CN109724829B - 一种便携式生物样本取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式生物样本取样装置，包括驱动无人机，驱动无人机的底部悬挂有安装座，安装座的底部设置有绕线轮，绕线轮上绕设有钢缆，钢缆的下端悬挂有取样机构，通过取样机构可以对取样不便的沉水植物进行快捷取样，本发明操作简单，易于携带，需要人力资源少且兼备安全性，无需携带各种采集工具，潜水服以及运输船等繁杂的设备，有效地提供了一种便捷式的生物样本取样装置。

Description

一种便携式生物样本取样装置

技术领域

本发明涉及生物样本采集领域，具体为一种便携式生物样本取样装置。

背景技术

水生植物包括种子植物、蕨类植物、苔藓植物中的水生类群和藻类植物中以假根着生的大型藻类，是不同分类群植物长期适应水环境而形成的趋同适应的表现型，一般按其生活型分为：挺水植物、浮叶植物和沉水植物，在进行生态环境调查监测时，需要对水体中的水生植物样品进行调查取样，以了解水体中存在的水生植物情况；

对挺水植物和浮叶植物进行取样时多采用简单的框架采集法进行采集，而对于沉水植物则多采用挖泥器、带网铁铗和长柄镰刀等进行采集；但是在深水的地方就需要专业人员下到水体里进行样品采集，有时常常因水体浑浊，即使下水了也很难摸清水生植物的生长情况，而且也对下水人员的安全造成了隐患，常常出现花费很多的人力还采集不到样品的情况，另外有些水生植物所在的区域使得船体无法驶入，该处水域的取样工作便无法进行，耗费了大量人物力以及时间，因此亟需一种操作简单，易于携带，需要人力资源少且兼备安全性的水生物取样装置，无需携带各种采集工具，潜水服以及运输船等繁杂的设备；

专利号CN201811128006.1公开了一种带GPS定位的智能无人机污染土壤采集器，该装置在无人机的底部设置有挖掘刀片，挖掘刀片为三角形结构，通过油缸控制固定挡板带动圆形臂在支撑臂上沿转轴张开闭合，将挖掘刀片伸张开来，而后，通过第二油缸的作用将挖掘刀片***土壤，再通过第二刀片作用力将四块刀片收拢，形成锥形结构将土壤样本包含其内，该装置效率更高同时无需担心受到地形地势的影响，有效保证了工作效率，使得污染土壤样本采集更加适应于各种环境与地形，但其仅仅适用于陆地土壤的采集，而对沉水植物的采集工作便无能为力，其次该装置将刀片组***土壤时势必会对土壤内的植物产生破坏，其三该装置用油缸将刀片***土壤的过程中会受到土壤的反作用力，使得无人机被向上顶起而无法工作，为了克服这部分反作用力，就得降低无人机的旋翼的转速，使得无人机有下降的趋势，然后依靠无人机本身的自重来抵消该反推力，这样一来首先无人机的自重并不是很大，二则也加大了操作人员的操作难度。

发明内容

一种便携式生物样本取样装置，包括驱动无人机，所述驱动无人机的底部通过吊架固定悬挂有安装座，所述安装座的***对称设置有四个支脚，安装座的底部转动设置有旋转盘，旋转盘的底部固定安装有支架，支架内转动设置有绕线轮，支架一侧的外壁上固定安装有步进电机，步进电机的输出轴贯穿并伸入到支架的内部且与绕线轮的轴心处固定连接，所述绕线轮上缠绕设置有钢缆，钢缆的下端分别与两条吊绳的中部固定连接，两条吊绳分别通过两个绳扣对称安装在取样机构的两侧，其中每个吊绳的两端分别固定设置在同一侧的两个绳扣上，所述取样机构包括实心金属臂以及轻质挖铲，绳扣设置在实心金属臂的两侧，所述实心金属臂的右侧固定安装有第一铰接件，轻质挖铲的尾部固定安装有第二铰接件，所述第二铰接件上设置有第一安装孔以及第二安装孔，轻质挖铲通过第一安装孔与连杆的前端固定连接，轻质挖铲通过第二安装孔与实心金属臂的左端相互铰接，所述连杆的尾部的中间位置与防水电缸的推杆端部固定连接，所述防水电缸的缸筒尾部与第一铰接件相互铰接，所述连杆的尾部的左右两侧分别与一根弧形摆杆的一端相互铰接，两条弧形摆杆的另一端分别与实心金属臂的两侧面相互铰接，所述实心金属臂的右下侧固定安装有加重块，加重块上均匀设置有透水孔，所述安装座的底部且处于旋转盘外侧的位置上还固定安装有超声波水探仪以及摄像头，安装座的内部还设置有蓄电池以及控制器。

优选的，所述安装座的内部设置有空腔结构，空腔内固定安装有伺服电机，伺服电机的电机输出轴通过平键与主动轮键连接，主动轮通过同步带与从动轮同步转动，所述从动轮固定安装在旋转柱的上端，旋转柱的下端与旋转盘固定连接，所述旋转柱通过轴承座转动安装在安装座上，其中旋转柱与轴承座的内圈固连，安装座与轴承座的外圈固连。

