一种自动化除磷水下机器人系统

1.本实用新型属于湖泊水质净化领域，具体涉及一种自动化除磷水下机器人系统，用于对湖水除磷。


背景技术：

2.由于人类活动的影响，大量的磷营养物质流入江河、湖泊中，造成水质恶化，加剧水资源危机。目前仅将除磷剂应用于集中过滤净化和污水处理，未能应用于湖泊净化。现有的水处理除磷装置在使用过程中需人工向处理箱内投放药液，耗时耗力；且废水与药液混合不够充分，除磷效果差。因此，我们迫切需要一种新的除磷效率高、除磷效果好、适用于湖泊除磷的装置。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种自动化除磷水下机器人系统，该系统能适用于湖泊的除磷，且除磷效率高，除磷效果好。
4.本实用新型所采用的技术方案是：
5.一种自动化除磷水下机器人系统，其包括水处理单元、驱动单元、自动控制单元；
6.所述水处理单元，用于对湖泊的含磷水进行除磷处理，其包括过滤室、杂质存放室、吸附室、电泵室；所述过滤室的进水端与湖泊连通，过滤室通过排渣口与杂质存放室连通，过滤室通过第一出水口与吸附室连通，吸附室通过第二出水口与电泵室连通；所述过滤室内设有滤网，所述吸附室内均匀铺设有吸附剂，所述电泵室内设有电泵，电泵将电泵室内的水从电泵室上的第三出水口排出至湖泊；
7.所述驱动单元由自动控制单元控制，用于使整个系统上下游动、平移游动和水底移动；
8.所述自动控制单元包括远程自动控制端、用于测量磷浓度的水质传感器、用于测量系统距离的红外线测距传感器，所述水质传感器、红外线测距传感器将采集的信号传递给远程自动控制端，远程自动控制端根据上述数据控制驱动单元工作；
9.所述水处理单元、远程自动控制端置于壳体内，所述驱动单元、水质传感器、红外线测距传感器置于壳体上。
10.更进一步的方案是，所述自动化除磷水下机器人系统还包括安设在壳体内的储能单元，所述储能单元为水处理单元、驱动单元、自动控制单元供电。
11.更进一步的方案是，所述储能单元包括太阳能蓄电池，采用太阳能蓄电池可节约能源。
12.更进一步的方案是，所述过滤室内设有多层不同孔径的滤网，以及安装在滤网上用于清除杂质的电动刷。电动刷可定时自左向右移动，将滤网上吸附的杂质通过排渣口清扫至杂质存放室中，从而防止堵塞。
13.更进一步的方案是，所述滤网有三层，且从进水端到第一出水口端方向，滤网的孔
径逐渐增大，以便于过滤湖水中的杂质。
14.更进一步的方案是，第一层滤网的孔径为2.5-3.5mm，第二层滤网的孔径为0.65-0.75mm，第三层滤网的孔径为0.0005-0.002mm，以便更好的除磷。
15.更进一步的方案是，所述吸附剂为ferrolox；吸附剂ferrolox为一种颗粒状氢氧化铁，具有高吸附容量,完全吸附时间不到3分钟，可使磷浓度达到小于0.05ppm，且可再生和回收，经济高效，节能环保。
16.更进一步的方案是，所述驱动单元包括上下游动驱动机构、平移游动驱动机构和水底移动驱动机构；
17.所述上下游动驱动机构包括第一螺旋桨、用于带动所述第一螺旋桨旋转的第一电机；所述第一螺旋桨安设在壳体顶部，通过第一联轴器、第一旋转轴与第一电机连接；自动控制单元控制第一电机工作，从而控制第一螺旋桨旋转，进而控制系统上下游动(第一电机正转实现上浮，第一电机反转实现下沉)；
18.所述平移游动驱动机构包括第二螺旋桨、用于带动所述第二螺旋桨旋转的第二电机；所述第二螺旋桨有两个，分别安设在壳体左右两侧，两个第二螺旋桨分别通过第二联轴器、第二旋转轴与第二电机连接；自动控制单元控制第二电机工作，从而控制第二螺旋桨旋转，进而控制系统平移游动；
19.所述水底移动驱动机构包括伸缩杆、轮子和第三电机，伸缩杆的一端固定在壳体上，另一端与轮子连接；所述第三电机控制轮子行走；自动控制单元控制伸缩杆伸缩；控制单元控制第三电机工作，进而控制轮子行走。
20.更进一步的方案是，伸缩杆共四个，在壳体底部对称排列，通过调整伸缩杆高度可实现控制系统高度，从而控制进水端高度。
