专利汇可以提供一种用于煤矿沉陷区水资源监测的新型水域测量机器人专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种用于 煤 矿沉陷区 水 资源监测的新型水域测量 机器人 ,它由地面基准站、遥控器和测量机器人三大部分组成。地面基准站与测量机器人之间通过GPS、捷联惯性导航进行 信号 、数据传输和自动控制;遥控器在复杂水域对测量机器人进行控制。在根据沉陷水域的复杂程度划分的开阔水域和漂浮障碍物水域中,测量机器人工作状态分别是水上和水下。本 发明 是一种考虑矿区沉陷水域复杂环境,将GPS技术、捷联惯性导航技术、 声波 测深技术、 试剂 法检测水质技术相结合的多功能测量机器人,具有体积小、易运输的优点。通过设定机器人的航线和工作状态可获得矿区特殊水域环境下的包括水深、水下地形、水质等多种水资源数据,为矿区水资源合理利用提供一种良好的监测平台。,下面是一种用于煤矿沉陷区水资源监测的新型水域测量机器人专利的具体信息内容。
1.一种用于煤矿沉陷区水资源监测的新型水域测量机器人,其特征在于,它包括地面基准站、遥控器和新型水域测量机器人;基准站架设在钛合金三脚架上,中心对准在岸上的基准点上,新型水域测量机器人在水中,地面基准站与测量机器人之间通过GPS信号、数据通信信号连接,属于无线传输和无线通信,通过地面基准站或遥控器来控制新型水域测量机器人进行数据采集工作;测量机器人的工作状态分为水上状态和水下状态,当沉陷水域水面开阔无障碍物时,测量机器人为水上工作状态,当水上有大面积杂草覆盖或网箱等漂浮障碍物时,测量机器人为水下作业状态。在大面积开阔水域的水上作业和水下作业时均采用航线规划模式,由基准站进行控制;在小型水域,河道型水域测量时采用遥控器模式,由遥控器人为进行控制。
2.如权利要求1所述的一种用于沉陷水域水资源监测的新型水域测量机器人由地面基准站、遥控器和测量机器人三大部分组成。三者之间的关系是:新型水域测量机器人在沉陷水域进行工作,地面基准站假设在地面控制点上,基准站和测量机器人之间通过GPS信号、无线电数据通信信号进行连接,并对测量机器人进行控制,其中测量机器人主要由地面基准站进行控制,遥控器进行辅助控制。
3.如权利要求2所述的基准站,其特征在于,基准站由一个塑料外壳、一些基本外部结构以及10个主要内部模块构成。外部塑料外壳是倒立正四棱台式形状,外部基本结构包括电源,菜单,机器人操控微键盘,圆水准器,管水准器,连接孔,液晶显示屏,GPS基准站天线,呈塔状结构,外部涂有防水材料。12个主要内部结构分别是GPS模块,数据存储模块,数据管理模块,程序设置模块,机器人控制模块,模式规划模块,捷联惯性导航控制模块,屏幕显示模块,速度控制模块,地图搜索模块,GPS连接模块,机器人控制连接模块。
基准站电池组采用徕卡GEB242锂电池,电池盒按照电池形状设计,并根据电池供电情况选择合适的电路电线。
菜单栏可以调出程序设置界面、数据管理界面、机器人控制界面、模式规划界面、速度设置界面、新建文件夹和作业界面,GPS连接界面,机器人控制连接界面。
基准站外部微键盘由0-9的数字键盘、#和*两个符号键、A-Z的字母键盘、上下左右等方向键以及回退键组成。无需数字和字母之间的切换选择,方便快捷。
光学对中器采用中海达GPS基座制造的光学对中器,该对中器主要用于基准站中GPS系统中心对准基准站控制点中心。
圆水准器采用徕卡全站仪制造的圆水准器,该圆水准器主要用于基准站的粗略整平。
管水准器采用徕卡全站仪制造的管水准器,该管水准器主要用于基准站的精确整平。
液晶显示屏采用点阵LCD液晶显示屏,型号为QMLY631,安装在塑料外壳的管水准器左上方凹槽内,显示器与程序设置模块、数据管理模块、机器人控制模块、模式规划模块、地图搜索模块以及速度控制模块等用数据线相连接。相关程序之间通过数据线相连接。液晶显示屏表面采用一层防水、不沾水保护膜设计,以满足在小雨天气仍能工作的需求。
基准站GPS系统采用中海达iRTK主机中的主要模块并固定于基准站内部,其通信天线固定于塑料外壳顶端。
数据存储系统为数据库系统,可与基准站进行数据共享并能给基准站数据存储系统传输数据,进而由基准站的SD卡导出数据。
速度控制系统主要通过设置相关程序对机器人的喷水装置的喷水速度进行控制进而达到航行速度的控制。
模式规划系统主要由航线规划模块和遥控器控制模块构成,航线规划模块又由嵌入式地图搜索系统和航线规划系统构成。实际测量时,若选择航线规划模式,则需要根据嵌入的地图进行搜索水域,根据水域形状和范围规划航行路线并设置相应的航行速度;若选择遥控器控制模式,则航行路线和航行速度均有遥控器进行控制。航线规划模式具有可执行优先权信号反馈机制,即在测量机器人完成自动避障后收到反馈信号保证测量机器人仍按照原先设定路线航行。