优选的，所述钢缆上还设置有拉力传感器，所述拉力传感器选用板环式拉力传感器。

优选的，所述防水电缸上加装有控制启停的无线遥控开关。

优选的，所述轻质挖铲、第二铰接件、连杆以及弧形摆杆均选用钛合金材料制作，所述实心金属臂、第一铰接件以及加重块均选用不锈钢材料制作。

优选的，所述轻质挖铲上还均匀布满有透水孔。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明无需携带采集器、驱动船、潜水服等繁杂的设备，方便快捷、操作简单，解决了某些水域船体无法驶入的问题，也保证了采集人员的人身安全，且本装置占用人力资源少，一个人便可以完成采集取样工作，有效的增加了取样工作的效率；为防止取样机构在工作时与无人机之间产生力的传播问题，本装置采用钢缆连接的方式吊挂取样机构，也可以适应更深的水域采集工作，避免因油缸行程不足使得工作无法施展的情况发生，取样机构在取样时仅仅利用自身的结构关系使得挖铲受到的反推力重新传递给水底，使挖掘工作能顺利进行，而无需借助外力，减少了取样装备的携带量与本装置的重量。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明安装座底部结构示意图；

图3是本发明安装座内部结构示意图；

图4是本发明的取样机构具体结构放示意图；

图5是本发明非工作状态示意图；

图6是本发明中取样机构与河床接触时的状态示意图；

图7是本发明中取样机构的运动轨迹。

图中：1、驱动无人机；2、吊架；3、安装座；4、支脚；5、取样机构；6、绳扣；7、吊绳；8、钢缆；9、绕线轮；10、超声波水探仪；11、摄像头；12、步进电机；13、支架；14、伺服电机；15、电机输出轴；16、主动轮；17、同步带；18、从动轮；19、旋转柱；20、轴承座；21、空腔；22、旋转盘；23、第一安装孔；24、第二铰接件；25、第二安装孔；26、轻质挖铲；27、加重块；28、第一铰接件；29、实心金属臂；30、防水电缸；31、弧形摆杆；32、连杆；33、河床；34、挖铲运动轨迹。

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做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。

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种便携式生物样本取样装置，包括驱动无人机1，驱动无人机1的底部通过吊架2固定悬挂有安装座3，安装座3的内部设置有空腔结构21，空腔21内固定安装有伺服电机14，伺服电机14的电机输出轴15通过平键与主动轮16键连接，主动轮16通过同步带17与从动轮18同步转动，从动轮18固定安装在旋转柱19的上端，旋转柱19的下端与旋转盘22固定连接，旋转柱19通过轴承座20转动安装在安装座3上，其中旋转柱19与轴承座20的内圈固连，安装座3与轴承座20的外圈固连，安装座3的***对称设置有四个支脚4，旋转盘22的底部固定安装有支架13，支架13内转动设置有绕线轮9，支架13一侧的外壁上固定安装有步进电机12，步进电机12的输出轴贯穿并伸入到支架13的内部且与绕线轮9的轴心处固定连接，绕线轮9上缠绕设置有钢缆8，钢缆8上设置有板环式拉力传感器，钢缆8的下端分别与两条吊绳7的中部固定连接，两条吊绳7分别通过两个绳扣6对称安装在取样机构5的两侧，其中每个吊绳7的两端分别固定设置在同一侧的两个绳扣6上，取样机构5包括实心金属臂29以及轻质挖铲26，绳扣6设置在实心金属臂29的两侧，实心金属臂29的右侧固定安装有第一铰接件28，轻质挖铲26的尾部固定安装有第二铰接件24，第二铰接件24上设置有第一安装孔23以及第二安装孔25，轻质挖铲26通过第一安装孔23与连杆32的前端固定连接，轻质挖铲26通过第二安装孔25与实心金属臂29的左端相互铰接，连杆32的尾部的中间位置与防水电缸30的推杆端部固定连接，防水电缸30的缸筒尾部与第一铰接件28相互铰接，防水电缸30上加装有控制启停的无线遥控开关，连杆32的尾部的左右两侧分别与一根弧形摆杆31的一端相互铰接，两条弧形摆杆31的另一端分别与实心金属臂29的两侧面相互铰接，实心金属臂29的右下侧固定安装有加重块27，加重块27上均匀设置有透水孔，轻质挖铲26、第二铰接件23、连杆32以及弧形摆杆31均选用钛合金材料制作，实心金属臂29、第一铰接件28以及加重块27均选用不锈钢材料制作，轻质挖铲26上均匀布满有透水孔，安装座3的底部且处于旋转盘22外侧的位置上还固定安装有超声波水探仪10以及摄像头11，安装座3的内部还设置有蓄电池以及控制器。