21.更进一步的方案是，所述自动控制单元还包括用于测量第一螺旋桨转速的第一转速传感器和用于测量第二螺旋桨转速的第二转速传感器，第一转速传感器安设在第一旋转轴上，第二转速传感器安设在第二旋转轴上；第一转速传感器、第二转速传感器将采集的数据传递给远程自动控制端，远程自动控制端根据该数据控制第一螺旋桨和第二螺旋桨的转速，从而控制系统的上下游动速度、平移游动速度。
22.更进一步的方案是，所述远程自动控制端采用gprs/cdma与水质传感器进行通信。
23.更进一步的方案是，所述红外线测距传感器有3个，其中两个分别安设在壳体的两侧(左右两侧螺旋桨安装口)，另一个安设在壳体底部；以便检测系统距离湖底和湖壁的距离，确保系统安全，以及更好的达到除磷效果。
24.本实用新型的有益效果在于：
25.结构简单，自动化程度高，在使用时，可将湖泊底部中含磷量高的水体进行收集，并通过多层过滤作用与吸附作用将水体磷浓度达到小于0.05ppm，符合《地表水环境质量标准》gb3838-2002中地表ⅰ类；
26.通过设置上下游动驱动机构、平移游动驱动机构、水底移动驱动机构，能简单方便地使系统达到磷浓度超标区域，操作非常简单；
27.通过水质传感器监测水中离子浓度，发送离子浓度到自动控制室(远程自动控制端)，以此控制系统移动到磷浓度超标区域，在有效除磷的同时实现了自动化除磷，环保高效；
28.通过红外线测距传感器检测系统距离湖底和湖壁的距离，从而达到控制进水高度的效果，也保护了系统，提高了整个系统的使用寿命；
29.通过控制第一电机的旋转速度，便能够控制系统上下浮动的速度，能够满足多种情况需求，更具人性化；
30.本实用新型造价低，水下除磷效果好，效率高，可同时适用于多种规模的湖泊，应用前景良好。
附图说明
31.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
32.图1为自动化除磷水下机器人系统的爆炸结构示意图；
33.图2为过滤网、电动刷的结构示意图；
34.图3为排渣口示意图；
35.图4为自动化除磷水下机器人系统的立体结构示意图；
36.图5为自动化除磷水下机器人系统的主视结构示意图；
37.图6为自动化除磷水下机器人系统的俯视结构示意图；
38.图7为自动化除磷水下机器人系统的另一个视角结构示意图。
39.图中：1、第一螺旋桨；2、自动控制室；3、右侧红外线测距传感器；4、左侧红外线测距传感器；5、过滤室；6、进水端；7、第一层滤网；8、第二层滤网；9、第三层滤网；10、电动刷；11、吸附室；12、第一出水口；13、吸附剂；14、第二出水口；15、电泵室；16、电泵；17、第三出水口；18、杂质存放室；19、左侧第二螺旋桨；20、右侧第二螺旋桨；21、壳体底部；22、太阳能蓄电池；23、轮子；24、顶部红外线测距传感器；25、排渣口。
具体实施方式
40.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
41.参见图1-图7，一种自动化除磷水下机器人系统，其包括壳体、水处理单元、驱动单元、自动控制单元、储能单元。
42.水处理单元安设在壳体内，用于对湖泊的含磷水进行除磷处理，其包括过滤室5、杂质存放室18、吸附室11、电泵室15。过滤室5的进水端6与湖泊连通，过滤室5通过排渣口25与杂质存放室18连通，过滤室5通过第一出水口12与吸附室11连通，吸附室11通过第二出水口14与电泵室15连通。过滤室5内设有滤网，吸附11室内均匀铺设有吸附剂13，电泵室15内设有电泵16，电泵16将电泵室15内的水从电泵室15上的第三出水口17排出至湖泊。在较佳实施例中，为了更好的实现过滤，滤网有三层，且从进水端到第一出水口端方向，滤网的孔径逐渐增大，具体为：第一层滤网7的孔径为3mm，第二层滤网8的孔径为0.7mm，第三层滤网9的孔径为0.001mm。为了便于将吸附室内的杂质排出，可在每层滤网上设置用于清除杂质的电动刷10，电动刷10可定时自左向右移动，此时排渣口25打开，使滤网上吸附的杂质被电动刷10清扫至杂质存放室18中，从而防止堵塞，当杂质积累到一定程度后，需要取出清理杂质存放室18。吸附剂13选用ferrolox，为一种颗粒状氢氧化铁，具有高吸附容量，是从水中去
