本發(fā)明涉及水下機(jī)器人工程領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種用于水中除藻的清理機(jī)構(gòu)，可用于河道邊坡的藻類清理。

背景技術(shù)：

1、水下機(jī)器人作為一種重要的河道清理工具，已經(jīng)在水下衛(wèi)生研究，水資源開發(fā)和海洋生態(tài)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，維持水資源的安全是一個(gè)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)，主要是水下作業(yè)的復(fù)雜環(huán)境增加了操作的難度，導(dǎo)致無(wú)法完成一些精細(xì)的工作。因此，現(xiàn)在各國(guó)都在研究和開發(fā)可以適應(yīng)更多工況、清理更加干凈的水下除藻工具。

2、一方面，各國(guó)在研究改進(jìn)除藻工具的控制機(jī)構(gòu)，以使其運(yùn)動(dòng)更加靈活；另一方面，也在改進(jìn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這些改進(jìn)中，雖然有些清理設(shè)備也可以進(jìn)行除藻，但是在清除之后無(wú)法聚集，導(dǎo)致藻類向周圍發(fā)生擴(kuò)散，形成水質(zhì)污染。因此，完美解決藻類侵害問題是一項(xiàng)不小的挑戰(zhàn)：一方面，粘在河道上的藻類因角度問題不容易被清理，另一方面，即使清理下來(lái)，由于沒有及時(shí)收集，仍會(huì)造成二次污染。

3、具體地，不同位置的河道邊坡可能具有不同坡度和不同水深?，F(xiàn)有技術(shù)中，面對(duì)不同坡度和水深條件下的藻類清理任務(wù)，通常采用以下幾種方法來(lái)處理：

4、1、固定式除藻裝置。

5、其特點(diǎn)是安裝在特定位置，對(duì)重點(diǎn)位置進(jìn)行有效除藻作業(yè)。缺陷是清理范圍有限，靈活性差，不適應(yīng)清除粘附在河道邊坡各處的藻類的任務(wù)。

6、2、人工或半機(jī)械化處理。

7、這種方式有人工參與，使用人工操作的工具（刷子、刮板等）或簡(jiǎn)單的機(jī)械化裝置（如小型清理船）進(jìn)行河道邊坡除藻。缺陷是勞動(dòng)強(qiáng)度大，除藻效率低，難以適應(yīng)大面積或復(fù)雜河道邊坡地形的清理任務(wù)。人工清理容易導(dǎo)致清理效果不均勻、清理不徹底以及河道坡面損傷等問題。

8、3、傳統(tǒng)機(jī)械化除藻設(shè)備。

9、一些大型除藻船或固定式除藻設(shè)備，通常配備吸藻裝置或機(jī)械刷。這些設(shè)備通常體積較大，難以進(jìn)入淺水區(qū)域或地形狹窄區(qū)域。另外，在面對(duì)不同坡度和水深的作業(yè)條件時(shí)，需要頻繁調(diào)整位置或更換設(shè)備，操作復(fù)雜，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種適用于不同坡度和水深的自適應(yīng)可調(diào)節(jié)的除藻系統(tǒng)，解決粘在河道邊坡上的藻類因坡度和水深條件的多樣化而不易機(jī)械化清理的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的適用于不同坡度和水深的自適應(yīng)可調(diào)節(jié)的除藻系統(tǒng)包括除藻車、無(wú)人水面艇、由無(wú)人水面艇向下安裝的除藻工具和用于將藻類由除藻工具傳送至除藻車的傳送裝置；

3、除藻工具用于將藻類由河道邊坡處剝離下來(lái)并集中收集；

4、除藻車用于分離藻類和水并分別存儲(chǔ)；除藻車跟隨無(wú)人水面艇沿河岸移動(dòng)；

5、無(wú)人水面艇用于安裝定位除藻工具并攜帶除藻工具沿河岸邊坡移動(dòng)；

6、除藻工具具有開口朝下的除藻殼體，除藻殼體內(nèi)間隔安裝有滾動(dòng)毛刷，滾動(dòng)毛刷的下端向下凸出除藻殼體，滾動(dòng)毛刷用于將河道邊坡處的藻類剝離下來(lái)；兩個(gè)滾動(dòng)毛刷與兩者之間的除藻殼體圍成集藻腔，兩個(gè)滾動(dòng)毛刷相對(duì)旋轉(zhuǎn)并用于將剝離下來(lái)的藻類撥動(dòng)集中至集藻腔；兩個(gè)滾動(dòng)毛刷一一對(duì)應(yīng)連接有毛刷驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

