一种用于环境监测、环境应急处置和环境修复的工程机器人制造技术

本发明专利技术提供了一种用于环境监测、环境应急处置和环境修复的工程机器人，其包括机器视觉、自报警、远程操控、GPS实时定位、空气质量检测、土壤地下水采样检测及原位修复、风险识别、环境专家系统、数据处理中心、机器人主体和移动装置；其中，机器视觉系、自报警、远程操控、GPS实时定位、空气质量检测、土壤地下水采样检测及原位修复、风险识别、环境专家系统、移动装置均与数据处理中心连接；土壤地下水采样检测及原位修复装置还设置有钻杆自动填装装置；本发明专利技术集成土壤地下水环境风险检测和原位修复、环境质量快速检测、机器视觉、远程操控、GPS实时定位、风险识别和环境专家系统等多种先进技术于一体，结构更加简化，功能更加全面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术具体涉及一种用于环境监测、环境应急处置和环境修复的工程机器人的结构原理、设计方法、集成功能以及基于这种机器人的网络软件平台和环境专家系统，属于人工智能、机械设计制造、环境监测、环境应急及环境修复等工程

技术介绍
危险化学品的泄露、燃烧、爆炸等事故的发生，不仅会给当地居民和救援人员带来危害，还会造成土壤、大气以及水体的污染；在事故发生时，高温、黑暗、有毒和浓烟等恶劣环境，一般会导致抢险救援难以实施，亦会加大后期高污染环境治理的难度。在爆发环境污染事故时，往往需要专家快速地对现场进行污染判断并做出应对措施，这就要求对现场环境进行快速污染检测和风险评估。但是，目前应急机器人的研究多集中在核辐射环境或者安全消防领域的应用，然而在环保领域中，应对突发复杂环境事故以及污染场地的机器人研究较少。因此，迫切需要一种环境应急用机器人，以解决在复杂危险环境事件中的环境事故的现场紧急救援、危险品搬运、环境应急检测以及环境修复等问题。
技术实现思路
为了解决目前污染场地环境监测、环境应急处理以及环境修复过程中的工况复杂、所需设备繁杂、场地风险高等难题，本专利技术提供了一种用于环境监测、环境应急处置和环境修复的工程机器人，其集成土壤地下水环境风险检测及原位修复、空气质量快速检测、机器视觉、远程操控、自动报警、GPS实时定位、风险识别和环境专家系统等多种先进技术于一体，结构更加简化，功能更加全面，可以解决环境污染事故和污染场地的环境应急问题并能协助专业人员进行修复工作，弥补了环保领域的机器人应用不足的问题，可以将环境检测人员的伤害和劳动强度降到最低。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于环境监测、环境应急处置和环境修复的工程机器人,所述工程机器人包括机器视觉系统、自报警系统、远程操控系统、GPS实时定位系统、空气质
量检测装置、土壤地下水采样检测及原位修复装置、风险识别系统、环境专家系统、数据处理中心、机器人主体和移动装置；其中，机器视觉系统、自报警系统、远程操控系统、GPS实时定位系统、空气质量检测装置、土壤地下水采样检测及原位修复装置、风险识别系统、环境专家系统、移动装置均与数据处理中心连接。进一步地，所述土壤地下水采样检测及原位修复装置设置有钻杆自动填装装置，钻杆自动填装装置包括轨道板、滑移板、钻杆油缸、钻杆夹持板、卡瓦、钻杆、安装板、弹簧和涡轮马达组件；轨道板和安装板焊接在一起，并通过螺栓连接在所述土壤地下水采样检测及原位修复装置的工作支架上；涡轮马达组件安装在轨道板上，滑移板设置在轨道板的上方，滑移板和轨道板之间可通过涡轮马达组件进行相对运动；滑移板的一端上设有钻杆油缸，钻杆油缸和滑移板固定设置；滑移板的另一端设有两个钻杆夹持板，两个钻杆夹持板相对安装，两个钻杆夹持板的中间设有弹簧，钻杆可垂直安装在两个钻杆夹持板之间；钻杆油缸的油缸内杆可插入两钻杆夹持板之间。