CN107436250B - 一种无人机挂载的智能水样采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机挂载的智能水样采集装置，包括：安装在无人机中心盘下方的固定基座；安装在固定基座下方的线盘组件；安装在线盘组件下方的分水组件；安装在分水组件下方，且用于采集水样的采样组件。本发明提供将采水、收放线和打标集成在一起，实现自动取水；本发明利用舵机智能控制注水口的旋转运动，实现了一次多点采集，提高了采水效率；利用打标记录采水位置、水深、水温等信息，满足了水样智能化管理的需求。与现有技术相比，本发明实现广泛区域全自动定点采集水样，无需人员直接到采水现场，满足了避免人员直接接触有害水样的目的，安全快速有效。

Description

一种无人机挂载的智能水样采集装置

技术领域

本发明涉及水样采集技术，具体涉及的是一种无人机挂载的智能水样采集装置。

背景技术

随着工业进步和社会发展，水污染日趋严重，成为世界性的头号环境治理难题，严重威胁了社会的可持续发展。在此背景下，国家大力加强水环境保护的宣传教育，鼓励水污染防治的科学技术研究和先进适用技术的推广应用。

水样采集是水污染防治的重要环节之一，目前的水样采集主要是人工采集，即依靠人乘坐船只到达指定的采水点采集水样，这种采集方式具有耗时长、费用高、特殊区域不易到达、恶劣环境可能会对人体造成伤害等问题。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种无人机挂载的智能水样采集装置，以提高水样采集的效率，降低水样采集风险。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种无人机挂载的智能水样采集装置，包括：

一安装在无人机中心盘下方的固定基座；

一安装在固定基座下方的线盘组件；

一安装在线盘组件下方的分水组件；

一安装在分水组件下方，且用于采集水样的采样组件。

优选地，所述固定基座包括第一上固定盘、第一下固定盘及安装在第一上固定盘、第一下固定盘之间的转盘，所述转盘上设置有一由转盘向外延伸的第一摆杆，所述第一摆杆的外侧末端安装有一滑轮。

优选地，所述转盘与第一上固定盘之间固定安装有一固定件，所述固定件上设置有若干可从第一上固定盘上挂钩孔上穿出且与无人机中心盘连接的挂钩。

优选地，所述第一摆杆上安装有一固定块、该固定块中设置有一可沿第一下固定盘滚动的滚轮。

优选地，所述线盘组件，包括线盘及安装在线盘中的第一隔板和第二隔板，所述第一隔板上安装有一转动支架座，该转动支架座上安装有从线盘上穿出的供电线插头；所述第二隔板上安装有一从线盘上穿出的水管接头。

优选地，所述第一隔板上还安装有一限位传感器。

优选地，所述线盘中还安装有一直流电机支架座，该直流电机支架座下方安装有直流电机，上方安装有第一齿轮组，所述直流电机通过所述第一齿轮组与所述转盘传动连接。

优选地，所述线盘中还安装有舵机支架，所述舵机支架上安装有舵机和第二齿轮组，所述舵机与第二齿轮组传动连接。

优选地，所述分水组件包括第二上固定盘、第二下固定盘以及固定安装在第二上固定盘、第二下固定盘之间的分水器，所述分水器由第二摆杆，设置于第二摆杆一端的可拆卸注水接头及设置于第二摆杆另一端且与所述第二齿轮组传动连接的第一转轴构成，且第二摆杆的下方设置有一第二转轴。

优选地，所述采样组件包括采样瓶、连接板和潜水泵；

优选地，所述采样瓶安装在第二下固定盘上，且其开口位于所述可拆卸注水接头正下方，且在采样瓶的瓶身上设置有一电子标签；

所述连接板通过第二转轴与第二摆杆活动连接，且连接板的上端设置有一用于固定安装水位计的安装支架；下端设置有一用于读写所述电子标签信息的RFID信息读写器；

所述潜水泵用于采集水样，其通过第一水管连接到水管接头，所述水管接头通过第二水管连接到所述可拆卸注水接头。

本发明提供的无人机挂载的智能水样采集装置，将采水、收放线和打标集成在一起，实现自动取水；本发明利用舵机智能控制注水口的旋转运动，实现了一次多点采集，提高了采水效率；利用打标记录采水位置、水深、水温等信息，满足了水样智能化管理的需求。与现有技术相比，本发明实现广泛区域全自动定点采集水样，无需人员直接到采水现场，满足了避免人员直接接触有害水样的目的，安全快速有效。

