本发明涉及水域生态设备技术领域，尤其涉及一种水体监控及修复多功能机器人、其航线及位置纠偏方法。
背景技术：
近些年，随着城市建设的不断加快推进，人们周边生活环境中的如自然湖泊、人工景观池塘等地区不仅能提高城市居民生活质量的档次，另一方面还能改善城市的空气质量等。然而，上述自然湖泊和人工景观池塘等地区在近些年面临着被污染的威胁，因为其一般具有水域面积小、水体易受到污染、水环境容量小、水体内动植物的自净能力较低、水体富营养化等特点导致大量的城市污染物易沉积在水体的底部，同时这些沉积污染物又会源源不断地向周围水体释放可溶性污染物，这些污染物的大量滋生导致水体中藻类迅速繁殖、水质的清澈度下降等现象。对于某些污染严重而未得到有效治理的湖泊和池塘，由于水体的自我修复功能破坏严重，严重的威胁着人民的生命健康及社会经济的和谐发展。因此治理并持续维护水生命环境势在必行。
研究者们近些年致力于研究如何改善水体的水质，主要可概况为有针对性地采取污染控制和修复技术，如人工生态浮床法、化学沉淀法、生物接触氧化法等，虽然这些技术或者方法能在一定程度上改善水体的污染现象，但是传统的固定式的水上浮岛，大多采用水底固定链接，导致浮岛使用功能单一，而且具有维护成本较高、处理周期相对频繁、水体的自修复能力得不到提高等缺陷。
技术实现要素：
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种以主浮体与功能性浮体为组合、可远程控制、维护方便以及适用面广的水体监控及修复多功能机器人。
本发明还提供一种基于上述水体监控及修复多功能机器人的航线以及位置纠偏方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水体监控及修复多功能机器人，包括主浮体以及设于所述主浮体的四周的功能性浮体，所述主浮体包括有主控制系统、与所述主控制系统相连接的动力装置以及与所述主控制系统、所述动力装置相连接的储电装置，
所述主控制系统包括传输装置以及定位装置，所述传输装置包括用于接收指令信号的接收器以及用于发送信息信号的发送器，所述定位装置设有定位器，
所述动力装置包括用于为所述主浮体和/或所述功能性浮体提供动力的驱动件以及用于改变航向的方向舵，
所述主控制系统与所述功能性浮体的功能控制系统之间为信号连接或者电性连接。
作为优选方案，所述主浮体与所述功能性浮体均为多边形结构，所述主浮体与所述功能性浮体之间设有可拆卸的弹性连接扣。
作为优选方案，所述驱动件上设有主螺旋桨以及用于航线纠偏或者位置纠偏的从螺旋桨。
作为优选方案，所述主控制系统还包括充电装置，所述充电装置与所述储电装置电性连接，所述充电装置与岸边的充电桩之间为接触式自动对接和/或电磁感应式自动对接。
作为优选方案，所述主控制系统还包括用于发送图像信号的图像传输装置，所述图像传输装置上设有摄像头，所述图像传输装置与所述发送器相连接。
作为优选方案，所述功能性浮体设有与所述功能控制系统相连接的辅助动力装置，所述辅助动力装置包括辅助驱动件以及辅助方向舵。
作为优选方案，所述功能性浮体包括水体净化浮体、水深探测浮体、水质检测及取样浮体、水面保洁浮体、太阳能充电浮体、自动撒药浮体和景观浮体。
作为优选方案，所述水体净化浮体包括物理净化模块、化学净化模块以及生物净化模块。
一种基于上述的水体监控及修复多功能机器人的航线纠偏方法，包括以下步骤：
s1a：通过传感器获取水流数据和风力数据，
s1b：通过所述主控制系统获取目标位置和当前位置；
s2：根据所述水流数据、风力数据、目标位置和当前位置计算得到偏移量以及方向；
s3：所述当前偏移量与预设偏移量进行大小的比较判断，若所述当前偏移量大于所述预设偏移量，则执行步骤s4，若所述当前偏移量小于或者等于所述预设偏移量，则执行步骤s5；
