CN105544485B - 梳状摆臂式浮油回收机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种梳状摆臂式浮油回收机器人,包括机身、控制器、漂浮机构和推进机构，在机身上设有集油口、吸油机构以及油液处理机构，以机身前进的方向为前端，机身的前端设有第一摆臂和第二摆臂，在机身上连接有可带动第一摆臂摆动的第一驱动机构和可带动第二摆臂摆动的第二驱动机构，第一摆臂与第二摆臂之间形成集油区，集油口包括第一集油口、第二集油口以及第三集油口。这样，通过第一集油口、第二集油口以及第三集油口进行油污的吸取，当油污层的厚度较小时，通过第一摆臂和第二摆臂的摆动，将机身前部范围内的油液的面积缩小，增加油污层的厚度，以提高油污的收集效率，该浮油回收机器人结构简易，油液回收效率高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种梳状摆臂式浮油回收机器人。
背景技术
随着经济的飞速发展，世界各国对石油需求的增长，海上石油开采、水上石油运输已经成为了不可缺的一部分，随之而来的是溢油事故也越来越频繁，溢油对海洋造成严重而持久的污染，不仅损害海洋环境和资源，致使大量水中生物窒息而死亡，还会影响局部水文气象条件，降低海洋的自净能力，造成自然环境的巨大灾难和生态平衡的严重破坏，导致严重的经济损失，同时也危害人体健康。如何高效快速地对溢油进行回收处理已成为当今世界各国所关注的重要课题。
海上漏油的处理方法有物理方法、化学方法、生物方法。物理方法：围油法就是用围栏将漂浮在水面上的油圈起来，在防止其扩散的同时，使用船只牵引，将其聚拢，方便下一步的漏油回收再利用。需用机械方法来回收栏内的浮油，且最终回收的油水都需要采取进一步的分离措施。吸附法回收水面浮油，主要采用吸油性能良好的亲油材料，但是最大的缺点是用后不能生物降解。而有些天然材料都对油有很好大吸收能力，但是它们也会吸收水分，这在海洋油污染使用上是一个缺陷。化学方法：分散剂法是海上漏油事故中用得最多的一种方法，其原理是降低油水的表面张力，借助海浪的力量，在海水波动与湍流的作用下，将成片的漏油分散成小颗粒，稀释于整个水体中。但分散剂本身有毒，可能对海洋造成二次污染，破坏生态平衡。而焚烧法则是把水域的油污染转移到空气中。生物方法：利用海洋中微生物对石油烃类物质的分解。但是生物降解法也非没有缺陷，噬油微生物降解石油耗时长，仅善于处理厚度较薄的油层。同时，往水体中投入大量营养物质可能会对部分海洋生物造成危害，甚至可能造成水体富营养化。
海上浮油处理设备主要应用于海上漏油事故中对油污的回收和清理，以减少海面浮油量进而降低对事故海域生态环境的影响，对海上油污的回收还可避免过大的资源浪费，因此意义重大。目前我国在处理漏油事故中方法落后，主要依靠人力收集浮油，工作效率低，急需一种实用且易推广的海上浮油处理设备。目前应用于实际的海上油污处理设备较少，且制作成本过高，工作效率低，难以推广使用。
鉴于此，本发明人对上述问题进行深入的研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构相对简易、油污处理效率高的梳状摆臂式浮油回收机器人。
为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：
梳状摆臂式浮油回收机器人,包括机身和设置在机身上的控制器，机身上连接有用以使机身漂浮在液面上的漂浮机构和用以带动机身在液面上行走的推进机构，在机身上设有集油口、吸油机构以及油液处理机构，吸油机构的入口端与集油口的出口端连通，吸油机构的出口端与油液处理机构的进口端连通，以机身前进的方向为前端，所述机身的前端设有可相对摆动的第一摆臂和第二摆臂，在机身上连接有可带动第一摆臂摆动的第一驱动机构和可带动第二摆臂摆动的第二驱动机构，第一摆臂与第二摆臂之间形成集油区，所述集油口包括第一集油口、第二集油口以及第三集油口，第一集油口设置在第一摆臂对应集油区的一侧，第二集油口设置在第二摆臂对应集油区的一侧，第三集油口设置在机身上且位于第一摆臂与第二摆臂之间。
