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可下潜式水域监测 机器人和方法

阅读：1037发布：2020-06-16

专利汇可以提供可下潜式水域监测机器人和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种可下潜式水域监测机器人和方法，摄像部、浮力部、天线部、竖直推进器、水平推进器、电路舱和传感器舱均安装于支架上；摄像部与电路舱连接，将水面和水下的影像拍摄后传输给电路舱；由天线部发射电路舱传输的信号，电路舱控制竖直推进器和水平推进器的驱动，接收传感器舱发送的传感信号；所述浮力部使得机器人在静止状态时，水面没过竖直推进器的上表面1mm-5mm；所述竖直推进器至少设置4个，分别在支架的四角处，使机器人上浮水面和下潜于水中；所述水平推进器至少设置2个，于支架的一侧，使机器人前进、后退和转向。本发明自动水面巡航并进行环境监测，还能进行垂直下潜，获取不同水层的传感器数据和水下影像。，下面是可下潜式水域监测机器人和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种可下潜式水域监测机器人，其特征在于，包括摄像部、浮力部、天线部、竖直推进器、水平推进器、电路舱、传感器舱和支架，其中，
所述摄像部、浮力部、天线部、竖直推进器、水平推进器、电路舱和传感器舱均安装于支架上；摄像部与电路舱连接，将水面和水下的影像拍摄后传输给电路舱；电路舱还与天线部、竖直推进器、水平推进器和传感器舱分别连接，由天线部发射电路舱传输的信号，电路舱控制竖直推进器和水平推进器的驱动，接收传感器舱发送的传感信号；所述浮力部使得机器人在静止状态时，水面没过竖直推进器的上表面1mm-5mm；所述竖直推进器至少设置4个，分别在支架的四角处，使机器人上浮水面和下潜于水中；所述水平推进器至少设置2个，于支架的一侧，使机器人前进、后退和转向。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述传感器舱中至少设置高度传感器、深度传感器和水质传感器，均与电路舱连接，高度传感器检测距海底的高度，深度传感器检测机器人于水中的深度，水质传感器检测水中的pH值、温度和浊度。
3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述电路舱中设置控制电路、GPS信号模块、电池电量ADC模块、电子罗盘信号采集模块、视频采集模块、电机驱动控制模块和网络模块，其中，
所述控制电路与GPS信号模块、电池电量ADC模块、电子罗盘信号采集模块、视频采集模块、电机驱动控制模块和网络模块分别连接，所述GPS信号模块将机器人的位置信息传输给控制电路，由控制电路发送给网络模块进行与遥控终端的通信；所述电池电量ADC采集模块包括电池和电量采集电路，电量采集电路对电池的状态进行采集，发送给控制电路；所述电子罗盘信号采集模块对航向和方位角进行采集后传输给控制电路；所述视频采集模块将摄像部传输的视频信号进行处理后发送给控制电路；所述电机驱动控制模块由控制电路控制，进而控制竖直推进器和水平推进器的转向和转速。
4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述控制电路通过输出PWM信号控制竖直推进器和水平推进器。
5.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述GPS信号模块和电子罗盘信号采集模块通过串口与控制电路连接。
6.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述视频采集模块通过USB口与控制电路连接。
7.一种权利要求1-6之一所述机器人的水域监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10，将机器人置于水域中，确保静止时水面没过竖直推进器；
S20，通过遥控终端与电路舱通信，写入航行任务；
S30，机器人在水面航行，同时通过摄像部和水质传感器对水域进行监测，遥控终端可实时查询监测数据、水面影像以及机器人状态；
S40，机器人通过竖直传感器驱动下潜，水平推进器驱动前进、后退和转向，下潜过程中，由深度传感器监测深度、高度传感器监测离底高度，将数据传输给电路舱，对竖直传感器和水平推进器进行反馈控制；
S50，根据事先写入的任务程序，在水层中进行停留以获取预设时间长度内的监测数据；
S60，本次下潜任务完成后机器人上浮，向遥控终端发送水层中获取的影像和监测数据，并继续进行航行监测。