7、除藻殼體沿其周向間隔安裝有若干萬(wàn)向輪，萬(wàn)向輪的底端低于除藻殼體底端從而避免除藻殼體緊壓在河道邊坡上；滾動(dòng)毛刷的底端或者與萬(wàn)向輪的底端相平齊或者低于萬(wàn)向輪的底端；

8、除藻殼體安裝有角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和深度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)用于使除藻殼體適應(yīng)不同河道邊坡的傾斜角度；深度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)用于使除藻殼體適應(yīng)不同位置的河道邊坡處的水深。

9、角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)包括除藻殼體上表面中部向上凸起設(shè)置的安裝臺(tái)，以河道的延伸方向?yàn)榍跋?，除藻殼體的長(zhǎng)度方向垂直于前后方向；

10、在除藻殼體的寬度方向上，安裝臺(tái)兩側(cè)的除藻殼體上表面分別設(shè)有下鉸接座，各下鉸接座分別鉸接有外套筒，各外套筒內(nèi)分別滑動(dòng)插設(shè)有內(nèi)套筒，各內(nèi)套筒的頂部分別徑向凸起設(shè)有上環(huán)形臺(tái)，上環(huán)形臺(tái)和外套筒頂端之間的外套筒和內(nèi)套筒上套設(shè)有第一彈簧，第一彈簧用于向上頂壓上環(huán)形臺(tái)從而使內(nèi)套筒相對(duì)外套筒向上伸出進(jìn)而實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)。

11、無(wú)人水面艇的艇壁底面向上凹陷設(shè)有安裝槽；安裝槽的槽底設(shè)有連通無(wú)人水面艇的內(nèi)腔和安裝槽的滑孔；

12、深度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)包括安裝臺(tái)上的中鉸接座，中鉸接座向上鉸接有下安裝板，下安裝板向上連接有滑動(dòng)套筒；滑動(dòng)套筒穿過上安裝板并與上安裝板固定連接，滑動(dòng)套筒向上通過滑孔伸入無(wú)人水面艇的內(nèi)腔并向上通過第一伸縮金屬管與傳送裝置的管路相連接；

13、上安裝板上方的滑動(dòng)套筒上套設(shè)有第二彈簧，第二彈簧下端與上安裝板相壓接，第二彈簧上端與安裝槽的槽壁相壓接。

14、除藻車具有車斗，車斗內(nèi)承載有藻水分離器、儲(chǔ)水箱和儲(chǔ)藻箱；藻水分離器通過支架支撐在車斗的底板上，以除藻車的前進(jìn)方向?yàn)榍跋?，藻水分離器前高后低具有坡度；藻水分離器的外殼呈方筒形，藻水分離器的外殼內(nèi)設(shè)有分離筒，分離筒呈圓筒形，分離筒前端具有前端板，前端板中部設(shè)有管道接口；

15、分離筒后端敞口設(shè)置，分離筒的筒壁上均勻分布有透水孔，分離筒外壁與藻水分離器的外殼之間圍成集水腔，各透水孔均與集水腔相通；

16、儲(chǔ)藻箱位于藻水分離器后方的車斗底板上，儲(chǔ)藻箱頂部敞口并用于承接由分離筒落下的藻類，分離筒的后端與儲(chǔ)藻箱的前側(cè)壁位于同一前后位置；

17、集水腔連接有排水管，排水管連接有排水泵的進(jìn)口，排水泵的出口通過管路與儲(chǔ)水箱相通；

18、分離筒的前端板上的管道接口連接有進(jìn)料管，進(jìn)料管作為傳送裝置的管路，進(jìn)料管伸出車斗并傾斜向下連接有第二伸縮金屬管。

19、無(wú)人水面艇具有所述內(nèi)腔，無(wú)人水面艇后部安裝有后推進(jìn)器，后推進(jìn)器用于推動(dòng)無(wú)人水面艇沿河道延伸方向前進(jìn)；無(wú)人水面艇側(cè)部設(shè)有側(cè)推進(jìn)器，側(cè)推進(jìn)器用于推動(dòng)無(wú)人水面艇沿河寬方向橫向移動(dòng)。

20、傳送裝置包括安裝在無(wú)人水面艇上的吸污泵，吸污泵的出污管向上連接所述第二伸縮金屬管；

21、吸污泵的進(jìn)污管作為傳送裝置的一部分管路向下伸入無(wú)人水面艇的內(nèi)腔并連接所述第一伸縮金屬管的上端；

22、下安裝板上設(shè)有通孔，安裝臺(tái)于中鉸接座處設(shè)有連通集藻腔的連通口，連通口和下安裝板上的通孔之間設(shè)有軟接頭，軟接頭導(dǎo)通儲(chǔ)藻腔和滑動(dòng)套筒；