作为本发明的一种优选方式，所述第一摆臂靠近所述集油区的一侧布设有亲油疏水的第一集油梳，第一集油梳沿所述第一摆臂的长度方向布设，所述第二摆臂靠近所述集油区的一侧设有亲油疏水的第二集油梳，第二集油梳沿所述第二摆臂的长度方向布设。
作为本发明的一种优选方式，所述第一摆臂远离所述机身的一端设有第一调节浮块，所述第二摆臂远离所述机身的一端设有第二调节浮块。
作为本发明的一种优选方式，所述机身上设有用以调整所述第三集油口的高度的调节机构，调节机构包括连接在机身上的导轨和配合在导轨上的导块，导轨沿竖直方向设置，所述第三集油口设置在导块上，在导块的下端面设有气囊，气囊通过导管连接至气泵，在导管上连接有电磁阀，电磁阀和气泵电连接至所述控制器。
作为本发明的一种优选方式，所述第一驱动机构为第一蜗杆电机，第一蜗杆电机固定在所述机身上且电连接至所述控制器，所述第二驱动机构为第二蜗杆电机，第二蜗杆电机固定在机身上且电连接至所述控制器。
作为本发明的一种优选方式，所述推进机构为螺旋桨推进器。
作为本发明的一种优选方式，所述漂浮机构为连接在所述机身两侧的第一浮筒和第二浮筒，在第一浮筒的前端设有第一LED爆闪灯，在第二浮筒的前端设有第二LED爆闪灯，第一LED爆闪灯和第二LED爆闪灯均电连接至所述控制器。
作为本发明的一种优选方式，所述吸油机构为第一水泵。
作为本发明的一种优选方式，所述油液处理机构包括第一罐体，第一罐体内设有第一隔板和第二隔板，第一隔板的上端与第一罐体的内顶壁连接，第一隔板的下端向下延伸并形成第一自由端，第二隔板的下端连接在第一罐体的内底壁，第二隔板的上端向上延伸并形成第二自由端，第一隔板和第二隔板将第一罐体分隔成相互连通的第一腔室、第二腔室以及第三腔室，在第一腔室的上部设有进液口，该进液口与所述吸油机构的出口端衔接，在第三腔室的下部设有出液口，第一腔室的出液口与第二腔室的进液口衔接，第二腔室的出液口与第三腔室的进液口衔接。
作为本发明的一种优选方式，所述油液处理机构包括第二罐体，第二罐体包括相互衔接的粗径段和缩径段，在粗径段内设有导筒，导筒的下端固定在粗径段，导筒的上端为对应该缩径部设置的自由端，在导筒内设有气石，还包括气泵，气泵的出气口连通至该导筒内且对应气石设置，所述第三腔室的出液口连通至导筒内，在缩径段的外壁设置有收集槽，收集槽环设在该缩径段上，在收集槽上设有封盖，收集槽和封盖围成收集室，缩径段设有出气口，出气口对应该封盖设置。
采用本发明的技术方案，通过第一集油口、第二集油口以及第三集油口进行油污的吸取，当油污层的厚度较小时，通过第一摆臂和第二摆臂的摆动，将机身前部范围内的油液的面积缩小，增加油污层的厚度，以提高油污的收集效率，该浮油回收机器人结构简易，油液回收效率高的特点。
附图说明
图1本发明的结构示意图；
图2为本发明中第一摆臂的结构示意图；
图3为本发明中第二摆臂的结构示意图；
图4为本发明中调节机构的结构示意图；
图5为本发明中油液处理机构的结构示意图；
图中：
10-机身 11-导轨
12-导块 13-气囊
20-控制器 21-摄像头
31-第一浮筒 32-第二浮筒
33-第一LED爆闪灯 34-第二LED爆闪灯
40-电源 50-螺旋桨推进器
60-第一摆臂 61-第一集油梳
62-第一调节浮块 62-第二调节浮块
63-第一驱动机构 70-第二摆臂
71-第二集油梳 72-第二调节浮块
73-第二驱动机构 801-第一罐体
802-第二罐体 803-第一水泵
804-第一隔板 805-第二隔板
806-第二水泵 807-气泵
808-导筒 809-气筒
810-粗径段 811-缩径段
812-收集槽 813-封盖
814-收集室
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。