s4：所述主螺旋桨与所述从螺旋桨均往偏移的反方向推动，返回步骤s3；
s5：所述主螺旋桨保持原航行方向，所述从螺旋桨往偏移的反方向推动。
一种基于上述的水体监控及修复多功能机器人的位置纠偏方法，包括以下步骤：
w1a：通过传感器获取水流数据和风力数据，
w1b：通过所述主控制系统获取目标位置和当前位置；
w2：根据所述水流数据、风力数据、目标位置和当前位置计算得到偏移量以及方向；
w3：所述当前偏移量与预设偏移量进行大小的比较判断，若所述当前偏移量大于所述预设偏移量，则执行步骤w4，若所述当前偏移量小于或者等于所述预设偏移量，则执行步骤w5；
w4：所述主螺旋桨与所述从螺旋桨均往偏移的反方向推动，返回步骤w3；
w5：所述主螺旋桨保持待机状态，所述从螺旋桨往偏移的反方向推动。
本发明所提供的水体监控及修复多功能机器人，与现有技术相比，其有益效果是：本发明所述水体监控及修复多功能机器人是以所述主浮体为中心，与其他功能性浮体组合而成的浮岛机器人，对不同需求的水域可进行选择性的组合，适用面广且维护方便，通过本发明的主控制系统实现在地面对所述浮岛机器人发送控制指令信号以及接收位置信息信号，使得对所述浮岛机器人可进行远程控制，智能化程度高，所述动力装置为所述机器人提供沿预设航线自动行走的功能，达到对河湖进行巡查的目的，克服了传统浮岛的单一固定方式、维护方式复杂等弊端。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的水体监控及修复多功能机器人的结构示意图。
图2为本发明实施例的水体监控及修复多功能机器人的内部装置的构成示意图。
图3为本发明实施例的水体监控及修复多功能机器人的航线纠偏的流程示意图。
图4为本发明实施例的水体监控及修复多功能机器人的位置纠偏的流程示意图。
图中：1.主浮体；2.功能性浮体；3.主控制系统；4.功能控制系统；5.驱动件；6.方向舵；7.电子调速器；8.动力电池；9.设备电池；10.定位装置；11.避障装置；12.接收器；13.发送器；14.遥控器；15.地面控制中心；16.数据处理；17.充电装置；18.图像传输；19.摄像头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图4所示，本发明优选的实施例提供了一种水体监控及修复多功能机器人，包括主浮体1以及设于所述主浮体1的四周的功能性浮体2，所述主浮体1包括有主控制系统3、与所述主控制系统3相连接的动力装置以及与所述主控制系统3、所述动力装置相连接的储电装置，所述主控制系统3包括传输装置以及定位装置10，所述传输装置包括用于接收指令信号的接收器12以及用于发送信息信号的发送器13，所述定位装置10设有定位器，所述动力装置包括用于为所述主浮体1和/或所述功能性浮体2提供动力的驱动件5以及用于改变航向的方向舵6，所述主控制系统3与所述功能性浮体2的功能控制系统4之间为信号连接或者电性连接。
基于上述技术特征的水体监控及修复多功能机器人，是以所述主浮体1为中心，与其他功能性浮体2组合而成的浮岛机器人，对不同需求的水域可进行选择性的组合，适用面广且维护方便，通过本发明实施例的主控制系统3实现在地面对所述浮岛机器人发送控制指令信号以及接收位置信息信号，使得对所述浮岛机器人可进行远程控制，智能化程度高，所述动力装置为所述浮岛机器人提供沿预设航线自动行走的功能，达到对河湖进行巡查的目的，克服了传统浮岛的单一固定方式、维护方式复杂等弊端。
