应用于库区水域水华监测的柔索悬吊机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明通过柔索悬吊机器人对库区水域实时监测，实现对库区水域的水华灾害的早期检测和预报。具体而言，此装置比起人工监测，卫星遥感监测和自动在线监测的常用监测手段有节省成本，提高效率的作用。
【背景技术】
[0002]随着人类工业科技的飞速发展，大量的含有大量氮、磷的工、农业及生活废弃物排入水中，使得淡水出现了富营养化，水化现象频频发生。近年来全国的各地都出现水华灾害。其蔓延的速度十分惊人，已经成为我们不可忽视的自然灾害。水华灾害发生后水中氧气变少导致水中生物死亡腐烂影响水质，从而影响人类的生产和生活。
【发明内容】
[0003]本发明针对以上问题，在库区水域搭建一个柔索悬吊机器人，机器人结构主要包括柔索控制盒、柔索、立柱及末端传感器。其中传感器根据用户所要监测的量进行选择。本发明末端搭载的是摄像头。柔索由柔索控制盒发出，通过立柱上的滑轮导入工作空间，并与末端传感器相连，通过柔索控制盒收放柔索来控制末端传感器的位置。
[0004]末端传感器搭载一摄像机进行对库区水域的24小时不间断监测。常规检测手段有人工监测，卫星遥感监测，和自动在线监测，人工监测成本大效率低，卫星遥感监测准确率不够高。采用柔索机器人监测可以大范围近距离的实时监测，有效率高准确率高的特点。
[0005]由于水华爆发过程最显著的变化就是视觉特征的变化。我们可以实时提取水面藻类视频图像，运用数字图像处理技术，通过分析水面视觉特征变化来自动判断有害藻类聚集面积的变化，可以对藻类发展进行早期监测和预报。
【附图说明】
[0006]图1三平移自由度柔索悬吊机器人；
图2柔索并联机器人几何模型；
图3库区水域柔索悬吊机器人示意图。
【具体实施方式】
[0007]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0008]图1为系统所用柔索机器人平台的结构。在该机器人系统中，该机器人结构主要包括1柔索控制盒、2柔索、3立柱、4末端执行器。系统共有四个柔索驱控制盒，每一个柔索控制盒都包括电机、运动控制器、张力传感器、外部编码器等。每根柔索连接一个控制盒和末端执行器，末端执行器上搭载着一个全景摄像机。通过控制盒来控制柔索。通过控制盒对柔索长度和张力的控制实现末端器的移动。其中末端执行器传感器根据用户所要监测的量进行选择。本发明末端搭载的有张力传感器和摄像头等。柔索由柔索控制盒发出，通过立柱上的滑轮导入工作空间，并与末端传感器相连，通过柔索控制盒收放柔索来控制末端传感器的位置。一根立柱上装有两个滑轮，并将两根柔索导入工作空间。这两根柔索、及其与滑轮的两个连接点之间的连线、与末端传感器的两个连接点之间的连线共同构成了一个平行四边形。两根柔索分别由柔索控制盒分别控制。
[0009]图2为系统的几何模型。这机器人的线路框架为:首先设计出一种能够进行3平移自由度运动的柔索悬吊机器人结构；其次，建立系统的几何模型；四根立柱标记为pl，p2，p3，p4。建立空间坐标系x-y-z。在末端执行器上以建立一个空间坐标系。然后基于平移及几何分析得到机器人运动学的解析解；接着将两根相互平行的柔索的张力和作为一个变量对柔索内张力分布进行优化；最后选择从初始点到终点关节运动时间最长的柔索作为主动关节、其他关节作为从动关节，通过上下两根平行柔索的内张力之间的关系对从动柔索进行控制。
[0010]图3库区水域柔索悬吊机器人示意图，机器人四个支架固定在库区水域，机器人的末端执行器搭载着一个全景摄像头。在水面上24小时不间断的实时监测，获取图像信息。把图像信息实时传回远程PC。经过对图像实时处理、计算。分析结果看库区水域是否发生了水华现象和将要发生水华。
【主权项】
1.应用于库区水域水华监测的柔索悬吊机器人的构成包括:柔索控制盒1、柔索2、立柱3、末端执行器(搭载着摄像头)4 ;其特征在于，通过对末端执行器在水面上的24小时不间断运动，获取不间断的图像信息；把图像信息实时传回PC ;经过对图像实时处理，计算，分析结果看库区水域是否发生了水华现象和将要发生水华。2.根据权利要求1所述，四根立柱3要固定在库区水域；末端执行器4要24小时实时的在水域上方监测获取图像信息。3.根据权利要求1所述，同一立柱3上的两根柔索2是平行的；每一根立柱3上的两柔索2之间的间距是相同的。
【专利摘要】本发明为一种应用于库区水域水华监测的柔索悬吊机器人，机器人四个支柱固定不动的。机器人末端搭载一个全景摄像机，在库区水域上方不间断的巡逻，可以24小时不间断实时监测库区水域，根据实时的图像信息来对水华灾害的早期预报和监测。此装置比起人工监测，卫星遥感监测和自动在线监测的常用监测手段有节省成本，提高效率的作用。
【IPC分类】H04N7/18
【公开号】CN105306905
【申请号】CN201510773669
【发明人】梁艳阳, 刘宏伟, 王文杰
【申请人】西南科技大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月13日