参照图1至图5，梳状摆臂式浮油回收机器人,包括机身10和设置在机身10上的控制器20，机身10上连接有用以使机身10漂浮在液面上的漂浮机构和用以带动机身10在液面上行走的推进机构，在机身10上设有集油口、吸油机构以及油液处理机构，吸油机构的入口端与集油口的出口端连通，吸油机构的出口端与油液处理机构的进口端连通，以机身10前进的方向为前端，所述机身10的前端设有可相对摆动的第一摆臂60和第二摆臂70，第一摆臂60的一端连接在机身10上，另一端为自由端，第二摆臂70的一端连接在机身10上，另一端为自由端，在机身10上连接有可带动第一摆臂60摆动的第一驱动机构63和可带动第二摆臂70摆动的第二驱动机构73，第一摆臂60与第二摆臂70之间形成集油区，所述集油口包括第一集油口91、第二集油口92以及第三集油口93，第一集油口91设置在第一摆臂60对应集油区的一侧，第二集油口92设置在第二摆臂70对应集油区的一侧，第三集油口93设置在机身10上且位于第一摆臂60与第二摆臂70之间。
作为本发明的一种优选方式，所述第一摆臂60靠近所述集油区的一侧布设有亲油疏水的多个第一集油梳61，多个第一集油梳61沿所述第一摆臂60的长度方向布设梳状，所述第二摆臂70靠近所述集油区的一侧设有亲油疏水的多个第二集油梳71，多个第二集油梳71沿所述第二摆臂70的长度方向布设梳状。第一集油梳61和第二集油梳71在材质上选择亲油疏水的材料，可以有效吸附油污，从而带动油液向第一摆臂60和第二摆臂70处流动，再借助设置在第一摆臂60上的第一集油口91和设置在第二摆臂70上的第二集油口92进行油液的吸取。其中亲油疏水材料在现有技术中已有记载，如采用亲油疏水海绵。作为本发明的一种优选方式，所述吸油机构为第一水泵803，通过第一水泵803抽取油液。第一集油口91、第二集油口92以及第三集油口93均与第一水泵803的进液口连通，第一水泵803的出液口连通至油液处理机构，通过第一水泵803将油液抽送至油液处理机构进行处理。
作为本发明的一种优选方式，所述第一摆臂60远离所述机身10的一端设有第一调节浮块62，所述第二摆臂70远离所述机身10的一端设有第二调节浮块72。通过第一调节浮块62可以调节第一摆臂60的末端距离水面的高度，通过第二调节浮块72可以第二摆臂70的末端距离水面的高度，从而使得第一摆臂60的第一集油口91和第二摆臂70的第二集油口92能更加高效地吸收油液。
作为本发明的一种优选方式，所述机身10上设有用以调整所述第三集油口93的高度的调节机构，调节机构包括连接在机身10上的导轨11和配合在导轨11上的导块12，导轨12沿竖直方向可滑动地设置导轨12上，所述第三集油口93设置在导块12上，从而可以随着导块12上下移动，在导块12的下端面设有气囊13，气囊13通过导管连接至气泵，在导管上连接有电磁阀，电磁阀和气泵电连接至所述控制器20。采用这种结构，通过气泵和电磁阀对气囊的体积进行控制，通过气囊带动导块12在导轨11上上下移动，从而实现第三集油口93高度的调节，可以根据实际油层的厚度，调整到最佳的高度，大大减少水的吸入量，提高集油效率，也为下一步的油污处理提供了方便。
作为本发明的一种优选方式，所述第一驱动机构63为第一蜗杆电机，第一蜗杆电机固定在所述机身10上且电连接至所述控制器20，所述第二驱动机构73为第二蜗杆电机，第二蜗杆电机固定在机身10上且电连接至所述控制器20。第一蜗杆电机可以带动第一摆臂60在水平面内0-180度的摆动，第二蜗杆电机可以带动第二摆臂70在水平面内0-180度的摆动，在第一摆臂60与第二摆臂70相互靠近时，集油区的范围变小，油污层的厚度增加，方便进行油液的吸取，当第一摆臂60与第二摆臂70之间的间距逐渐增大时，可以增加集油区的范围，提高集油效率。
作为本发明的一种优选方式，所述推进机构为螺旋桨推进器50。螺旋桨推进器依靠桨叶在水中旋转，将电机转动功率转化为推进力，其在现有技术中已有介绍，这里不再详细描述。
作为本发明的一种优选方式，所述漂浮机构为连接在所述机身10两侧的第一浮筒31和第二浮筒32，在第一浮筒31的前端设有第一LED爆闪灯33，在第二浮筒32的前端设有第二LED爆闪灯34，第一LED爆闪灯33和第二LED爆闪灯34均电连接至所述控制器20。通过第一浮筒31和第二浮筒为整个机身10提供浮力，使得机身10漂浮在液面上。第一LED爆闪灯33和第二LED爆闪灯34起到驱赶生物的作用，在浮油污染的水面上对鸟类的生存是极大的威胁，鸟类如果不小心粘到油污，极有可能被困，导致死亡。所以在对浮油处理的过程中，还加入了生物驱赶的装置，在实施例中，该装置为第一LED爆闪灯33和第二LED爆闪灯34。利用鸟类怕光、恐色的原理，可以有效驱离附近鸟类，进一步减少油污对生态环境的破坏。