捷联惯性导航系统采用基于环形激光陀螺技术的捷联惯性导航系统——NATO SNIS,这种惯性导航系统采用3个机载等级环形激光陀螺和3个高精度力反馈摆式加速度计,这些惯性仪表被封装在敏感器内,单个的温度传感器用于陀螺和加速度计的在线实时温度补偿。在水面上测量时,系统可以接受GPS流动站提供的定位更新,其内部集成的卡尔曼滤波器将这些信息进行处理后用于辅助惯性导航系统导航并约束系统时间累积误差。
4.如权利要求2所述的遥控器,其特征在于,遥控器分为外部结构和内部模块。外观结构包括方向操纵杆,电池组盒,电源按键,浮力大小控制旋钮,速度控制旋钮,悬停控制开关。遥控器内部结构由方向控制系统,电路系统,浮力控制系统,速度控制系统构成。浮力控制旋钮所标刻度为相应浮力所能保持的潜水深度,可根据实际调研结果旋转浮力控制旋钮来设置合适的潜水深度。
遥控器所用电池采用通用5号南孚电池。
5.如权利要求2所述的测量机器人,其特征在于,测量机器人包括一个钛合金外壳,一些基本外部结构和12个主要内部结构。外部钛合金外壳为一个类似鲸鱼状的UAV型外壳,基本外部结构包括引擎盖,防撞橡胶护栏,GPS流动站,GPS流动杆,传输天线,喷水推进器,离子探测器,GPS-机器人连接线,浮力气囊,防水连接口。内部结构分别是捷联惯性导航模块,声波测深模块,障碍探测器,自动避障模块,数据传输模块,多离子探头水质检测模块,浮力控制模块,电池组盒,机器人控制接收模块,故障预报模块。
防撞橡胶护栏采用天然橡胶作为防撞橡胶护栏的主要材料来源,确保可以有效减震,防撞。
GPS流动站中的GPS系统采用中海达iRTK接收机中的主要系统和部件,GPS与机器人的连接线接口分别位于流动站底部和机器人上方外壳边缘,机器人上的接口进行隔水措施处理。
GPS流动杆采用轻便的碳素钢管,上下都有连接头,分别与GPS流动站和机器人外壳进行连接。
传输天线采用塔式结构,外部涂有防水材料,与机器人外壳接口处采用隔水螺片,防止机器人内部进水。
喷水推进器是用水泵作动力,将水从机器人尾部下端底孔吸入,经输水管子,把水从机器人尾部后方向排出,靠水的反作用力来推进船舶。具有操纵性能好,装有喷水推进器的新型水域测量机器人可以方便地转向,机动性好并且是喷水推进器不受吃水影响,可在浅水水域航行。
多离子探测器/多离子探头水质检测模块采用多种投入式离子探测器,用于探测水体中的溶解氧、叶绿素A、氨氮等元素含量,投入式离子探测器可输出RS485信号,具有较强抗干扰性,传输距离远,数据传输采用Modbus通信协议,可与其他设备集成和组网。共安装测量溶解氧,叶绿素A,氨氮化合物,镉四种离子探测器。
浮力控制系统由充放气气囊,椭球形塑料固定外壳,具有磁性的充放气活塞,控制活塞运动的继电器组成。浮力控制气囊的活塞能够在遥控器浮力控制旋钮中控制放气量来确保不同的潜水深度,其中最大浮力要确保机器人机身一半在水面之上。
捷联惯性导航模块采用基于环形激光陀螺技术的捷联惯性导航系统——NATO SNIS,这种惯性导航系统采用3个机载等级环形激光陀螺和3个高精度力反馈摆式加速度计,这些惯性仪表被封装在敏感器内,单个的温度传感器用于陀螺和加速度计的在线实时温度补偿。在水面上测量时,系统可以接受GPS流动站提供的定位更新,其内部集成的卡尔曼滤波器将这些信息进行处理后用于辅助惯性导航系统导航并约束系统时间累积误差。
声波测深模块采用型号为MH-SY/SF的分体式声波测深仪作为测深系统封装在测量机器人的塑料外壳内部,其中声波换能器需要插入水中,在安装时,将声波换能器外露,并且周围采用防水橡胶圈,确保机器人外壳内部的绝对无水状态。这种测深仪工作水流速度最大为3m/s,因此在进行测量工作时,需要根据实测水流速度数据控制好机器人航线速度。
障碍探测器/自动避障模块采用纳雷科技测距雷达防碰撞方案,即采用1+N个测距雷达,一个长距离测距雷达和N个中短距离测距雷达进行组合作为测量机器人的障碍探测和防碰撞系统。自动避障完成后会向基准站系统发射自动避障完成反馈信号。
数据传输模块数据传输模块通过数据线与数据存储模块、传输天线、GPS-机器人连接线、电源线分别相连接。
机器人控制接收模块机器人控制接收模块与传输天线和GPS机器人连接线通过数据线相连接。
故障预报模块主要分为电力供应异常报警器。
6.如权利要求5所述的测量机器人采用鲸鱼形状的外壳主要是有利于机器人在水中行进更加顺畅,减小水体阻力作用。
7.如权利要求5所述的测量机器人采用钛合金外壳大大减小测量机器人自身重量,方便搬运,同时减小了气囊提供最大浮力时所占体积;钛合金和钢的强度相当,并且有记忆功能,可以有效吸收碰撞产生的震动,很好的保护了内部器件,即使外部在碰撞后有微小变形也能恢复原始状态。
8.如权利要求1所述的一种用于煤矿沉陷区水资源监测的新型水域测量机器人可以在大面积开阔水域进行不同深度水体质量的探测,进而利用相关软件绘制不同深度的水质分布图,给工程应用和科研提供更加完整丰富的数据资料。
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