23、傳送裝置由下向上包括所述軟接頭、滑動(dòng)套筒、第一伸縮金屬管、吸污泵、第二伸縮金屬管和進(jìn)料管。

24、滾動(dòng)毛刷具有毛刷軸，毛刷軸上設(shè)有刷毛；毛刷軸的兩端部均通過軸承與除藻殼體轉(zhuǎn)動(dòng)配合；

25、毛刷驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在除藻殼體上表面的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)位于相對(duì)應(yīng)的毛刷軸的一端上方，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與毛刷軸驅(qū)動(dòng)連接，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

26、本發(fā)明還公開了相應(yīng)的除藻方法，采用前述適用于不同坡度和水深的自適應(yīng)可調(diào)節(jié)的除藻系統(tǒng)按以下步驟進(jìn)行：

27、第一是準(zhǔn)備步驟；將除藻車駕駛至河岸的除藻起始位置，操縱無(wú)人水面艇沿河道航行至除藻車下方的河道邊坡處并調(diào)節(jié)好無(wú)人水面艇在河寬方向上的位置，使各萬(wàn)向輪壓在河道邊坡的除藻位置上；

28、第二伸縮金屬管預(yù)先連接在吸污泵的出污管上；使進(jìn)料管向下連接第二伸縮金屬管，形成完整的適用于不同坡度和水深的自適應(yīng)可調(diào)節(jié)的除藻系統(tǒng)；

29、第二是連續(xù)除藻步驟；

30、啟動(dòng)兩個(gè)滾動(dòng)毛刷對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，啟動(dòng)吸污泵；

31、兩個(gè)滾動(dòng)毛刷的刷毛在通過物理接觸和摩擦力將藻類剝離河道邊坡，兩個(gè)滾動(dòng)毛刷在相對(duì)旋轉(zhuǎn)中將剝離下來(lái)的藻類物質(zhì)向集藻腔中推送；

32、在吸污泵的作用下，藻類與水的混合物由集藻腔經(jīng)軟接頭、滑動(dòng)套筒、第一伸縮金屬管、吸污泵、第二伸縮金屬管和進(jìn)料管進(jìn)入除藻車的分離筒；

33、在分離筒中，水經(jīng)透水孔進(jìn)入集水腔；集水腔中設(shè)有雙浮球水位開關(guān)，雙浮球水位開關(guān)連接排水泵的控制器；集水腔中的水位上升到雙浮球水位開關(guān)監(jiān)控的高水位時(shí)排水泵打開，在排水泵的抽吸和泵送作用下，集水腔中的水經(jīng)排水泵進(jìn)入儲(chǔ)水箱；集水腔中的水位下降到雙浮球水位開關(guān)監(jiān)控的低水位時(shí)排水泵關(guān)閉；

34、在分離筒中，藻類物質(zhì)在分離筒的坡度作用下以及振動(dòng)作用下沿分離筒向后移動(dòng)并掉落在儲(chǔ)藻箱中；

35、除藻車和無(wú)人水面艇沿河道邊坡連續(xù)向前緩慢前進(jìn)，對(duì)河道邊坡進(jìn)行連續(xù)除藻作業(yè)。

36、本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

37、本發(fā)明中，除藻車、無(wú)人水面艇除藻工具和傳送裝置構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，完成藻類的剝離、集中、輸送、分離和存儲(chǔ)等一系列功能，能夠適用于河道邊坡不同的坡度和水深，防止二次污染、高效完成藻類清理任務(wù)，同時(shí)減少對(duì)水體環(huán)境的影響。

38、藻類的生長(zhǎng)依賴于陽(yáng)光，水深較淺的區(qū)域通常光照充足；且深水區(qū)流速較快，藻類更容易附著在淺水區(qū)的邊坡等結(jié)構(gòu)上，因而藻類通常在淺水區(qū)的邊坡上分布得更為密集，淺水區(qū)的邊坡也是需要除藻的重點(diǎn)部位。

39、usv在水中受到的浮力變化不大，因而usv距離河道邊坡的豎向距離基本穩(wěn)定。河道邊坡處的水深不同時(shí)就要求除藻殼體相對(duì)usv的距離也相應(yīng)不同，來(lái)確保除藻殼體的萬(wàn)向輪能穩(wěn)定壓在河道邊坡上（如果除藻殼體與河道邊坡之間的間隙過大時(shí)，會(huì)形成抽吸出去的水量增多而藻類減少的現(xiàn)象，影響除藻效果）；深度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)能夠使除藻殼體自動(dòng)適應(yīng)不同位置的河道邊坡處的水深，從而在水深發(fā)生變化時(shí)，無(wú)須更換或調(diào)節(jié)除藻設(shè)備也能正常工作。

