CN113588353A - 无人机取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机取样装置，涉及水质检测技术领域，包括无人机、升降机构以及取样机构，升降机构包括固接于无人机底部的安装架，安装架上设有用于管绳升降的牵引机构；取样机构包括连接座，管绳的外端与连接座固定连接，连接座的底部转动连接有筒体，筒体内设有泵体、布水箱、以及若干个取样罐，取样罐的顶部端口连接有第一排水管，第一排水管的排水方向与筒体转向的切线方向一致，取样罐的底部端口通过第一进水管连通布水箱，第一进水管上设有第一电磁阀，泵体的进水端连通筒体外部，泵体的排水端连通布水箱，布水箱的底部端口连接有第二排水管，第二排水管上设有第二电磁阀。本发明性能稳定，有效的提高了取样质量。

Description

无人机取样装置

技术领域

本发明涉及水质检测技术领域，特别涉及一种无人机取样装置。

背景技术

水质检测中，取样是其中尤为重要的一个环节，常规的取样方式是作业人员去水域中直接取样，当水域所处地为深坑、峭崖、山涧等地形，作业人员直接取样会面临安全问题。

随着无人机在各个行业的普及，利用无人机采集水样的技术已经逐渐成型，公开号为112525601A的中国专利公开了一种无人机水体定点取样装置，其结构包括无人机本体和取样器，取样器包括取样瓶和瓶套，瓶套通过牵引绳与所述无人机本体连接，取样瓶的瓶口安装由浮球拉动的瓶盖，浮球和所述瓶盖之间通过连接线连接，连接线的长度为取样瓶的取样深度，瓶盖上还安装复位机构，通过所述复位机构使取样瓶装满后瓶盖盖住瓶口。该技术通过浮球拉动取样瓶的瓶盖打开，使取样瓶可以开始盛水，浮球的连接线为取样的深度，从而实现定点取样，而且瓶盖上有复位机构，在取完水样后，复位机构可合上瓶盖，这样取样瓶内的水不会与其他区域的水质混杂，保证了取样的精确性；通过在浮球上安装卷线器，用来调整连接线的长度，使得该取样装置适应不同深度的水质取样，而且连接线上设置刻度表，在收卷连接线的时候，通过刻度表上的值来确定连接线的长度，使用起来更加便捷。该技术存在如下问题：

1、装置稳定性差，取样精确性低；

2、无法实现一个取样阶段完成对不同水深的样品准确、高效的采集。

发明内容

针对以上缺陷，本发明的目的是提供一种无人机取样装置，旨在解决现有技术中无人机取样质量差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

无人机取样装置，包括无人机、升降机构以及取样机构，

无人机包括无人机本体与遥控器，无人机本体内置控制器与蓄电池；

升降机构包括固接于无人机底部的安装架，安装架上设有用于管绳升降的牵引机构；

取样机构包括连接座，管绳的外端与连接座固定连接，连接座的底部转动连接有筒体，筒体内设有泵体、布水箱、以及若干个取样罐，取样罐的顶部端口连接有第一排水管，第一排水管的排水方向与筒体转向的切线方向一致，取样罐的底部端口通过第一进水管连通布水箱，第一进水管上设有第一电磁阀，泵体的进水端连通筒体外部，泵体的排水端连通布水箱，布水箱的底部端口连接有第二排水管，第二排水管上设有第二电磁阀。

其中，管绳内套设有电缆，电缆的一端通过第一旋转电接头与控制器、蓄电池电连接；电缆的另一端通过第二旋转接头与泵体、第一电磁阀、第二电磁阀电连接。

其中，筒体内设有排水腔，第二排水管延伸至排水腔内部，排水腔的底部设有可拆卸的腔盖，排水腔的侧部设有若干个排水通道，排水通道连通至筒体外部，排水通道的外端口与筒体转向的切线方向一致。

其中，安装架上安装有第一导向轮，管绳支撑在第一导向轮的上部，安装架上设有滑槽，滑槽内竖向滑动连接安装块，第一导向轮的轴端连接于安装块，滑槽的底部设有压力传感器，管绳外壁设有若干个以固定间隔排列设置的反光标识，安装架上设有用于与反光标识形成感应的光电传感器，压力传感器、光电传感器均与控制器、蓄电池电连接。

