CN109813571B - 一种水空两栖无人机环境监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境监测设备技术领域，具体地，涉及一种水空两栖无人机环境监测装置，包括无人机的机身和设置在机身内用以对无人机进行控制的控制器，还包括设置在机身底部的用以使机身漂浮在水面上的漂浮机构、用以对水质进行检测的检测机构以及用以对待检测的水进行取样的取样机构，所述检测机构和取样机构设置在漂浮机构上。该监测装置通过无人机的形式，检测和取样更加灵活。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测设备技术领域，具体地，涉及一种水空两栖无人机环境监测装置。
背景技术
中国湖泊众多，面积1平方公里以上的有2700多个，总面积约9万平方公里。此外，还有数以万计的人工湖泊(即水库)。传统的水质检测采样往往都是检测人员携带仪器租用船只到水域中间来取水样。这样一来不仅工作效率低而且需要花费大量的人力物力财力，并且在一些未知水域还存在安全隐患，现有技术水质取样瓶一般设一个进水口，当水质取样瓶沉入水中后，样品水进入水质取样瓶以及水质取样瓶内的空气均用过该进水口进出，在特定水压下，进水口处水幕将会封住该进水口，使水质取样瓶内空气出不来，也即湖泊内的样品水进不到水质取样瓶内，造成取样失败。
因此，设计一款基于进出管使湖泊水质顺畅取样的无人机，使操作员能够在岸上或远离未知水域即能对目标水域进行水质取样，并且能够顺畅取样，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。
中国专利CN108609178A公开了基于进出管使湖泊水质顺畅取样的无人机，解决了现有技术对目标水域进行水质取样效率低、存在安全隐患、以及取样不顺畅的问题。本发明包括无人机主体、起落架、机翼、平衡翼、正反转电机、卷扬盒、转轴、缆绳、缆绳进出口和水质取样瓶，水质取样瓶包括水质取样瓶主体、样品水进管、竖直设于水质取样瓶主体顶部的空气出管、以及固定于水质取样瓶主体底部的坠重铅块，样品水进管和空气出管上分别设有与无人机控制***功能连接的进水管电磁阀和出空气电磁阀，样品水进管的进口端设有筛网。本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，工作人员可在岸边或远离未知水域即能对目标水域进行水质取样，高效安全，取样顺畅。
该专利公开的无人机具有以下缺陷：
1.该无人机无法在水面降落；
2.该无人机依赖于岸边工作人员的目视操作，无法远距离遥控；
3.该无人机的采样瓶不具备密封条件，采集的水样容易泄露和污染。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种水空两栖无人机环境监测装置，该无人机可遥控降落在待检测水域进行水质检测并取样封存，采集水样的过程中可全程录像以留存证据。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：一种水空两栖无人机环境监测装置，包括无人机的机身和设置在机身内用以对无人机进行控制的控制器，其特征在于，还包括设置在机身底部的用以使机身漂浮在水面上的漂浮机构、用以对水质进行检测的检测机构以及用以对待检测的水进行取样的取样机构，所述检测机构和取样机构设置在漂浮机构上。
优选地，所述漂浮机构包括设置在机身底部的多个支撑脚，在每个支撑脚的远离机身的一端设置有气囊。
优选地，多个支撑脚的远离气囊的一端铰接在机身底部，沿着机身的前后方向观察时，所述支撑脚相对于机身的铰接轴线沿左右方向延伸。
优选地，所述漂浮机构还包括用以驱动支撑脚展开或者收起的电动推杆，每个支撑脚对应一个电动推杆，电动推杆的一端铰接在机身的底部，另一端铰接在对应的支撑脚上，并且电动推杆位于对应的支撑脚的沿机身前后方向的前方或者后方。
优选地，气囊为可充气气囊。
优选地，所述气囊上设置有充气孔和抽气孔，在每个支撑脚上设置有两个微型气泵，其中一个微型气泵的出气口与对应的气囊的充气孔相连，另一个微型气泵的进气口与对应的气囊的抽气孔相连，两个微型气泵与所述控制器连接。
优选地，所述检测机构设置在多个支撑脚的其中一个上，包括与控制器连接的水质传感器，所述水质传感器的探头位于当支撑脚展开且气囊充满气时的气囊的下方，所述检测机构的至少部分电线固定在支撑脚的背离电动推杆的一侧。
优选地，所述取样机构包括固定在多个支撑脚的其中一部分上的取样管和水泵，所述水泵的出水口通过水管与取样管的进水口连接，连接在所述水泵的进水口的水管延伸到当支撑脚展开且气囊充满气时的下方。