作为本发明的一种优选方式，所述油液处理机构包括第一罐体801，第一罐体801内设有第一隔板804和第二隔板805，第一隔板804的上端与第一罐体801的内顶壁连接，第一隔板804的下端向下延伸并形成第一自由端，第一自由端与第一罐体801的内底部之间形成供水通过的通道，第二隔板805的下端连接在第一罐体801的内底壁，第二隔板805的上端向上延伸并形成第二自由端，第二自由端与第一罐体801的内顶壁之间形成供水通过的通道，第一隔板804和第二隔板805将第一罐体801分隔成相互连通的第一腔室、第二腔室以及第三腔室，在第一腔室的上部设有进液口，该进液口与所述吸油机构的出口端衔接，在第三腔室的下部设有出液口，第一腔室的出液口与第二腔室的进液口衔接，第二腔室的出液口与第三腔室的进液口衔接。采用这种结构，通过第一水泵803将油液抽入第一腔室，利用油和水的密度差及油和水的不相溶性质，油层浮在第一腔室的上部，水沉在第一腔室的下部，在水积累到一定程度后，水从从第一腔室进入第二腔室，并从第二腔室中进入第三腔室，通过第二水泵806将第三腔室中的水输送至下面将要叙述到的导筒808内。
作为本发明的一种优选方式，所述油液处理机构包括第二罐体802，第二罐体802包括相互衔接的粗径段810和缩径段811，在粗径段810内设有导筒808，导筒808的下端固定在粗径段810，导筒808的上端为对应该缩径部810设置的自由端，该自由端设有开口，在导筒808内设有气石809，还包括气泵807，气泵807的出气口连通至该导筒808内且对应气石809设置，所述第三腔室的出液口连通至导筒808内，在缩径段810的外壁设置有收集槽812，收集槽812环设在该缩径段811上，在收集槽812上设有封盖813，收集槽812和封盖813围成收集室814，缩径段811设有出气口，出气口对应该封盖815设置。采用这种结构，经过第一罐体802进行初步分离后的水从进入导筒808，气石809在气泵807和水的作用下产生气泡，气泡可以吸附水中的杂质，并携带着杂质从粗径段810上升至缩径段811,气泡在缩径段811的出气口逸出并碰触至封盖813而破裂，气泡破裂后，气泡中携带的杂质大部分掉入收集槽812内。而从导筒808中溢出的水则通过第二罐体802的出液口排入海水中。如此，本发明通过气举的方式进一步对水中的杂质进行分离，减小油液中的杂质对海水的影响，进一步提高了油污的处理效率。
在本发明中，在机身10上设有摄像头21，摄像头采用无线摄像头，对海面浮油情况进行探测和对机身的浮油回收处理情况进行监控，将摄像头安装在一个可以180度旋转的云台上。摄像头21与上位机之间采用2.4G的频率进行通讯。在本发明中，控制器采用STC12C5A60S2单片机，负责与上位机的通讯，对传感器数据进行采集和运动控制。在机身10上还设有电源40，电源40为控制器和各电元件供电。在本发明的控制器上还连接有GPS定位模块，GPS能准确定位机器人在海域的具体位置，利用GPS反馈的信息可以对溢油区域的处理进行路径的规划。GPS模块模块采用内置有源28db增益二级放大有源天线具有高信号,高精度的特点。数据通讯采用TTL电平输出，9600，1HZ输出，标准MEA-0183协议输出。在本发明中，在机身10上还设有加速度传感器，加速传感器连接至控制器，加速度传感器选用ADXL345传感器，ADXL345是一款超低功耗3轴加速度计，分辨率高(13位)，测量范围最大可以达到±16g，与单片机通过I I C数字接口连接。ADXL345非常适合移动设备应用。检根据测X、Y、Z三个轴所受到的加速度大小，能够测量出不到1.0°的倾斜角度变化。在本发明中，还设有电子指南针模块，电子指南针模块连接至控制器，其通过磁传感器中两个相互垂直轴同时感应地球磁场的磁分量，从而得出方位角度，可以准确显示探测体的方位，它以IIC协议与单片机通信，测量范围0-360度，分辨率0.1度，测量精度1度，响应频率25HZ。在本发明中，还设有温度传感器，温度传感器采用DS18B20单总线数字温度传感器，能方便测量所在海域的水温情况，作为浮油收集方案制定的参考。在本发明中，把GPS通过无线传输模块把定位信息传到上位机，利用GPS定位信息与地图结合。根据浮油污染范围对机器行进的轨迹进行路径规划，并且把运动控制信号实时传输到下位机上。在上位机界面上可以实时显示机体上方摄像头拍摄到的实时画面，可以有效监控收集油污的效果，以及监控油污厚度，成分的变化情况。可以设置自动收集回收模式，也可以手动调整机器在每一个工作环节中的相关参数。