除磷酸盐的经济高效的材料，其独特的吸附性能可使磷浓度达到小于0.05ppm，符合《地表水环境质量标准》gb3838-2002中地表ⅰ类，同时，ferrolox可重复使用，节能环保，经济高效，吸附剂13的吸附范围为ph《9，最佳吸附ph为6-7，能够满足湖泊的ph范围。
43.驱动单元由自动控制单元控制，用于使整个系统上下游动、平移游动和水底移动；其包括上下游动驱动机构、平移游动驱动机构和水底移动驱动机构。上下游动驱动机构包括第一螺旋桨1、用于带动第一螺旋桨1旋转的第一电机；第一螺旋桨1安设在壳体顶部，通过第一联轴器、第一旋转轴与第一电机连接；自动控制单元控制第一电机工作，从而控制第一螺旋桨1旋转，进而控制系统上下游动(第一电机正转实现上浮，第一电机反转实现下沉)。平移游动驱动机构包括第二螺旋桨(左侧第二螺旋桨19、右侧第二螺旋桨20)、用于带动第二螺旋桨旋转的第二电机；左侧第二螺旋桨19、右侧第二螺旋桨20)分别安设在壳体左右两侧，并分别通过第二联轴器、第二旋转轴与第二电机连接；自动控制单元控制第二电机工作，从而控制第二螺旋桨旋转，进而控制系统平移游动。第二螺旋桨旋转时产生的动力的方向和第一螺旋桨1所产生动力的方向相互垂直。水底移动驱动机构包括伸缩杆、轮子23和第三电机。伸缩杆长10～15cm，其一端固定在壳体底部21上，另一端与轮子23连接；在较佳实施例中，伸缩杆共四个，在壳体底部21对称排列，通过调整伸缩杆高度可实现控制系统高度，从而控制进水端6高度；第三电机控制轮子23行走；自动控制单元控制伸缩杆伸缩；自动控制单元控制第三电机工作，进而控制轮子行走。
44.自动控制单元包括远程自动控制端、用于测量磷浓度的水质传感器、用于测量系统距离的红外线测距传感器、用于测量第一螺旋桨转速的第一转速传感器和用于测量第二螺旋桨转速的第二转速传感器。远程自动控制端安设在壳体内的自动控制室2内。水质传感器安设在壳体上。红外线测距传感器有3个(右侧红外线测距传感器3、左侧红外线测距传感器4、顶部红外线测距传感器24)，右侧红外线测距传感器3、左侧红外线测距传感器4分别安设在壳体的两侧的左右两侧螺旋桨安装口，顶部红外线测距传感器24安设在壳体底部21；以便检测系统距离湖底和湖壁的距离。水质传感器、红外线测距传感器、转速传感器将采集的信号传递给远程自动控制端，远程自动控制端根据上述数据控制驱动单元工作。
45.储能单元安设在壳体内，为水处理单元、驱动单元、自动控制单元供电。在较佳实施例中，储能单元包括太阳能蓄电池22，采用太阳能蓄电池可节约能源。为了减少系统整体的重量，只在壳体内设置一个太阳能蓄电池22，此太阳能蓄电池22工作时长为20～24小时，能够同时为第一电机、第二电机、电动刷10、电泵16供电，电量不足时可取出充电。太阳能蓄电池22与各机构间通过导电探针电性连接，不采用导线的连接方式，使得系统内部结构相对简单，并且具备很好的导电性，提高了系统运行的稳定性，避免了在转动过程中出现多组导线相互缠绕而导致供电不稳定甚至电机烧毁的情况，从而影响系统连续运行。
46.采用上述自动化除磷水下机器人系统进行湖泊除磷的方法，其包括如下步骤：
47.1)、启动上下游动驱动机构、平移游动驱动机构，使整个系统移动到达水下；
48.2)、通过红外线测距传感器测量系统到水下距离，远程自动控制端根据红外线测距传感器传来的数据控制系统到合适距离后，调节伸缩杆高度；通过水质传感器监测水中离子浓度，并将检测的结果发送给远程自动控制端；
49.3)、远程自动控制端控制驱动单元工作，使整个系统移动到磷浓度超标区域；进水端打开，待处理湖水从进水端进入过滤室；
50.4)、湖水通过多层滤网的过滤作用后通过第一出水口进入吸附室，过滤后的杂质留在滤网表面，通过滤网表面的电动刷将杂质送入杂质存放室；
51.5)、通过吸附剂对过滤后的磷酸盐进行吸附；
52.6)、在电泵作用下将吸附剂处理后的水体通过第三出水口排出至湖中；
53.7)、重复上述步骤。
54.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。