其中，管绳的两侧设有第二导向轮，第二导向轮位于第一导向轮与光电传感器之间。

其中，连接座上固接有若干个沿着径向延伸的挡板，若干个挡板围绕连接座呈圆周排列设置。

其中，筒体底部可拆卸的连接有配重部。

其中，安装架上设有摄像头，遥控器为可视化遥控器。

其中，安装架上固接有锥形套筒，管绳同轴贯穿锥形套筒，连接座上设有与锥形套筒插配的锥形头，管绳的绳端与锥形头的顶部固定连接。

其中，筒体包括上部密封筒、中间筒以及下部密封筒，取样罐的顶部位于上部密封筒，取样罐的底部、布水箱位于下部密封筒，泵体位于中间筒，泵体为潜水泵，中间筒的筒壁设有若干个通孔，排水腔位于下部密封筒的底部。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

1、通过升降机构使得取样机构可以进入不同水深位置，并且取样机构在不同水深时可以分别高效采集水样；

2、利用排水实现排空效果，使得不同水深的水样不会相互影响，并且排空过程中取样机构不会产生晃动，避免了取样机构晃动导致无人机失衡、以及取样机构与水中障碍物磕碰的问题，提高了装置的稳定性；

3、利用压力传感器与光电传感器的组合，可以对管绳的收放量实现准确计数，从而可以精准的判断取样机构所处的水深，进一步提升了取样的质量。

附图说明

图1是本发明一种无人机取样装置的结构示意图；

图2是图1中取样机构的爆炸图；

图3是图1中取样机构的局部剖视图；

图4是图3中A部放大图；

图5是图1中升降机构的局部剖视图；

图中，1-无人机，2-升降机构，20-安装架，200-滑槽，201-安装块，202-压力传感器，21-第一转轴，22-伺服电机，23-管绳，230-反光标识，24-电缆，240-第二旋转电接头，25-第一导向轮，250-第二转轴，26-第二导向轮，27-光电传感器，28-锥形套筒，29-摄像头，3-取样机构，30-连接座，300-挡板，301-加强板，302-第一安装孔，303-第一限位环，304-推力轴承，305-旋转密封环，306-锥形头，31-上部密封筒，310-安装筒，311-第二限位环，312-第一旋转电接头，32-中间筒，320-第一圆板，321-第二圆板，322-连接杆，323-网筒，33-下部密封筒，330-排水腔，331-腔盖，332-排水通道，333-第二安装孔，334-L型插孔，335-配重部，336-插柱，337-卡块，34-泵体，35-布水箱，350-第二排水管，351-第二电磁阀，36-取样罐，360-第一排水管，361-第一进水管，362-第一电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图，进一步阐述本发明。

本说明书中涉及到的方位均以本发明一种无人机取样装置正常工作时的方位为准，不限定其存储及运输时的方位，仅代表相对的位置关系，不代表绝对的位置关系。

如图1所示，无人机1取样装置包括无人机1、升降机构2以及取样机构3。

如图1、图2、图3、图4以及图5共同所示，无人机1包括无人机本体与遥控器，无人机本体为四旋翼无人机1或六旋翼无人机1，载重范围为25~50千克，无人机本体底部配备有支撑脚架，无人机本体内置控制器与蓄电池，蓄电池作为电源使用，控制器用于控制无人机本体的飞行，控制器内置两个主要控制模块，一个控制模块用于控制无人机1，另一个控制模块用于控制升降机构2以及取样机构3，遥控器与控制器无线连接，使得作业人员远程操控无人机1。

升降机构2包括安装架20，安装架20上安装有牵引机构，牵引机构包括通过轴承转动安装在安装架20上的第一转轴21、固定在安装架20上的伺服电机22，伺服电机22与第一转轴21通过齿轮组传动连接，伺服电机22与控制器以及蓄电池电连接，管绳23卷缠在第一转轴21上，管绳23的一端固定在第一转轴21上，管绳23的另一端与取样机构3固定连接。