说明书全文

可下潜式水域监测 机器人和方法

技术领域

[0001] 本发明属于水下作业领域，特别涉及一种可下潜式水域监测机器人和方法。

背景技术

[0002] 传统的水面监测无人船只能在水面上进行监测，无法完整的获取不同深度的监测数据和影像。

[0003] 水域水质监测对于及早发现水域污染并进行及时的处理和保护都有着重要的意义。现有水域环境监测方式主要有现场人工采样、专用监测船或浮标原位监测的方式，这些方式存在着消耗大量劳动力、监测效率低和成本高等缺点，因此，开发一种能够实时有效的进行水域水质环境监测的系统对于环境保护和大范围的水质监测有着重要的研究价值。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种可下潜式水域监测机器人，包括摄像部、浮力部、天线部、竖直推进器、水平推进器、电路舱、传感器舱和支架，其中，

[0005] 所述摄像部、浮力部、天线部、竖直推进器、水平推进器、电路舱和传感器舱均安装于支架上；摄像部与电路舱连接，将水面和水下的影像拍摄后传输给电路舱；电路舱还与天线部、竖直推进器、水平推进器和传感器舱分别连接，由天线部发射电路舱传输的信号，电路舱控制竖直推进器和水平推进器的驱动，接收传感器舱发送的传感信号；所述浮力部使得机器人在静止状态时，水面没过竖直推进器的上表面1mm-5mm；所述竖直推进器至少设置4个，分别在支架的四角处，使机器人上浮水面和下潜于水中；所述水平推进器至少设置2个，于支架的一侧，使机器人前进、后退和转向。

[0006] 优选地，所述传感器舱中至少设置高度传感器、深度传感器和水质传感器，均与电路舱连接，高度传感器检测距海底的高度，深度传感器检测机器人于水中的深度，水质传感器检测水中的pH值、温度和浊度。

[0007] 优选地，所述电路舱中设置控制电路、GPS信号模块、电池电量ADC模块、电子罗盘信号采集模块、视频采集模块、电机驱动控制模块和网络模块，其中，

[0008] 所述控制电路与GPS信号模块、电池电量ADC模块、电子罗盘信号采集模块、视频采集模块、电机驱动控制模块和网络模块分别连接，所述GPS信号模块将机器人的位置信息传输给控制电路，由控制电路发送给网络模块进行与遥控终端的通信；所述电池电量ADC采集模块包括电池和电量采集电路，电量采集电路对电池的状态进行采集，发送给控制电路；所述电子罗盘信号采集模块对航向和方位角进行采集后传输给控制电路；所述视频采集模块将摄像部传输的视频信号进行处理后发送给控制电路；所述电机驱动控制模块由控制电路控制，进而控制竖直推进器和水平推进器的转向和转速。

[0009] 优选地，所述控制电路通过输出PWM信号控制竖直推进器和水平推进器。

[0010] 优选地，所述GPS信号模块和电子罗盘信号采集模块通过串口与控制电路连接。

[0011] 优选地，所述视频采集模块通过USB口与控制电路连接。

[0012] 基于上述目的，本发明还提供了一种可下潜式水域监测方法，包括以下步骤：

[0013] S10，将机器人置于水域中，确保静止时水面没过竖直推进器；

[0014] S20，通过遥控终端与电路舱通信，写入航行任务；

[0015] S30，机器人在水面航行，同时通过摄像部和水质传感器对水域进行监测，遥控终端可实时查询监测数据、水面影像以及机器人状态；

[0016] S40，机器人通过竖直传感器驱动下潜，水平推进器驱动前进、后退和转向，下潜过程中，由深度传感器监测深度、高度传感器监测离底高度，将数据传输给电路舱，对竖直传感器和水平推进器进行反馈控制；