本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (8)
1.梳状摆臂式浮油回收机器人,包括机身和设置在机身上的控制器，机身上连接有用以使机身漂浮在液面上的漂浮机构和用以带动机身在液面上行走的推进机构，在机身上设有集油口、吸油机构以及油液处理机构，吸油机构的入口端与集油口的出口端连通，吸油机构的出口端与油液处理机构的进口端连通，以机身前进的方向为前端，其特征在于：所述机身的前端设有可相对摆动的第一摆臂和第二摆臂，在机身上连接有可带动第一摆臂摆动的第一驱动机构和可带动第二摆臂摆动的第二驱动机构，第一摆臂与第二摆臂之间形成集油区，所述集油口包括第一集油口、第二集油口以及第三集油口，第一集油口设置在第一摆臂对应集油区的一侧，第二集油口设置在第二摆臂对应集油区的一侧，第三集油口设置在机身上且位于第一摆臂与第二摆臂之间,所述油液处理机构包括第一罐体，第一罐体内设有第一隔板和第二隔板，第一隔板的上端与第一罐体的内顶壁连接，第一隔板的下端向下延伸并形成第一自由端，第二隔板的下端连接在第一罐体的内底壁，第二隔板的上端向上延伸并形成第二自由端，第一隔板和第二隔板将第一罐体分隔成相互连通的第一腔室、第二腔室以及第三腔室，在第一腔室的上部设有进液口，该进液口与所述吸油机构的出口端衔接，在第三腔室的下部设有出液口，第一腔室的出液口与第二腔室的进液口衔接，第二腔室的出液口与第三腔室的进液口衔接，所述油液处理机构包括第二罐体，第二罐体包括相互衔接的粗径段和缩径段，在粗径段内设有导筒，导筒的下端固定在粗径段，导筒的上端为对应该缩径段设置的自由端，在导筒内设有气石，还包括气泵，气泵的出气口连通至该导筒内且对应气石设置，所述第三腔室的出液口连通至导筒内，在缩径段的外壁设置有收集槽，收集槽环设在该缩径段上，在收集槽上设有封盖，收集槽和封盖围成收集室，缩径段设有出气口，出气口对应该封盖设置。
2.如权利要求1所述的梳状摆臂式浮油回收机器人,其特征在于：所述第一摆臂靠近所述集油区的一侧布设有亲油疏水的第一集油梳，第一集油梳沿所述第一摆臂的长度方向布设，所述第二摆臂靠近所述集油区的一侧设有亲油疏水的第二集油梳，第二集油梳沿所述第二摆臂的长度方向布设。
3.如权利要求1所述的梳状摆臂式浮油回收机器人,其特征在于：所述第一摆臂远离所述机身的一端设有第一调节浮块，所述第二摆臂远离所述机身的一端设有第二调节浮块。
4.如权利要求1所述的梳状摆臂式浮油回收机器人,其特征在于：所述机身上设有用以调整所述第三集油口的高度的调节机构，调节机构包括连接在机身上的导轨和配合在导轨上的导块，导轨沿竖直方向设置，所述第三集油口设置在导块上，在导块的下端面设有气囊，气囊通过导管连接至气泵，在导管上连接有电磁阀，电磁阀和气泵电连接至所述控制器。
5.如权利要求1所述的梳状摆臂式浮油回收机器人,其特征在于：所述第一驱动机构为第一蜗杆电机，第一蜗杆电机固定在所述机身上且电连接至所述控制器，所述第二驱动机构为第二蜗杆电机，第二蜗杆电机固定在机身上且电连接至所述控制器。
6.如权利要求1所述的梳状摆臂式浮油回收机器人,其特征在于：所述推进机构为螺旋桨推进器。
7.如权利要求1所述的梳状摆臂式浮油回收机器人,其特征在于：所述漂浮机构为连接在所述机身两侧的第一浮筒和第二浮筒，在第一浮筒的前端设有第一LED爆闪灯，在第二浮筒的前端设有第二LED爆闪灯，第一LED爆闪灯和第二LED爆闪灯均电连接至所述控制器。
8.如权利要求1所述的梳状摆臂式浮油回收机器人,其特征在于：所述吸油机构为第一水泵。
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