进一步地，所述钻杆自动填装装置的填装过程如下：在所述土壤地下水采样检测及原位修复装置的高频液压动力头向下打钻时，两钻杆夹持板打开，滑移板后移，将钻杆放入，而后钻杆夹持板夹紧钻杆；待打钻结束，高频液压动力头上升完毕，滑移板前移，使钻杆到达打钻位置，高频液压动力头向下移动压紧钻杆；钻杆夹持板打开，滑移板后移，高频液压动力头开始向下打钻，如此循环工作。进一步地，所述土壤地下水采样检测及原位修复装置位于机器人主体的前方；所述机器视觉系统、自报警系统、GPS实时定位系统、空气质量检测装置、风险识别系统、环境专家系统和数据处理中心均设置在机器人主体上，机器人主体安装在移动装置的上面。所述土壤地下水采样检测及原位修复装置通过连接机构安装在机器人主体的正前方；所述连接机构包括轨道滑槽、推移架体、变幅油缸、仰俯油缸、推移油缸、伸缩筒和连接板，连接板与所述土壤地下水采样检测及原位修复装置连接，轨道滑槽装入所述机器人主体上的滑轨内，并通过销轴固定；所述变幅油缸、仰俯油缸和推移油缸分别可实现所述土壤地下水采样检测及原位修复装置的水平摆动、仰俯、前后移动的动作。进一步地，所述远程操控系统包括发射器和接收器，发射器包括键盘模块、
电源模块、MCU控制模块和无线发射模块；接收器包括无线接收模块、MCU驱动模块和控制驱动模块。进一步地，所述空气质量检测装置包括氧气含量检测器、射线检测器、有毒有害气体检测器、可吸入颗粒检测器和温湿度检测器。进一步地，所述移动装置为履带式底盘。本专利技术的工程机器人主要涉及到以下几个方面的设计，具体如下：土壤和地下水风险检测及原位修复装置的设计、空气风险检测模块设计、视觉系统分析、GPS实时定位、环境专家系统以及风险识别的设计，其技术路线如图1(a)所示。本专利技术的工程机器人结构精炼、集成效果好、功能全面，能够满足环境检测的复杂工况、应急响应以及环境修复的要求，比如能够独立进行重污染区的无人操作、搬运危险化学物品、完成污染事故紧急处理等，可以将环境检测人员的伤害和劳动强度降到最低，实用价值高，十分方便；本专利技术具体优点如下：(1)本专利技术的机器人采用混合动力系统，可以在缺氧或无氧环境中自由行走；此外，本专利技术安装有移动装置，可以自由行走，不需要吊车吊装，十分方便。(2)本专利技术的机器人主体可以通过GPS实时定位。(3)污染场地的现场环境数据和机器人自身的运行状态可以实时传输到控制中心，控制中心可通过环境风险识别系统，对机器人到达的区域或目标位置进行环境风险评估。(4)本专利技术的机器人还可以对高风险化学品和高危环境进行自动识别，也可接受风险识别系统的风险区域和目标的坐标参数，适时采取自动防护措施。(5)本专利技术的机器人不仅可实现土壤和地下水的无扰动取样和环境风险快速检测；还可实现土壤和地下水环境的原位应急处理和修复，功能全面。(6)本专利技术的机器人可对大气中的有毒有害气体以及主要大气环境参数进行快速检测；空气质量检测装置可以实时、定时检测某一地点在某一时间段的空气污染物数值。(7)本专利技术的机器人可以与控制中心的风险识别系统以及环境应急与修复专家系统实时沟通工作。(8)本专利技术的机器人可以实现钻杆的自动填装：传统钻杆填装操作需要人