附图说明

图1为本发明智能水样采集装置的立体示意图一；

图2为本发明智能水样采集装置的立体示意图二；

图3为本发明固定基座与线盘组件组装结构示意图；

图4为本发明分水组件与采样组件的立体结构示意图；

图5为本发明分水组件与采样组件的组装剖视图。

图中标识说明：固定基座100、第一上固定盘101、挂钩孔1011、第一下固定盘102、固定件103、挂钩1031、转盘104、第一摆杆1041、固定块1042、滚轮1043、滑轮1044、线盘组件200、线盘201、第一隔板202、转动支架座2021、供电线插头2022、限位传感器2023、第一齿轮组203、直流电机支架座204、直流电机205、第二隔板206、水管接头2061、舵机支架207、第二齿轮组208、舵机209、分水组件300、第二上固定盘301、第二下固定盘302、连接件303、分水器304、可拆卸注水接头3041、第二摆杆3042、第一转轴3043、第二转轴3044、采样组件400、采样瓶401、外固定环4011、内固定环4012、电子标签4013、连接板402、安装支架4021、水位计4022、RFID信息读写器4023、潜水泵403、第一水管4031、第二水管4032。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对目前水样采集主要依靠人工，存在耗时长、费用高、特殊区域不易到达、环境恶劣可能会对人体造成伤害等问题。本发明提供了一种利用无人机实现智能水样采集的装置，其利用舵机智能控制注水口的旋转运动，实现了一次多点采集，提高了采水效率以及利用打标记录采水位置、水深、水温等信息，满足了水样智能化管理的需求。

请参阅图1所示，图1为本发明智能水样采集装置的立体示意图一。本发明提供的无人机挂载的智能水样采集装置，主要包括有固定基座100、线盘组件200、分水组件300和采样组件400。

其中，线盘组件200安装在固定基座100下方，分水组件300安装在线盘组件200下方，采样组件400安装在分水组件300。

如图2～图5所示，本实施例固定基座100安装在无人机的中心盘底部，其包括有第一上固定盘101和第一下固定盘102，在第一上固定盘101和第一下固定盘102之间固定安装有固定件103和转盘104，其中固定件103位于转盘104和第一上固定盘101之间。

第一上固定盘101上设置有多个挂钩孔1011，固定件103上设置有与所述挂钩孔1011数量和位置对应的挂钩1031，挂钩1031可对应穿过挂钩孔1011，与无人机的中心盘底部连接在一起。

转盘104上设置有一个第一摆杆1041，第一摆杆1041一端连接转盘104，另一端连接有一个滑轮1044，通过该滑轮1044可以实现收线和放线；在第一摆杆1041上还安装有一个固定块1042，该固定块1042中安装有一个滚轮1043，所述滚轮1043对应位于第一上固定盘101和第一下固定盘102之间。

滑轮1044上对应缠绕有线，当转盘104转动时，可对应通过滚轮1043带动第一摆杆1041及滑轮1044转动，从而通过转盘104及滑轮1044共同作用而实现收线或放线(见图2、图3)。

线盘组件200安装在固定基座100下方，其包括有线盘201，所述线盘201上设置有两个开孔，线盘201内安装有第一隔板202、直流电机支架座204、舵机支架207和第二隔板206。

直流电机支架座204上安装有第一齿轮组203和直流电机205，其中第一齿轮组203由大齿轮以齿数比7:9的比例与小齿轮啮合形成，小齿轮固定于直流电机205转轴上，大齿轮与转动轴刚性连接，转动轴和固定轴通过轴承连接，转动轴与第一摆杆刚性连接，固定轴上端通过顶板/轴连接件和第一上固定盘101连接，第一摆杆1041悬臂端固定收线滑轮1044，水管绕线搭在滑轮1044上。

直流电机205工作时，对应带动第一齿轮组203转动，而第一齿轮组203则对应与转盘104传动连接，以带动转盘104转动。

舵机支架207上安装有第二齿轮组208和舵机209，第二齿轮组208由大齿轮与小齿轮以齿数比2:1啮合而成，其中小齿轮固定于转轴上，大齿轮固定于舵机209的转动轴上。所述舵机209与第二齿轮组208传动连接，通过舵机209工作带动第二齿轮组208转动。

第一隔板202上安装有一个转动支架座2021和一个限位传感器2023，转动支架座2021上安装有一个供电线插头2022，该供电线插头2022可对应从线盘201上的其中一个开孔中穿出，连接到无人机电源，以通过无人机电源对舵机209及直流电机205供电。