取样机构3包括连接座30与筒体。连接座30的底部设有第一安装孔302，第一安装孔302内设有第一限位环303，管绳23的外端固接在连接座30的顶部。筒体包括上部密封筒31、中间筒32以及下部密封筒33，中间筒32包括同轴间隔设置的第一圆板320与第二圆板321，第一圆板320与第二圆板321之间固接有六个连接杆322，六个连接杆322围绕第一圆板320的轴线方向呈圆周排列设置，第一圆板320与第二圆板321之间设有网筒323，网筒323上设有通孔，第一圆板320的顶部连接上部密封筒31，第二圆板321的底部连接下部密封筒33。

上部密封筒31顶部设有安装筒310，安装筒310间隙配合在第一限位环303的环口内，安装筒310的顶部设有第二限位环311，第二限位环311间隙配合在第一安装孔302内，第一限位环303与第二限位环311之间连接有推力轴承304，第一限位环303的环口与安装筒310之间设有旋转密封环305，从而实现连接座30与筒体之间可以相对转动，并且连接座30与筒体之间的转动摩擦力很小。

第一圆板320与第二圆板321上固定连接有多个取样罐36，取样罐36的数量可以根据实际取样需要进行调整，本实施方式中，取样罐36设有六个，六个取样罐36围绕第一圆板320的轴线呈圆周排列。取样罐36的顶部位于上部密封筒31，取样罐36的底部、布水箱35位于下部密封筒33，泵体34位于中间筒32内，泵体34优选为潜水泵，潜水泵位于六个取样罐36的中间位置。

取样罐36的顶部端口连接有第一排水管360，第一排水管360的外端口延伸至上部密封筒31外，第一排水管360的排水方向与筒体转向的切线方向一致，取样罐36的底部端口通过第一进水管361连通布水箱35，第一进水管361上设有第一电磁阀362，泵体34的进水端连通筒体外部，泵体34的排水端连通布水箱35，布水箱35的底部端口连接有第二排水管350，第二排水管350上设有第二电磁阀351，第一电磁阀362与第二电磁阀351均位于下部密封筒33内。

使用时，作业人员通过操作遥控器，使得无人机1飞行至待取样水域的水面以上2~5m位置处，然后控制伺服电机22驱动第一转轴21转动，从而将管绳23向下放，使得整个取样机构3可以持续的向下移动，直到取样机构3进入到水中，通过控制管绳23的收放，从而可以对取样机构3在水域的深度进行调节，可以水面取样、水底取样或者特定水层的取样等；

取样时，第二电磁阀351关闭，开启第一个取样罐36上的第一电磁阀362，控制水泵开启，水泵将水持续的抽入到分水箱，分水箱再将水通过第一个取样罐36的第一进水管361导入到该取样罐36中，第一个取样罐36中的气体会通过第一排水管360排出，并且当第一个取样罐36中的气体完全排出后，会继续排放第一个取样罐36中溢出的水，无论是气体还是溢出的水通过第一排水管360排出后，都会驱动整个筒体转动，从而可以避免排水的过程中取样机构3出现晃动，避免了取样机构3晃动导致无人机1失衡、以及取样机构3与水中障碍物磕碰的问题。第一个取样罐36取样完成后，第一个取样罐36上的第一电磁阀362关闭。

再次调整取样机构3在水域中的位置，然后开启第二电磁阀351，水泵将水抽入分水箱，然后在通过第二排水管350排出，该过程中，泵体34以及分水箱中残存的原水样会被排空，排空后，第二电磁阀351关闭，第二个取样罐36上的第一电磁阀362开启，实现对第二个取样罐36的取样，依次类推，可以有效的完成整个取样工作，取样质量高。

取样完成后，将器皿对接第二排水管350，然后开启第一电磁阀362与第二电磁阀351，将惰性气体通过第一排水管360导入取样罐36中，从而将取样罐36中的样品水反向导入到器皿中。

其中，第一转轴21与安装架20之间连接有第一旋转电接头312，第一旋转电接头312的出电端与所述第一转轴21同轴固定连接，所述第一旋转电接头312的进电端固定在安装架20上，第一旋转电接头312的进电端与控制器、蓄电池电连接；连接座30与筒体之间连接有第二旋转电接头240，第二旋转电接头240的进电端同轴固定在第一安装孔302内，第二旋转电接头240的出电端同轴固定在安装筒310内，第二旋转电接头240的出电端与泵体34、第一电磁阀362、第二电磁阀351电连接。管绳23内套设有电缆24，电缆24的一端连接第一旋转电接头312的出电端，电缆24的另一端连接第二旋转电接头240的进电端，从而实现整个电控系统的正常供电以及信号传输。