具体的，本发明在使用时：本发明中驱动无人机的驱动方式与现有无人机的遥控方式一致，此处不再进行赘述，当需要对沉水植物进行取样时，开启驱动无人机1，将本装置移动到该沉水植物存在的水域，摄像头11可以对水体环境进行拍摄，确定好取样点后，通过伺服电机14驱动取样机构5转动到合适方向，然后开启绕线轮9使钢缆8慢慢放下，由于材料密度的不同，使得取样机构5的重心位置偏右，防止取样机构在触碰水底的时候轻质挖铲26将加重块27向上翘起，使得工作无法进行，加重块27上的透水孔的目的在于减少排水量以减少所受的浮力，当取样机构的左右两端点均与水底接触时，拉力检测仪检测到钢缆8所受拉力几乎为0，控制器立即停止绕线轮的转动并控制防水电缸30开始工作，防水电缸30的推杆推动连杆32逆时针旋转，同时使得轻质挖铲26以第二安装孔25为圆心逆时针旋转，使得轻质挖铲26可以对沉水植物进行挖掘，挖掘时由于水底对挖铲产生了一个反作用力，使得挖铲有向上弹起的相对运动趋势，为抵消该反作用力，本装置一是加大了取样机构右侧的重量，防止挖铲在工作时将实心金属臂翘起，二是通过连接件的设置，使得大部分反作用力依次通过第二铰接件24、连杆32、防水电缸30、第一铰接件28并最终直接通过实心金属臂29右下角的端点处传给河底，挖掘工作完成后，由于轻质挖铲26的转动使其与加重块27之间形成了一个类似箱体的结构，避免植物从轻质挖铲26内飘出，然后升起部分钢缆8，并驱动无人机向前移动，由于轻质挖铲26上布满有透水孔，此时利用水流与无人机的相对位移可以对植物样本进行漂洗，漂洗完成后升起取样装置，并将无人机返航即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种便携式生物样本取样装置，包括驱动无人机（1），其特征在于：所述驱动无人机（1）的底部通过吊架（2）悬挂有安装座（3），所述安装座（3）的***设置有支脚（4），安装座（3）的底部设置有旋转盘（22），旋转盘（22）的底部安装有支架（13），支架（13）内转动设置有绕线轮（9），支架（13）一侧的外壁上安装有步进电机（12），步进电机（12）的输出轴贯穿并伸入到支架（13）的内部且与绕线轮（9）的轴心处固定连接，所述绕线轮（9）上设置有钢缆（8），钢缆（8）的下端分别与两条吊绳（7）的中部连接，两条吊绳（7）分别通过两个绳扣（6）对称安装在取样机构（5）的两侧，其中每个吊绳（7）的两端分别固定设置在同一侧的两个绳扣（6）上，所述取样机构（5）包括实心金属臂（29）以及轻质挖铲（26），绳扣（6）设置在实心金属臂（29）的两侧，所述实心金属臂（29）的右侧固定安装有第一铰接件（28），轻质挖铲（26）的尾部固定安装有第二铰接件（24），所述第二铰接件（24）上设置有第一安装孔（23）以及第二安装孔（25），轻质挖铲（26）通过第一安装孔（23）与连杆（32）的前端固定连接，轻质挖铲（26）通过第二安装孔（25）与实心金属臂（29）的左端相互铰接，所述连杆（32）的尾部的中间位置与防水电缸（30）的推杆端部固定连接，所述防水电缸（30）的缸筒尾部与第一铰接件（28）相互铰接，所述连杆（32）的尾部的左右两侧分别与一根弧形摆杆（31）的一端相互铰接，两条弧形摆杆（31）的另一端分别与实心金属臂（29）的两侧面相互铰接，所述实心金属臂（29）的右下侧固定安装有加重块（27），加重块（27）上均匀设置有透水孔，所述安装座（3）的底部且处于旋转盘（22）外侧的位置上还固定安装有超声波水探仪（10）以及摄像头（11），安装座（3）的内部还设置有蓄电池以及控制器。

2.如权利要求1所述 的一种便携式生物样本取样装置，其特征在于：所述安装座（3）的内部设置有空腔结构（21），空腔（21）内固定安装有伺服电机（14），伺服电机（14）的电机输出轴（15）通过平键与主动轮（16）键连接，主动轮（16）通过同步带（17）与从动轮（18）同步转动，所述从动轮（18）固定安装在旋转柱（19）的上端，旋转柱（19）的下端与旋转盘（22）固定连接，所述旋转柱（19）通过轴承座（20）转动安装在安装座（3）上，其中旋转柱（19）与轴承座（20）的内圈固连，安装座（3）与轴承座（20）的外圈固连。

3.如权利要求1所述 的一种便携式生物样本取样装置，其特征在于：所述钢缆（8）上还设置有拉力传感器，所述拉力传感器选用板环式拉力传感器。

4.如权利要求1所述 的一种便携式生物样本取样装置，其特征在于：所述防水电缸（30）上加装有控制启停的无线遥控开关。

5.如权利要求1所述 的一种便携式生物样本取样装置，其特征在于：所述轻质挖铲（26）、第二铰接件（24 ）、连杆（32）以及弧形摆杆（31）均选用钛合金材料制作，所述实心金属臂（29）、第一铰接件（28）以及加重块（27）均选用不锈钢材料制作。

6.如权利要求4所述 的一种便携式生物样本取样装置，其特征在于：所述轻质挖铲（26）上还均匀布满有透水孔。

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