第二隔板206上安装有一个水管接头2061，该水管接头2061对应从线盘201上的另外一个开孔中穿出。

本实施例中线盘组件200利用直流电机205工作带动第一齿轮组203转动，通过第一齿轮组203带动转盘104转动，由于转盘104转动会带动第一摆杆1041转动，位于第一摆杆1041末端的滑轮1044则随之转动，从而实现线从滑轮1044收线或者放线(见图3、图4)。

分水组件300，安装在线盘组件200下方，其包括有第二上固定盘301和第二下固定盘302，第二上固定盘301和第二下固定盘302之间通过连接件303固定连接，其中第二下固定盘302上开设有多个开孔。

在第二上固定盘301和第二下固定盘302之间安装有分水器304，分水器304包括第二摆杆3042、可拆卸注水接头3041、第一转轴3043和第二转轴3044。其中第一转轴3043设置于第二摆杆3042的一端，且通过该第一转轴3043可与第二齿轮组208传动连接，通过第二齿轮组208转动以带动第二摆杆3042绕第一转轴3043转动；可拆卸注水接头3041设置于第二摆杆3042的另外一端，且其对应位于第二下固定盘302上的开孔上方；第二转轴3044位于第二摆杆3042的下方(见图4、图5)。

采样组件400，安装在分水组件300下方，其包括有采样瓶401，连接板402和潜水泵403。

采样瓶401的瓶身上设置有电子标签4013，采样瓶401的瓶口处设置有外固定环4011，所述外固定环4011内设置有内固定环4012，通过外固定环4011和内固定环4012可将采样瓶401固定在第二下固定盘302上的开孔中。

连接板402通过第二转轴3044与第二摆杆3042活动连接，连接板402的上端设置有一个安装支架4021，下端安装有RFID信息读写器4023。安装支架4021上固定安装一个水位计4022，RFID信息读写器4023可用于对应在采样瓶401上的电子标签4013进行读写信息。

潜水泵403用于采集水样，其上对应安装有水压传感器和水温传感器，潜水泵403通过第一水管4031连接到水管接头2061，所述水管接头2061通过第二水管4032连接到所述可拆卸注水接头3041(见图4、图5)。

本发明工作原理为：控制无人机飞到指定位置后，直流电机205工作，通过第一齿轮组203转动带动转盘104转动，第一摆杆1041带动其末端的滑轮1044随之转动，水管线对应从滑轮1044向下放线，此时潜水泵403向下落入水中；潜水泵403工作，将当前位置的水样抽取通过第一水管4031经过水管接头2061送入分水器304；之后采样的样品通过分水器304末端安装的可拆卸注水接头3041对应排入到采样瓶401中，当水位计4022对采样瓶401中的样品水位进行检测到设定位置时，通过RFID信息读写器4023在采样瓶401上的电子标签4011进行写入数据(包括但不限与采样地点、温度及压力等)；而之后，通过舵机209工作带动第二齿轮组208转动，第二齿轮组208随之带动分水器304上的第一转轴3043转动，进而带动第二摆杆3042摆动，使第二摆杆3042末端的可拆卸注水接头3041转动到下一个采样瓶中，重复上述动作，直至将所有采样瓶中的样品采集完成为止。之后通过直流电机205工作，通过第一齿轮组203反向转动带动转盘104反向转动，第一摆杆1041带动其末端的滑轮1044随之反向转动，将水管线对应从滑轮1044向上收线，此时潜水泵403向上从入水中拉出，飞行器返回，完成样品的采集。