优选地，还包括设置在机身的前端且与控制器连接的摄像头，所述控制器上设置有GPS模块。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明通过无人机对水污染进行检测，更加灵活，能够及时或者定期地对水质进行检测以及取样；
2)该检测装置通过采用气囊的形式能够漂浮在水面上，进而便于检测和取样；
3)支撑脚可以收起，气囊也可以缩回，减小了在飞行过程中的阻力。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为实施例的工作状态立体图一；
图2为实施例的飞行状态立体图；
图3为实施例的工作状态立体图二；
图4为实施例的工作状态立体图三；
图5为实施例图4的A处局部放大图；
图6为实施例的工作状态仰视图；
图7为实施例的无人机立体图；
图8为实施例的检测机构局部结构立体图；
图9为实施例的取样机构立体图；
图10为实施例的取样机构立体分解图；
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参照图1至图10所示的一种水空两栖无人机环境监测装置，包括有无人机机身1和设置在无人机机身1的下方的用以将无人机漂浮在水面上的漂浮机构2、用以对水质进行检测的检测机构3以及用以对待检测的水进行取样的取样机构4。
所述漂浮机构2包括三个铰接在机身1底部的支撑脚和设置在每个支撑脚的远离机身1的一端的气囊2g，支撑脚包括第一支撑脚2a、第二支撑脚2c以及第三支撑脚2e，在机身1的底部靠近前端的位置设置有第一铰接座1a、第三铰接座1c，在机身1的底部靠近后端的位置且在左右方向上位于第一铰接座1a和第三铰接座1c中间的第五铰接座1e，所述第一支撑脚2a铰接在第一铰接座1a上，第二支撑腿2c铰接在第三铰接座1c上，第三支撑腿2e铰接在第三铰接座1c上，每个支撑腿与对应的铰接座1c的铰接轴线平行于机身1的左右方向。当无人机降落到水面时，支撑腿打开，起到支撑的作用，当无人机飞行时，支撑腿收起以尽可能地贴靠在机身1上，减少飞行时的阻力。
所述漂浮机构2还包括用以将每个支撑腿打开的驱动装置，所述驱动装置包括第一电动推杆2b、第二电动推杆2d以及第三电动推杆2f，第一电动推杆2b的一端铰接在第一支撑脚2a上，另一端通过第四铰接座1d铰接在机身1的底部，第二电动推杆2d的一端与第二支撑脚2c铰接，另一端通过第二铰接座1b铰接在机身1的底部，第三电动推杆2d的一端与第三支撑脚2e铰接，另一端通过第六铰接座1f铰接在机身1的底部，所述第一铰接座1a、第二铰接座1b以及第三铰接座1c靠近机身1的前端且在所述左右方向上对齐，第二铰接座1b设置在第一铰接座1a和第三铰接座1c的中间位置，所述第四铰接座1d、第五铰接座1e以及第六铰接座1f靠近机身1的后端且在所述左右方向上对齐，第五铰接座1e位于第四铰接座1d和第六铰接座1f的中间位置，同时在所述前后方向上，第一铰接座1a与第四铰接座1d对齐，第二铰接座1b与第五铰接座1e对齐，第三铰接座1c与第六铰接座1f对齐。通过每个电动推杆的伸展和缩回能够实现对应的支撑脚的展开与收起。
所述监测装置还包括设置在机身1内的控制器，各电动推杆被控制器控制。
每个支撑脚设置沿着其长度方向延伸的通槽2a1，所述通槽2a1朝向或者远离对应的电动推杆的方向两侧设置开口，在通槽2a1内设置有圆杆2a2，所述电动推杆通过圆杆2a2与对应的支撑脚铰接。
在每个支撑脚的下端设置有气囊座2a4，所述气囊座2a4设置成至少部分与气囊2g表面形状一致的弧形，所述气囊2g设置在气缸座2a4内，进而对气囊2g有一定的保护作用。
所述气囊2g上设置有充气孔和抽气孔，通过充气孔和抽气孔能够实现对气囊2g的充气和排气。在通槽2a1的顶部设置有两个微型气泵2h，其中一个气泵2h为充气泵，另一个为抽气泵，充气泵的出气口通过气管与气囊2g的充气孔连通，抽气泵的进气口通过气管与气囊2g的抽气孔连通，所述充气泵和充气泵被控制器控制，通过控制器控制抽气泵和充气泵的工作能够实现对气囊2g的充气和排气。
具体地，在通槽2a1的底部设置有用以将用以将气囊座2a4固定到支撑脚上的螺纹柱2g1，在螺纹柱2g1上设置有两个通孔，分别供连通充气孔和抽气孔的气管穿过。
所述检测机构3设置在第二支撑脚2c上。具体地，所述检测结构3包括与控制器连接的多个水质传感器3b，控制器通过水质传感器3b能够检测到水是否被污染。
所述水质传感器3b的探头延伸到充气后的气囊2g的下方，以保证探头能够***到水中。在第二支撑脚2c的背离第三电动推杆2d的一侧设置有多个管夹2a3，用以包覆水质传感器3b的电线的集线管3c固定在管夹2a3上进而实现了对电线的固定。
