[发明专利]一种库区水下地形及水质指标探测机器人

摘要

一种库区水下地形及水质指标探测机器人，它包括地面基站系统和机器人系统；地面基站系统在岸上，机器人系统在水中，地面基站系统与机器人系统之间通过电缆连接，通过地面基站系统来控制机器人系统进行工作；机器人系统的工作状态分为水上状态和水下状态，当需要绘制水下地形图时，机器人系统工作状态为水上状态；当需要测量水下水质指标和获取水下影像时，机器人系统工作状态为水下状态；本发明是一种整合了GPS与ADCP技术的多功能机器人，体积小，重量轻，成本低，便于运输，只需一人就能完成机器人系统的操作。机器人系统通过改变工作状态，可对水下地形进行测绘并获得多种水质数据，为科研活动的开展提供了良好的平台。

主权项

一种库区水下地形及水质指标探测机器人，其特征在于：它包括地面基站系统和机器人系统；地面基站系统在岸上，机器人系统在水中，地面基站系统与机器人系统之间通过电缆连接，通过地面基站系统来控制机器人系统进行工作；机器人系统的工作状态分为水上状态和水下状态，当需要绘制水下地形图时，机器人系统工作状态为水上状态；当需要测量水下水质指标和获取水下影像时，机器人系统工作状态为水下状态；所述地面基站系统包括1个金属外壳主体和6个模块；6个模块包括：机器人操控模块、GPS基准站模块、浮力控制模块、数据传输模块、计算机处理模块、电力模块；该6个模块整合固定在金属外壳主体内，并通过数据线相互连接；该金属外壳主体形状为长方体，地面基站系统的各模块通过金属外壳主体内部的卡槽固定在金属外壳主体内部；金属外壳主体上部有穿孔，GPS基准站天线从孔中穿出，天线外部用防水材料包裹，防止天线受损；该机器人操控模块是由航模遥控器改进而成，包括动力控制和方向控制，控制机器人的航行速度和航行方向；该遥控器嵌于金属外壳主体的凹槽内，操控机器人系统时，从槽中取出，遥控器的电线连接于地面基站系统总线上；该GPS基准站模块是GPS基准站仪器，采用SPS985RTK GPS接收机；将其主体部分剥离并固定于金属外壳主体内，GPS天线安装于金属外壳主体上部突出的部分，该GPS基准站仪器的电线连接于地面基站系统总线上；该浮力控制模块由充气泵和控制系统组成，该充气泵是YD‑3036，它独立于金属外壳主体之外，对机器人浮力气囊充气；该控制系统由机械手柄和模数转换器组成，机械手柄可实现“推、拉”两种运动形式，模数转换器将这两种运动形式转化为两种不同的电信号传输给机器人系统，进而控制机器人尾部活塞的运动，该控制系统电线连接于地面基站系统总线上；该数据传输模块包括控制电缆和数据电缆，两种电缆包于一根PVC塑料软管中；电缆连接地面基站系统总线和机器人系统总线，控制电缆用于控制机器人的运动及其上仪器的活动，数据电缆用于机器人系统与地面基站系统之间的数据传输；该计算机处理模块包括显示器、处理器和存储器，三者之间通过数据线相互连接；该显示器是型号为RT825143RYT字符点阵液晶显示屏，它固定于金属外壳主体外表面的凹槽内，用于显示通过数据传输电缆从机器人传到地面基站的测量数据；该处理器是RK2606芯片，固定于金属外壳主体内，用于测量数据的处理与显示；该存储器固定于金属外壳主体内，分为RAM和ROM，用于测量数据的存储，设有RS232接口，通过RS232接口将数据导出到外部计算机中；该电力模块是电源接口和可充电锂电池组，固定于金属外壳主体内；当工作量较小时，用可充电锂电池组给地面基站和机器人供能；当工作量较大时，接通外部电源给地面基站和机器人系统供能；所述机器人系统包括金属框架和6个模块：动力模块、浮力模块、GPS流动站模块、ADCP仪、传感器模块和影像模块；浮力模块包围在金属框架外圈；GPS流动站模块、ADCP仪和传感器的主体密封于金属工作舱内，该工作舱通过支架固定在金属框架内部前端，GPS流动站天线从工作舱上部小孔穿出，ADCP换能器、传感器探头和影像模块固定于工作舱下部，当机器人系统漂浮在水面上时，工作舱的二分之一没于水面之下，以保证ADCP换能器、传感器探头和影像模块总是处于水面之下的；动力模块用支架固定在金属框架内部后端；该金属框架为密封的椭圆形，材料采用铝合金；金属框架周围是浮力气囊，用来实现机 器人系统水上状态和水下状态的切换；金属框架内部用金属支架固定一前一后两个密封的工作舱，放置诸模块；该动力模块包括电机、螺旋桨和舵；电机密封于机器人椭圆金属框架后部的工作舱内，用于驱动螺旋桨和舵工作；螺旋桨和舵位于金属框架尾部，水面以下，实现机器人系统的航行；该电机是60KTYZ齿轮减速永磁同步电动机；该螺旋桨是船外机螺旋桨；该舵是小型平衡舵；该浮力模块包括椭圆金属框架外部的浮力气囊和与气囊相通的置于尾部的活塞；浮力气囊由TUP材料制作，由金属支架固定包裹在椭圆金属外部框架外圈，气囊上有用于充气的开孔，充气后气囊产生的最大浮力要保证整个机器人系统能够浮在水面上；浮力气囊内安装有压力感受器，由地面基站计算机显示气囊内压强；气囊靠近电机的两侧部分安装有活塞，活塞是金属材质，由电机驱动，通过自身运动改变浮力舱体积大小，进而控制浮力大小；该GPS流动站模块是SPS985RTK GPS接收机；其天线用防水材料包裹，与GPS基准站配合测定机器人的空间坐标；该GPS流动站模块、ADCP仪、传感器模块和影像模块静态密封于椭圆金属框架前部的工作舱内；该ADCP仪是StreamPro便携式微型声学多普勒流速剖面仪，其换能器安装在工作舱下表面，用于测量水深、流速；该传感器模块是W‑Multi‑10型水质传感器，包括电导率、浊度、PH、溶解氧和温度传感器，其探头透过工作舱下表面的小孔透出，用于水质检测；该影像模块包括防水强光灯、防水摄像头和防水强光灯；防水摄像头固定于摄像头俯仰云台上，用于实时影像的获取；机器人系统总线从金属框架的底部导出，与地面基站系统相连，为防止与螺旋桨发生缠绕，将导出的电线固定在舵的一侧。