综上所述，本发明利用直流电机控制转盘转动，实现收线和放线，从而控制潜水泵对水样进行采集；而且本发明还通过舵机智能控制注水口的旋转运动，实现了一次多点采集，提高了采水效率。另外本发明在采集水样之后，通过数据读写设备将所采集的水样进行数据写入，以记录水深、水温计采水位置等信息，从而满足了水样智能化管理的需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种无人机挂载的智能水样采集装置，其特征在于，包括：固定基座、线盘组件、分水组件和采样组件；所述线盘组件安装在固定基座下方，分水组件安装在线盘组件下方，采样组件安装在分水组件下方；固定基座安装在无人机的中心盘底部，其包括有第一上固定盘和第一下固定盘，在第一上固定盘和第一下固定盘之间固定安装有固定件和转盘，固定件位于转盘和第一上固定盘之间；第一上固定盘上设置有多个挂钩孔，固定件上设置有与所述挂钩孔数量和位置对应的挂钩，挂钩可对应穿过挂钩孔，与无人机的中心盘底部连接在一起；转盘上设置有一个第一摆杆，第一摆杆一端连接转盘，另一端连接有一个滑轮，通过该滑轮可以实现收线和放线；在第一摆杆上还安装有一个固定块，该固定块中安装有一个滚轮，所述滚轮对应位于第一上固定盘和第一下固定盘之间；滑轮上对应缠绕有线，当转盘转动时，可对应通过滚轮带动第一摆杆及滑轮转动，从而通过转盘及滑轮共同作用而实现收线或放线；线盘组件安装在固定基座下方，其包括有线盘，所述线盘上设置有两个开孔，线盘内安装有第一隔板、直流电机支架座、舵机支架和第二隔板；直流电机支架座上安装有第一齿轮组和直流电机，其中第一齿轮组由大齿轮以齿数比7:9的比例与小齿轮啮合形成，小齿轮固定于直流电机转轴上，大齿轮与转动轴刚性连接，转动轴和固定轴通过轴承连接，转动轴与第一摆杆刚性连接，固定轴上端通过顶板/轴连接件和第一上固定盘连接，第一摆杆悬臂端固定收线滑轮，水管绕线搭在滑轮上；直流电机工作时，对应带动第一齿轮组转动，而第一齿轮组则对应与转盘传动连接，以带动转盘转动；舵机支架上安装有第二齿轮组和舵机，第二齿轮组由大齿轮与小齿轮以齿数比2:1啮合而成，其中小齿轮固定于转轴上，大齿轮固定于舵机的转动轴上；所述舵机与第二齿轮组传动连接，通过舵机工作带动第二齿轮组转动；第一隔板上安装有一个转动支架座和一个限位传感器，转动支架座上安装有一个供电线插头，该供电线插头可对应从线盘上的其中一个开孔中穿出，连接到无人机电源，以通过无人机电源对舵机及直流电机供电；第二隔板上安装有一个水管接头，该水管接头对应从线盘上的另外一个开孔中穿出；线盘组件利用直流电机工作带动第一齿轮组转动，通过第一齿轮组带动转盘转动，由于转盘转动会带动第一摆杆转动，位于第一摆杆末端的滑轮则随之转动，从而实现线从滑轮收线或者放线；分水组件，安装在线盘组件下方，其包括有第二上固定盘和第二下固定盘，第二上固定盘和第二下固定盘之间通过连接件固定连接，其中第二下固定盘上开设有多个开孔；在第二上固定盘和第二下固定盘之间安装有分水器，分水器包括第二摆杆、可拆卸注水接头、第一转轴和第二转轴；其中第一转轴设置于第二摆杆的一端，且通过该第一转轴可与第二齿轮组传动连接，通过第二齿轮组转动以带动第二摆杆绕第一转轴转动；可拆卸注水接头设置于第二摆杆的另外一端，且其对应位于第二下固定盘上的开孔上方；第二转轴位于第二摆杆的下方；采样组件，安装在分水组件下方，其包括有采样瓶，连接板和潜水泵，采样瓶的瓶身上设置有电子标签，采样瓶的瓶口处设置有外固定环，所述外固定环内设置有内固定环，通过外固定环和内固定环可将采样瓶固定在第二下固定盘上的开孔中；连接板通过第二转轴与第二摆杆活动连接，连接板的上端设置有一个安装支架，下端安装有RFID信息读写器；安装支架上固定安装一个水位计，RFID信息读写器可用于对应在采样瓶上的电子标签进行读写信息；潜水泵用于采集水样，其上对应安装有水压传感器和水温传感器，潜水泵通过第一水管连接到水管接头，所述水管接头通过第二水管连接到所述可拆卸注水接头；其中所述智能水样采集装置的工作原理为：控制无人机飞到指定位置后，直流电机工作，通过第一齿轮组转动带动转盘转动，第一摆杆带动其末端的滑轮随之转动，水管线对应从滑轮向下放线，此时潜水泵向下落入水中；潜水泵工作，将当前位置的水样抽取通过第一水管经过水管接头送入分水器；之后采样的样品通过分水器末端安装的可拆卸注水接头对应排入到采样瓶中，当水位计对采样瓶中的样品水位进行检测到设定位置时，通过RFID信息读写器在采样瓶上的电子标签进行写入数据；之后，通过舵机工作带动第二齿轮组转动，第二齿轮组随之带动分水器上的第一转轴转动，进而带动第二摆杆摆动，使第二摆杆末端的可拆卸注水接头转动到下一个采样瓶中，重复上述动作，直至将所有采样瓶中的样品采集完成为止，之后通过直流电机工作，通过第一齿轮组反向转动带动转盘反向转动，第一摆杆带动其末端的滑轮随之反向转动，将水管线对应从滑轮向上收线，此时潜水泵向上从入水中拉出，飞行器返回，完成样品的采集。