设有避障检测装置和传输天线；所述锂电池的输出端通过多路开关电源与电动船的螺旋桨连接驱动其工作。

进一步方案，所述电动船上设有避障检测装置、锚定装置、自主导航系统、电子罗盘和中央控制器，所述避障检测装置固设于所述半环形支撑架的顶端；所述避障检测装置、电子罗盘均与中央控制器的输入端连接，所述中央控制器的输出端分别与螺旋桨、锚定装置、微纳米气泡发生器进行电连接。

更进一步方案，所述避障检测装置包括用于避障碍物的激光雷达、视频摄像机、声光报警器和水下声纳；所述激光雷达、视频摄像机、声光报警器和水下声纳的输出端均与所述的中央控制器进行电连接，所述视频摄像机采集水面视频并通过中央控制器进行图像处理，然后驱动电动船到达指定水域通过微纳米气泡发生器实现水域供氧，实现水质净化或供氧修复。

进一步方案，所述自主导航控制系统包括固设于半环形支撑架顶端的传输天线，所述传输天线包括GPS传输天线和GPRS传输天线，所述GPS传输天线的输出端通过GPS卫星定位传感器与所述中央控制器连接；所述GPRS传输天线的输出端通过GPRS无线数传模块与中央控制器连接。

进一步方案，所述混合动力控制器是由电源控制器和电源逆变器组成，电源控制器分别将太阳能电池板、风力发电机和汽油发电机所产生的交流电转换成直流电，再通过电源逆变器转换成交流电。

本发明中混合动力控制器、锂电池、多路开关电源、中央控制器均架设于船形舱体上，并且中央控制器、电子罗盘、锚定装置、螺旋浆等均是电动船上自带的已知设备，其结构与工作原理是已知，本发明在此不对其进行详细说明。如中央控制器的型号为STM32，锚定装置包括船锚、船锚绞车、绞车电机、减速器，电机转动时通过减速器驱动船锚绞车转动，实现所述船锚的起降。

混合动力控制器为已知产品，是由电源控制器LWSLAM-400W-12V、电源逆变器CARMAER-500W构成。其中电源控制器将风力发电机和太阳能发电机、汽油发电机输出的交流电转换为直流电，同时起到稳压和变压的作用，电源控制器还有显示剩余电量的功能；电源逆变器将直流电转变为交流电的功能。

风力发电机是现有已知产品，是将风能转换为机械功，机械功再带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。其由叶片、机头、转体、尾翼组成，叶片用来接受风力并通过机头转为电能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能。

汽油发电机是现有已知产品是当能源不足时，给电动船补充能源，如型号为ONOFF-3000W，其以汽油为燃料，以汽油机为原动力驱动发电机运转，将汽油的化学能转化为电能的动力机械。其由汽油机、发电机、中央控制器、燃油箱、保护装置等组成。汽油机气缸内燃料通过复杂的物理化学变化，对活塞做功带动曲轴旋转；同时驱动同轴安装的发电机转子，利用“电磁感应”原理，发电机输出感应电动势，经闭合负载回路产生电流。

微纳米气泡发生器为已知产品，由控制电路、水泵、气泵、电磁阀、压力传感器、进水管、喷嘴、混合室等组成。微纳米气泡发生器工作时，喷嘴浸没于水中，气泵置于水面上通过输气管为装置供气，同时水泵将水与进气口进来的空气混合后被吸入到混合室中，在水泵叶轮涡流作用下压力上升，水中的气泡逐渐溶解在水中，当经水泵增压后的含大量过饱和空气的水流经喷嘴出口的节流孔时，流速加快，压力迅速降低，溶解在水中的空气被迅速释放出来，生成大量微纳米级别的气泡。

激光雷达是以激光为工作光束的雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。它是由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送给中央控制器来驱动船体避开障碍物。

视频摄像机采集视频并通过中央控制器对视频图像进行处理，将采集到的水域自动识别信号通过控制所述驱动装置完成自动移动，避免水域供氧不均匀，可节约能量。

水下声纳即声纳探测仪是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的探测设备。

GPS传输天线将卫星信号通过GPS卫星定位传感器传输给中央控制器，确定当前电动船的位置坐标；同时GPRS传输天线接收人工远程控制指令，并将控制指令通过GPRS无线数传模块传输给中央控制器，确定其航行的目的地；再通过电子罗盘确定出电动船的当前方向传输给中央控制器。中央控制器分别获取GPS经纬度坐标信号、控制指令信号和电子罗盘指示的电动船当前行驶方向信号，通过处理运算，即可根据预先巡航规划设定的路线，实时驱动电动船进行自主巡航并完成水域供氧的目的。

本发明中的自供电、供氧的水面机器人的供电电源是通过风力发电机、汽油发电机和太阳能电池板进行提供，它们均通过混合动力控制器将其转化为电能，储存在锂电池中，锂电池输出的电源经多路开关电源的转换、降压等功能后再分别按需提供给螺旋桨、GPS卫星定位传感器、中央控制器、电子罗盘、激光雷达、视频摄像机、微纳米气泡发生器等工作元器件做工作电源，用来驱动并控制自供电、供氧的水面机器人行驶，通过自主巡航完成区域内水域的供氧功能，使污染水域内的水质得到净化或供氧修复的目的。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用风能、太阳能及汽油做为燃料提供混合动力供自供电供氧机器人提供工作能量，充分利用风能和太阳能的自然清洁能源，同时汽油发电机保证所述自供电供氧水面机器人能够不受阴雨天气或高负荷工作影响，全天候工作，提高供氧工作效率。

