[發明專利]水質監測凈化一體化水下仿生魚機器人裝備及魚群系統

在審

• 申請號: 202210657263.4
• 申請日: 2022-06-10
• 公開（公告）號: CN115031782A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 杜明芳
• 申請（專利權）人: 杜明芳
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;C02F1/00;H04Q9/00;H04W4/70;H04W84/18
• 代理公司: 成都中絡智合知識產權代理有限公司 51300
• 代理人: 張潔

本發明公開了一種水質監測凈化一體化水下仿生魚機器人裝備及魚群系統。仿生魚包括以下主要組成模塊：仿生機器魚殼體，仿生機器魚推進器，仿生機器魚控制器，水質分類及預測器，數字濁度傳感器，pH傳感器，溫度傳感器，溶解氧傳感器，氣味傳感器，水質凈化機構，遠距離障礙物探測激光雷達，近距離障礙物探測激光雷達，氣象傳感器接口及數據融合模塊等。所述仿生機器魚放置于江河、湖泊、水庫、市內河流、魚塘等水域，可實現水質在線智能監測及凈化處理，可與手機APP監測終端、地面水質監測站實時通信，地面站可通過衛星網絡與空間導航定位衛星通信。仿生機器魚組成多Agent魚群系統，通過魚群巡游實現大范圍水質監測凈化。

技術領域

本發明屬于仿生機器人技術領域，具體涉及一種水質監測凈化仿生機器魚及魚群系統。

背景技術

水質監測凈化是水資源保護與管理的重要基礎，是提高水環境質量的重要技術路徑。水質監測仍存在很多問題，采用的技術路線和技術手段需要提升，檢測設備的可靠性與穩定性需要提升、檢測精度需要提高。目前，水質監測的技術手段包括：固定式傳感器，固定式檢測裝置，便攜式檢測儀，無線傳感器網絡，機器人攜帶檢測儀。機器人攜帶檢測儀下到水里對水中不同位置的水質進行在線監測方式中，核心的水質監測設備是監測探頭，現有的檢測探頭一般裝有多個傳感器，傳感器基本上都是裸露在外面，機器人帶動監測探頭移動過程中很可能與外界的水草、石塊、船舶等發生碰撞而造成傳感器損壞及探測頭失靈。另外，能夠在監測的同時根據監測結果實時凈化水體的智能化裝置或裝備非常少，目前的裝置絕大多數以機械式為主。

發明內容

為了解決現有技術存在的問題，本發明提供一種水質監測凈化仿生機器魚及魚群系統，通過集群系統的方式，對水體進行整體的水質監測，提高水質監測精度，延長水質監測設備使用壽命，代替人對水質進行巡測巡檢，及時采集水質數據，及時發現水體質量問題，如污染、異物、異味等，為運行管理人員提供診斷水體病害的先兆數據，及時發現水資源受損隱患，保障用水飲水安全。

本發明所采用的技術方案為：

第一方面，本發明提供水質監測凈化一體化水下仿生魚機器人裝備，包括以下主要組成模塊：

仿生機器魚殼體，仿生機器魚推進器，仿生機器魚控制器，水質分類及預測器，數字濁度傳感器，pH傳感器，溫度傳感器，溶解氧傳感器，氣味傳感器，水質凈化機構，遠距離障礙物探測激光雷達，近距離障礙物探測激光雷達，氣象傳感器接口及數據融合模塊，Zigbee無線通信接口，有線通信接口，5G通信接口，GPS/北斗定位器，電源輸入端，蓄電池，數據存儲卡，液晶顯示模塊。

結合第一方面，本發明提供第一方面的第一種實施方式，仿生機器魚放置于江河、湖泊、水庫、市內河流、魚塘水域，用于實現水質在線智能監測及凈化處理，并與手機APP監測終端、地面水質監測站實時通信，地面站可通過衛星網絡與空間導航定位衛星通信。

結合第一方面，本發明提供第一方面的第二種實施方式，所述水質凈化機構包括凈化操作機械手、機械臂、凈化劑、凈化材料；

機械臂采用六自由度結構，機械手采用簡易的兩指抓握式結構。

結合第一方面，本發明提供第一方面的第三種實施方式，仿生機器魚的監測距離范圍為0-180m，測量時的最快響應時間為1ms，最慢響應時間為5ms；

其中，超過最慢響應時間即視為本次通信無效，重新發送探測信號；

距離誤差在10cm范圍內；

并具有RS-485、MODBUS RTU有線通信和無線通信兩種模式。

結合第一方面的第三種實施方式，本發明提供第一方面的第四種實施方式，具有水質監測凈化機器魚控制器，控制器作為仿生機器魚的控制核心，起到中央控制作用，包括控制電路硬件和控制算法及控制策略軟件兩部分；