如图1所示，所述主浮体1与所述功能性浮体2均为多边形结构，所述主浮体1与所述功能性浮体2之间设有可拆卸的弹性连接扣，实现所述主浮体1与所述功能性浮体2之间的可拆卸功能，当需要对所述浮体进行维护时，将对应的浮体拆卸下来进行维护即可，不影响其他浮体的正常工作，所述弹性连接扣具有抗扭力与抗拉伸的缓冲作用，减少风浪对浮体之间产生的冲击破坏，使得所述浮体机器人有更长的使用寿命，在本实施例中，所述主浮体1与所述功能性浮体2均为六边形结构，使得所述浮岛机器人整体结构更加紧凑，满足实际应用的要求，可以理解的是，所述主浮体1与所述功能性浮体2也可以是其他形状的结构，例如：矩形结构，三角形结构等等，这些结构设计方案均在本发明的保护范围之内，在此不再赘述。
如图2所示，在本实施例中，所述驱动件5上设有电子调速器7，使得所述浮岛机器人可对根据控制指令对航速进行调节；所述主控制系统3还包括避障装置11，所述避障装置11设有用于辅助所述定位器获取位置信息以及探测周边障碍物的超声波或激光雷达等传感器，可以对所述浮岛机器人的周边障碍物进行探测，并发送探测信号给所述主控制系统3，使得所述浮岛机器人对预设航线路径进行规划微调，以达到规避障碍物的目的；工作人员可通过移动式的遥控器14对设于所述浮岛机器人上的接收器12发送控制指令信号，其中包括航线数据、航速数据和操作数据等数据信号，所述浮岛机器人可接收并储存预设的规划巡河、湖航线，使得所述浮岛机器人可定时自动执行巡河、湖任务，智能化程度高；所述定位器可以是应用于gps、北斗、gnss、差分等卫星定位系统的定位器，主要是通过发送器13为所述地面控制中心15发送经纬度及海拔高度等信息；所述发送器13还可以发送水面监控、水体水质等信息信号，所述地面控制中心15与数据处理16中心可对所述浮岛机器人的运行状况进行监控和获取并处理数据，实现智能化控制。
进一步的，所述驱动件5上设有主螺旋桨以及用于航线纠偏或者位置纠偏的从螺旋桨，实现在航行状态或者在悬停状态时，可对航线或者位置进行纠偏，纠正航行过程或者悬停过程中风浪与水流对所述浮岛机器人造成的航线或者位置偏移。
进一步的，所述主浮体1上的主控制系统3还包括充电装置17，所述充电装置17与内置的所述储电装置电性连接，所述储电装置包括为所述驱动件5、所述电子调速器7提供电力的动力电池8和为其他电子设备提供电力的设备电池9，所述充电装置17与岸边的充电桩之间为接触式自动对接和/或电磁感应式自动对接，实现对所述浮岛机器人的自动充电功能，另外，在检测到电量低后自动回岸边进行充电的过程中，所述从螺旋桨为所述浮岛机器人提供主要动力来源，所述主螺旋桨保持待机状态，以确保所述浮岛机器人与充电桩对接时的准确度。
进一步的，所述传输装置还包括用于往所述地面控制中心15发送拍摄于所述浮岛机器人的周围的照片和视频的图像传输18的装置，所述图像传输18装置上设有摄像头19，所述图像传输18装置与所述发送器13相连接，实现对现场作业的可视化监控，以达到更好的控制效果，并对照片与视频数据进行保存。
进一步的，所述功能性浮体2设有与所述功能控制系统4相连接的辅助动力装置，所述辅助动力装置包括辅助驱动件以及辅助方向舵，若所述主浮体1上的动力装置不足以满足整个所述浮岛机器人移动需求时，可搭载多套辅助动力装置统一协调运行，以保证正常运行。
进一步的，所述功能性浮体2包括水体净化浮体、水深探测浮体、水质检测及取样浮体、水面保洁浮体、太阳能充电浮体、自动撒药浮体和景观浮体等浮体，可组合成多种具有不同功能的浮岛机器人，适用范围广阔；所述水体净化浮体可对水体进行净化以达到提升水质的目的；所述水深探测浮体用于探测水体深度；所述水体检测及取样浮体用于实时监测船体所在位置的水质情况，并可进行水体水质取样；所述水面保洁浮体主要用于清理水体表面的漂浮物或垃圾，保证水体清洁；所述太阳能充电浮体主要采用光伏太阳能板将太阳能转化为电能，为整个所述浮岛机器人进行充电；所述自动撒药浮体可对水质治理进行撒药处理；所述景观浮体可以是喷泉浮体，在水体表面进行喷泉布景，增加整体的美观性。