[0017] S50，根据事先写入的任务程序，在水层中进行停留以获取预设时间长度内的监测数据；

[0018] S60，本次下潜任务完成后机器人上浮，向遥控终端发送水层中获取的影像和监测数据，并继续进行航行监测。

[0019] 与现有技术相比，本发明公开的可下潜式水域监测机器人和方法，至少具有以下有益效果：

[0020] 1、采用多轴推进器设计，可以实现平稳的上浮、下潜、还能够较长时间的停留在指定深度，完成多元化的监测任务；

[0021] 2、不仅能够自动在水面巡航，进行环境监测，还能够进行垂直下潜，获取不同水层的传感器数据和水下影像；

[0022] 3、结构简单，灵活方便，通过各部分之间的相互配合，能够实现对水域水质环境的有效监测，并将监测结果通过网络模块传输给遥控终端。附图说明

[0023] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

[0024] 图1为本发明实施例可下潜式水域监测机器人的结构示意图；

[0025] 图2为本发明实施例可下潜式水域监测机器人的又一结构示意图；

[0026] 图3为本发明实施例可下潜式水域监测机器人的再一结构示意图；

[0027] 图4为本发明实施例可下潜式水域监测机器人的电路舱电路原理图；

[0028] 图5为本发明实施例可下潜式水域监测方法的步骤流程图。

具体实施方式

[0029] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

[0030] 机器人实施例参见图1-4，包括摄像部10、浮力部20、天线部30、竖直推进器40、水平推进器50、电路舱60、传感器舱70和支架80，其中，

[0031] 摄像部10、浮力部20、天线部30、竖直推进器40、水平推进器50、电路舱60和传感器舱70均安装于支架80上；摄像部10与电路舱60连接，将水面和水下的影像拍摄后传输给电路舱60；电路舱60还与天线部30、竖直推进器40、水平推进器50和传感器舱70分别连接，由天线部30发射电路舱60传输的信号，电路舱60控制竖直推进器40和水平推进器50的驱动，接收传感器舱70发送的传感信号；浮力部20使得机器人在静止状态时，水面没过竖直推进器40的上表面1mm-5mm；竖直推进器40至少设置4个，分别在支架80的四角处，使机器人上浮水面和下潜于水中；水平推进器50至少设置2个，于支架80的一侧，使机器人前进、后退和转向。

[0032] 传感器舱70中至少设置高度传感器71、深度传感器72和水质传感器73，均与电路舱60连接，高度传感器71检测距海底的高度，深度传感器72检测机器人于水中的深度，水质传感器73检测水中的pH值、温度和浊度。

[0033] 电路舱60中设置控制电路61、GPS信号模块62、电池电量ADC模块63、电子罗盘信号采集模块64、视频采集模块65、电机驱动控制模块66和网络模块67，其中，[0034] 控制电路61与GPS信号模块62、电池电量ADC模块63、电子罗盘信号采集模块64、视频采集模块65、电机驱动控制模块66和网络模块67分别连接，GPS信号模块62将机器人的位置信息传输给控制电路61，由控制电路61发送给网络模块67进行与遥控终端90的通信；电池电量ADC采集模块包括电池和电量采集电路，电量采集电路对电池的状态进行采集，发送给控制电路61；电子罗盘信号采集模块64对航向和方位角进行采集后传输给控制电路61；视频采集模块65将摄像部10传输的视频信号进行处理后发送给控制电路61；电机驱动控制模块66由控制电路61控制，进而控制竖直推进器40和水平推进器50的转向和转速。

[0035] 具体实施例中，控制电路61通过输出PWM信号控制竖直推进器40和水平推进器50。GPS信号模块62和电子罗盘信号采集模块64通过串口与控制电路61连接。视频采集模块65通过USB口与控制电路61连接。

[0036] 方法实施例参见图5，包括以下步骤：

[0037] S10，将机器人置于水域中，确保静止时水面没过竖直推进器；

[0038] S20，通过遥控终端与电路舱通信，写入航行任务；

[0039] S30，机器人在水面航行，同时通过摄像部和水质传感器对水域进行监测，遥控终端可实时查询监测数据、水面影像以及机器人状态；

[0040] S40，机器人通过竖直传感器驱动下潜，水平推进器驱动前进、后退和转向，下潜过程中，由深度传感器监测深度、高度传感器监测离底高度，将数据传输给电路舱，对竖直传感器和水平推进器进行反馈控制；

[0041] S50，根据事先写入的任务程序，在水层中进行停留以获取预设时间长度内的监测数据；

[0042] S60，本次下潜任务完成后机器人上浮，向遥控终端发送水层中获取的影像和监测数据，并继续进行航行监测。

[0043] 方法实施例参见机器人实施例，不再赘述。

[0044] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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