2、本发明通过微纳米气泡发生装置能够实现任意水域的自供氧功能，通过自动避障和自主导航控制系统实现水域的智能移动控制，可实现水域高效、均匀供氧，特别是对于突发性水环境事故时，具有迅速、远程控制，从而可保证工作人员的人身安全，减少人员的投入，降低人工成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的后视示意图。

图3是本发明的电路原理框图。

图中：1-风力发电机，2-太阳能电池板，3-电动船，3-1船形舱体、3-2船骨架、3-3支撑板，4-半环形支撑架，5-避障检测装置，5-1激光雷达，5-2视频摄像机，5-3声光报警器，5-4水下声纳，6-传输天线，6-1-GPS传输天线、6-2-GPRS传输天线，7-螺旋桨，8-自主导航系统，9-混合动力控制器，9-1电源控制器，9-2逆变器；10-锂电池，11-多路开关电源，12-GPS卫星定位传感器，13-GPRS无线数传模块，14-电子罗盘，15-中央控制器，16-锚定装置，17-微纳米气泡发生器，18-喷嘴，19-汽油发电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，一种自供电、供氧的水面机器人，包括由锂电池10进行动力的电动船3，所述电动船3的上表面平铺有用于收集太阳能并将其转化为电能的太阳能电池板2，所述电动船3中间架设有半环形支撑架4，所述半环形支撑架4的下方悬挂有风力发电机1；所述电动船3的船舱内固设有汽油发电机19；所述太阳能电池板2、风力发电机1和汽油发电机19的输出端均通过混合动力控制器9与锂电池10连接而对其充电；所述电动船3上固设有超微米气泡发生器17，所述超微米气泡发生器17的底端设有喷嘴18。

进一步方案，所述电动船3是由两个船形舱体3-1、连接两个船形舱体3-1的船骨架3-2以及铺设于船骨架3-2上的支撑板3-3组成；所述半环形支撑架4的两底端分别固定在两个船形舱体3-1上，所述超微米气泡发生器17架设在所述支撑板3-3上，其喷嘴18穿过支撑板3-3而位于水中。

进一步方案，所述半环形支撑架4的顶端分别固定设有避障检测装置5和传输天线6；所述锂电池10的输出端通过多路开关电源11与电动船3的螺旋桨7连接驱动其工作。

进一步方案，所述电动船3上设有避障检测装置5、锚定装置16、自主导航系统8、电子罗盘14和中央控制器15，所述避障检测装置5固设于所述半环形支撑架4的顶端；所述避障检测装置5、电子罗盘14均与中央控制器15的输入端连接，所述中央控制器15的输出端分别与螺旋桨7、锚定装置16、微纳米气泡发生器17进行电连接。

更进一步方案，所述避障检测装置5包括用于避障碍物的激光雷达5-1、视频摄像机5-2、声光报警器5-3和水下声纳5-4；所述激光雷达5-1、视频摄像机5-2、声光报警器5-3和水下声纳5-4的输出端均与所述的中央控制器15进行电连接，所述视频摄像机5-2采集水面视频并通过中央控制器15进行图像处理，然后驱动电动船3到达指定水域通过微纳米气泡发生器17实现水域供氧，实现水质净化或供氧修复。

进一步方案，所述自主导航控制系统8包括固设于半环形支撑架4顶端的传输天线6，所述传输天线6包括GPS传输天线6-1和GPRS传输天线6-2，所述GPS传输天线6-1的输出端通过GPS卫星定位传感器12与所述中央控制器15连接；所述GPRS传输天线6-2的输出端通过GPRS无线数传模块13与中央控制器15连接。

进一步方案，所述混合动力控制器9是由电源控制器9-1和电源逆变器9-2组成，电源控制器9-1分别将太阳能电池板2、风力发电机1和汽油发电机19所产生的交流电转换成直流电，再通过电源逆变器9-2转换成交流电。

如图3所示，太阳能电池板2和风力发电机1分别将自然的太阳能和风能收集起来，通过混合动力控制器9进行转化为电能，汽油发电机19在太阳能电池板2和风力发电机1所产生的电能供应不足的情况下使用，它们均通过混合动力控制器9进行转化为电能，然后全部输入锂电池10中进行储存。锂电池10通过多路开关电源11进行转换、调压成适配的电压分别给电动船3的螺旋浆7和微纳米气泡发生器17进行供电，驱动电动船3行驶，驱动微纳米气泡发生器17工作为水域进行供氧。

其中GPS传输天线6-1是接收卫星信号，以确定当前电动船3的经纬度；GPRS传输天线6-2是用于接收人工远程控制信号，以控制电动船3将要到达的位置信号；而电子罗盘14是为了确定电动船3的当前方向。中央控制器15分析处理这三路信号，并驱动螺旋浆7进行工作，驱动电动船3进行自主巡航和水域供氧，达到水质净化或修复目的。电子罗盘14用于对电动船3的行驶方向进行识别。

本装置使用时，先由操作人员通过无线基站向电动船发送巡航目的地信号，GPRS传输天线6-2接收该信号并将其传输给中央控制器15来确定其航行的目的地，再通过电子罗盘14确定出当前的航行方向，从而根据GPS传输天线6-1提供的当前位置信息，实时驱动电动船3进行自主导航，再通过避障检测装置5及时识别水面并避开障碍物，微纳米气泡发生装置同时工作，为水域供氧，以实现水质净化或修复。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术方案作任何形式上的限制。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均仍在本发明的技术方案的范围内且属于要求保护的本发明的范围。