工精确定位、拧紧，此过程费时费力，工人劳动强度大。本专利技术的钻杆自动填装装置只需工人定时将钻杆填入卡瓦中即可，其余定位、拧紧等操作由钻杆自动填装装置和土壤地下水采样检测及原位修复装置配合完成，可大大减轻劳动强度，节省人力。附图说明图1为本专利技术的工程机器人的示意图：(a)为技术设计图；(b)为总体结构示意图；图2为机器视觉系统的示意图：(a)为总体组成示意图；(b)为硬件组成示意图；(c)为软件组成示意图；(d)为基于位置的视觉闭环控制框图；图3为自报警系统的示意图；图4为远程操控系统的电路结构图；图5为GPS实时定位系统的示意图；图6为空气质量检测装置的框架图；图7为风险识别系统的原理图；图8为环境专家系统的结构示意图；图9为土壤地下水采样检测及修复装置的结构示意图；图10为连接机构的示意图：(a)为连接机构的主视图；(b)为连接机构的俯视图；图11为钻杆填装装置的示意图；其中，1-土壤地下水采样检测及原位修复装置；2-单片机；3-数据处理器；4-空气质量检测装置；5-数据采集卡；6-传感器；7-摄像头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于环境监测、环境应急处置和环境修复的工程机器人,其特征在于，所述工程机器人包括机器视觉系统、自报警系统、远程操控系统、GPS实时定位系统、空气质量检测装置、土壤地下水采样检测及原位修复装置、风险识别系统、环境专家系统、数据处理中心、机器人主体和移动装置；其中，机器视觉系统、自报警系统、远程操控系统、GPS实时定位系统、空气质量检测装置、土壤地下水采样检测及原位修复装置、风险识别系统、环境专家系统、移动装置均与数据处理中心连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于环境监测、环境应急处置和环境修复的工程机器人,其特征在于，所述工程机器人包括机器视觉系统、自报警系统、远程操控系统、GPS实时定位系统、空气质量检测装置、土壤地下水采样检测及原位修复装置、风险识别系统、环境专家系统、数据处理中心、机器人主体和移动装置；其中，机器视觉系统、自报警系统、远程操控系统、GPS实时定位系统、空气质量检测装置、土壤地下水采样检测及原位修复装置、风险识别系统、环境专家系统、移动装置均与数据处理中心连接。2.如权利要求1所述的一种用于环境监测、环境应急处置和环境修复的工程机器人,其特征在于，所述土壤地下水采样检测及原位修复装置设有钻杆自动填装装置，钻杆自动填装装置包括轨道板、滑移板、钻杆油缸、钻杆夹持板、卡瓦、钻杆、安装板、弹簧和涡轮马达组件；轨道板和安装板焊接在一起，并通过螺栓连接在所述土壤地下水采样检测及原位修复装置的工作支架上；涡轮马达组件安装在轨道板上，滑移板设置在轨道板的上方，滑移板和轨道板之间可通过涡轮马达组件进行相对运动；滑移板的一端上设有钻杆油缸，钻杆油缸和滑移板固定设置；滑移板的另一端设有两个钻杆夹持板，两个钻杆夹持板相对安装，两个钻杆夹持板的中间设有弹簧，钻杆可垂直安装在两个钻杆夹持板之间；钻杆油缸的油缸内杆可插入两钻杆夹持板之间。3.如权利要求2所述的一种用于环境监测、环境应急处置和环境修复的工程机器人,其特征在于，所述钻杆自动填装装置的填装过程如下：在所述土壤地下水采样检测及原位修复装置的高频液压动力头向下打钻时，两钻杆夹持板打开，滑移板后移，将钻杆放入，而后钻杆夹持板夹紧钻杆；待打钻结束，高频液压动力头上升完毕，滑移板前移，使钻杆到达打钻位置，高频液压动...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹业新，秦春艳，李宁，徐敏，
申请(专利权)人：南京市宜德思环境科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32