所述水质传感器3b包括TOC传感器、电导率传感器、PH传感器和浊度传感器中的一种或者几种；TOC传感器，用于分析水体样本中有机物污染情况；电导率传感器，用于检测水体中总离子的浓度；PH传感器，用于检测氢离子来获取水体的酸碱值；浊度传感器，通过测量透过水的光量来测量水中的悬浮固体。上述传感器均采用现有技术。并且，水质传感器3b也可以根据检测的需要采用其它的传感器用以对其它的水质参数进行检测。
所述取样机构4有两个，两个取样机构4分别设置在第一支撑脚2a和第三支撑脚2e上。取样机构4包括有设置在支撑脚上的与控制器连接的微型水泵4a和通过水管4b与微型水泵4a的出水口连通的取样管4c，与所述微型水泵4a的进水口连接的水管4b的自由端延伸到充气后的气囊2g的下端以保证能够***到水中。通过微型水泵4a将需要取样的水抽到取样管4c中完成取样。
具体地，在取样管4c的开口端设置有用以将开口封闭的管塞4c2，在管塞4c2中设置有两个通孔，一个通孔用以接收连接微型水泵4a的出水口的水管4b的自由端，另一个通孔设置有微型排气阀4c3，微型排气阀4c3内部的阀芯在水的浮力作用下自然封闭，一方面能够使得在取样时取样管4c内部的气体能够及时地跑出，另一方面能够使得在取样管4c装满水时能够起到密封的作用，防止自行流出。所述排气阀4c3也可以采用现有技术中的其它形式，只要能够达到上述功能即可。
在实际使用中，无人机在飞行时，漂浮机构收起，气囊中没有气体，无人机飞到需要检测的区域后，控制器控制漂浮机构打开，气囊充气，控制器通过水质传感器3b检测水质，如果水质异常，控制器控制取样机构进行取样，取样完成后，无人机起飞，气囊中气体被抽出，漂浮机构收起。无人机的飞行原理采用现有技术。
所述控制器还包括无线网络模块，所述无线网络模块优选为GPRS模块，通过无线网络模块能够将检测到的水质数据实时地发送给远程服务器，以便于工作人员远程查看数据。
在所述机身1的前端设置有与控制器连接的摄像头5，通过摄像头5一方面能够便于取证，将企业排污的画面保存下来，同时也方便工作人员远程查看现场情况，进一步，工作人员能够远程控制无人机，通过观察实时画面，能够实现对无人机的准确控制。
在机身1的上表面还设置有与控制器连接的风速传感器6，所述风速传感器6用以粗略地获取风速，由于机翼会影响到风速传感器6的检测结果，因此，可以通过观察风速传感器6的检测到的数据的变化来大致判断风速的大小进而判断无人机可否降落，如果风速太大，无人机就不适合降落。
所述控制器还包括GPS模块，通过GPS模块，一方面能够设定需要检测的位置，无人机能够自动飞行到指定的位置，当需要对多个点进行检测时，无人机能够自动规划出以最短的距离飞行；另一方面，当工作人员远程控制无人机进行检测时，控制器可将检测的结果与检测的位置一起发送，特别是在水质异常时，能够准确地记录水质异常的位置。同时，通过GPS模块能够获取无人机的飞行速度。
上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。
Claims (4)
1.一种水空两栖无人机环境监测装置，包括无人机的机身和设置在机身内用以对无人机进行控制的控制器，其特征在于，还包括设置在机身底部的用以使机身漂浮在水面上的漂浮机构、用以对水质进行检测的检测机构以及用以对待检测的水进行取样的取样机构，所述检测机构和取样机构设置在漂浮机构上，所述漂浮机构包括设置在机身底部的多个支撑脚，在每个支撑脚的远离机身的一端设置有气囊，多个支撑脚的远离气囊的一端铰接在机身底部，沿着机身的前后方向观察时，所述支撑脚相对于机身的铰接轴线沿左右方向延伸，所述漂浮机构还包括用以驱动支撑脚展开或者收起的电动推杆，每个支撑脚对应一个电动推杆，电动推杆的一端铰接在机身的底部，另一端铰接在对应的支撑脚上，并且电动推杆位于对应的支撑脚的沿机身前后方向的前方或者后方，所述检测机构设置在多个支撑脚的其中一个上，包括与控制器连接的水质传感器，所述水质传感器的探头位于当支撑脚展开且气囊充满气时的气囊的下方，所述检测机构的至少部分电线固定在支撑脚的背离电动推杆的一侧，所述取样机构包括固定在多个支撑脚的其中一部分上的取样管和水泵，所述水泵的出水口通过水管与取样管的进水口连接，连接在所述水泵的进水口的水管延伸到当支撑脚展开且气囊充满气时的下方。
2.根据权利要求1所述的一种水空两栖无人机环境监测装置，其特征在于，气囊为可充气气囊。
3.根据权利要求2所述的一种水空两栖无人机环境监测装置，其特征在于，所述气囊上设置有充气孔和抽气孔，在每个支撑脚上设置有两个微型气泵，其中一个微型气泵的出气口与对应的气囊的充气孔相连，另一个微型气泵的进气口与对应的气囊的抽气孔相连，两个微型气泵与所述控制器连接。
4.根据权利要求1所述的一种水空两栖无人机环境监测装置，其特征在于，还包括设置在机身的前端且与控制器连接的摄像头，所述控制器上设置有GPS模块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20210514 |