进一步的，所述水体净化浮体包括物理净化模块、化学净化模块以及生物净化模块，所述物理净化模块采用吸附或阻隔方式进行水质净化，吸附方式可以采用活性炭对杂质进行吸附，阻隔方式则是将水通过孔径大小不同的滤材，将水体中的杂质过滤掉；所述化学净化模块采用化学方法将水中杂质转化为对人体伤害较小的物质，或是将杂质集中化处理，例如将明矾加入水中，水中杂质集合后体积变大，将其过滤掉；生物净化主要种植种类不同的水生植物，水生植物的根系生长与水体当中，通过植物生长对养分的需求，可一定程度的降解水体的富营养化，同时植物根系又可附着具有降解有机污染物的微生物(分解者)，对受污水体的修复起到良好的促进作用。并且植物的根、茎、叶对水体的遮蔽可减少阳光的直射，从而降低局部水体温度，在一定范围内抑制藻类和菌群的繁殖，提高水体透明度。
如图3所示，基于上述水体监控及修复多功能机器人的航线纠偏方法，包括以下步骤：
s1a：通过平衡与方向陀螺仪、加速度传感器等传感器获取水流数据和风力数据，
s1b：通过所述传输装置获取目标位置以及通过所述定位装置10获取当前位置；
s2：根据所述水流数据、风力数据、目标位置和当前位置计算得到偏移量以及方向；
s3：所述当前偏移量与预设偏移量进行大小的比较判断，若所述当前偏移量大于所述预设偏移量，则执行步骤s4，若所述当前偏移量小于或者等于所述预设偏移量，则执行步骤s5；
s4：所述主螺旋桨与所述从螺旋桨均往偏移的反方向推动，返回步骤s3；
s5：所述主螺旋桨保持原航行方向，所述从螺旋桨往偏移的反方向推动。
通过上述航线纠偏的步骤，可实现在航行过程中的航线自动纠偏，避免了纠正航行过程中风浪与水流对所述浮岛机器人造成的影响。
如图4所示，基于上述水体监控及修复多功能机器人的位置纠偏方法，包括以下步骤：
w1a：通过平衡与方向陀螺仪、加速度传感器等传感器获取水流数据和风力数据，
w1b：通过所述传输装置获取目标位置以及通过所述定位装置10获取当前位置；
w2：根据所述水流数据、风力数据、目标位置和当前位置计算得到偏移量以及方向；
w3：所述当前偏移量与预设偏移量进行大小的比较判断，若所述当前偏移量大于所述预设偏移量，则执行步骤w4，若所述当前偏移量小于或者等于所述预设偏移量，则执行步骤w5；
w4：所述主螺旋桨与所述从螺旋桨均往偏移的反方向推动，返回步骤w3；
w5：所述主螺旋桨保持待机状态，所述从螺旋桨往偏移的反方向推动。
实现所述浮岛机器人在悬停状态下，可实现在航行过程中的航线自动纠偏，避免了纠正悬停过程中风浪与水流对所述浮岛机器人造成的影响，保证在悬停进行水质净化或者水质取样等作业的位置不偏离。
本发明实施例中所述水体监控及修复多功能机器人适用于水环境修复、水环境检测、水环境维护领域等领域，所述浮岛机器人是在一个多边形主浮体1上搭载了主控制系统3、动力装置、充电装置17等结构，所述主浮体1作为整个浮岛机器人的控制中枢，为整个浮岛机器人提供路径控制、浮动行走、水体信息采集和传输等功能，所述主浮体1通过弹性连接口与其他功能性浮体2进行连接，组成一个大型多功能的浮岛机器人，在所述主浮岛1上可设置红外传感器、超声波传感器、毫米波雷达等多种传感器，用于检测周围的障碍物，发现有障碍物时，可判断本浮岛和障碍物的距离，并选择空旷的方向行驶，在行驶或者停止作业的过程中，可自动对航线或者位置进行纠偏，避免了水流和风浪造成的影响，所述浮岛机器人改变了传统浮岛在水体中单一固定的方式，在所述主浮体1的带动下可达到巡河的目的，并在其他功能性浮体2的组合下，实现对水体测量检测、修复治理、适时监管等功能，满足实际应用要求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。