40、藻類通常具有較強(qiáng)的附著力，滾動(dòng)毛刷通過物理接觸和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦力，能夠有效將藻類從河道邊坡處剝離下來(lái)。

41、滾動(dòng)毛刷的底端或者與萬(wàn)向輪的底端相平齊或者低于萬(wàn)向輪的底端，優(yōu)選略低于萬(wàn)向輪的底端，既能保持對(duì)河道邊坡的有效接觸、從而在旋轉(zhuǎn)中剝離藻類，又避免滾動(dòng)毛刷與河道邊坡之間壓力過大導(dǎo)致影響其正常轉(zhuǎn)動(dòng)、加大滾動(dòng)毛刷轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的功耗。

42、萬(wàn)向輪的底端低于除藻殼體底端從而避免除藻殼體緊壓在河道邊坡上，避免除藻殼體緊壓在河道邊坡上造成摩擦力大、振動(dòng)加劇、泵送藻類時(shí)抽吸水流的阻力加大等問題。

43、兩個(gè)滾動(dòng)毛刷相對(duì)旋轉(zhuǎn)從而能將剝離下來(lái)的藻類撥動(dòng)集中到集藻腔中，有利于藻類的集中的抽送，防止藻類剝離后形成的污水?dāng)U散，從而避免了水質(zhì)的二次污染。

44、無(wú)論河道邊坡是何種傾斜角度，角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)均可以通過兩個(gè)第一彈簧的伸縮自動(dòng)適應(yīng)邊坡傾角。具體地，兩個(gè)外套筒中，位于邊坡相對(duì)上方的外套筒被邊坡抬高，壓縮對(duì)應(yīng)的第一彈簧收縮，使相應(yīng)的內(nèi)套筒更多地收回外套筒內(nèi)；位于邊坡相對(duì)下方的外套筒則在重力作用下其位置很低，對(duì)應(yīng)的第一彈簧舒張并將對(duì)應(yīng)的內(nèi)套筒向頂壓，使除藻殼體的傾斜角度在重力和第一彈簧作用力下自動(dòng)匹配河道邊坡的傾斜角度?？傊?，在河道邊坡傾斜角度發(fā)生變化時(shí)，角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)可以使除藻殼體角度自動(dòng)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，既無(wú)須更換部件，也無(wú)須人工干預(yù)，使用十分方便。

45、深度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)通過第二彈簧起到調(diào)節(jié)作用。水深變化時(shí)，第二彈簧的壓縮和舒張能夠確保萬(wàn)向輪壓在河岸邊坡上。

46、第一伸縮金屬管允許滑動(dòng)套筒在上下伸縮的過程中始終與第一伸縮金屬管相通。第二彈簧的彈力向下緊壓上安裝板，從而使上安裝板、滑動(dòng)套筒以及下方的除藻殼體一起向下運(yùn)動(dòng)，直到萬(wàn)向輪壓在河道邊坡的坡面上。采用深度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，即便河道邊坡的坡面有所起伏，或者有異物堆積，或者水面深度有變化，本發(fā)明可以在無(wú)人干預(yù)的情況下使除藻殼體自動(dòng)發(fā)生匹配性的上下位移，既保證除藻殼體在沿邊坡移動(dòng)時(shí)具有良好的通過性能（遇到異物可以相對(duì)無(wú)人水面艇上升），又保證除藻殼體的底壁始終緊鄰邊坡（間隙由萬(wàn)向輪向下凸出除藻殼體的量決定）從而保證除藻效果。

47、除藻車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠完成藻類與水分的分離，并分別存儲(chǔ)藻類物質(zhì)和水分，為無(wú)人水面艇和除藻工具沿河道邊坡連續(xù)進(jìn)行除藻作業(yè)提供基礎(chǔ)。第二伸縮金屬管既具有較低的管道阻力和較長(zhǎng)的使用壽命，又允許除藻車和無(wú)人水面艇的動(dòng)作不完全同步。附圖為結(jié)構(gòu)示意圖，實(shí)際的第二伸縮金屬管長(zhǎng)于圖中顯示的狀態(tài)。

48、后推進(jìn)器方便無(wú)人水面艇前進(jìn)，側(cè)推進(jìn)器方便無(wú)人水面艇調(diào)節(jié)自身與河道邊坡之間的橫向距離。

49、兩個(gè)滾動(dòng)毛刷由與其一一對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因而非常容易實(shí)現(xiàn)兩根滾動(dòng)毛刷相對(duì)旋轉(zhuǎn)、使刮下來(lái)的藻類物質(zhì)向兩根滾動(dòng)毛刷之間的集藻腔聚集的效果。本發(fā)明的除藻方法操作簡(jiǎn)單，能夠連續(xù)高效地對(duì)河道邊坡進(jìn)行除藻作業(yè)。