进一步地，下部密封筒33的底部设有排水腔330，第二排水管350连通排水腔330的顶部，第二排水管350延伸至排水腔330内部，排水腔330的底部螺接有腔盖331，腔盖331上设有防滑凸起，通过旋动腔盖331，可以打开排水腔330的底部开口，排水腔330的侧部设有六个排水通道332，排水通道332连通排水腔330与筒体的外部，排水通道332的外端口与筒体转向的切线方向一致。当第二排水管350排水时，排出的水进入到排水腔330，然后在通过排水通道332排出，排水时间为3~5min，排水的过程中会推动筒体转动，实现旋动式排水，避免筒体晃动。

进一步地，安装架20上设有两个滑槽200，两个滑槽200内均竖向滑动连接安装块201，两个安装块201之间设有水平设置的第二转轴250，第二转轴250的两端分别转动连接在安装块201上，第二转轴250上转动安装有第一导向轮25，从第一转轴21上延伸出的管绳23的初始方向为竖直向上，管绳23穿过第一导向轮25的上部后实现180°变向后成为竖直向下延伸。滑槽200的底部设有压力传感器202，管绳23外壁设有若干个以固定间隔排列设置的反光标识230，相邻反光标识230之间的间距为10~20cm，安装架20上安装有光电传感器27，光电传感器27的感应端与管绳23正对设置，光电传感器27优选扩散反射型光电开关，扩散反射型光电开关的检测头里装有一个发光器和一个收光器，在检测时，当发光器发射的光被反光标识230反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。压力传感器202、光电传感器27均与控制器、蓄电池电连接。当取样机构3进入水中时，在浮力的作用下，管绳23受到的拉力变小，用于承载管绳23的第一导向轮25受到的压力便会减小，这一压力变化会被压力传感器202检测到，压力传感器202将这一信号传输给控制器，控制器开始计数，光电传感器27每检测一个反光标识230都计数一次，从而可以精准的判断取样机构3所处的水深，进一步提升了取样的质量。

更进一步地，管绳23的两侧设有第二导向轮26，第二导向轮26位于第一导向轮25与光电传感器27之间，通过两个第二导向轮26可以形成对管绳23的限位，避免管绳23晃动，保证后续光电传感器27检测的准确性，本实施方式中，第一导向轮25与第二导向轮26均为凹型轮。

进一步地，连接座30上固接有若干个沿着径向延伸的挡板300，若干个挡板300围绕连接座30呈圆周排列设置，相邻挡板300之间连接有加强板301，通过挡板300可以提高连接座30的转动阻力，避免筒体转动时，由于惯性作用致使连接座30转动，导致管绳23扭转成团，影响正常使用。

进一步地，下部密封筒33的底部设有第二安装孔333，第二安装孔333的内壁设有L型插孔334，配重部335的顶部设有插柱336，插柱336的外侧设有卡块337，插柱336插装在第二安装孔333中，然后转动插柱336，使得卡块337从L型插孔334中的竖槽转入横槽中，从而实现配置部与下部密封筒33的连接，使得配重部335的拆装更加的方便。

进一步地，安装架20上设有摄像头29，遥控器为可视化遥控器，通过摄像头29可以直观的捕捉无人机1所处位置的视角，采集的图像呈现在可视化遥控器的显示屏上，使得无人机1的悬停位置更加的精确。

进一步地，安装架20上固接有锥形套筒28，管绳23同轴贯穿锥形套筒28，连接座30上设有锥形头306，管绳23的绳端通过卡箍紧固在锥形头306的顶部，锥形头306可以卡配到锥形筒内，实现升降机构2与取样机构3的稳定对接。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.无人机取样装置，包括无人机、升降机构以及取样机构，其特征在于，

所述无人机包括无人机本体与遥控器，所述无人机本体内置控制器与蓄电池；

所述升降机构包括固接于所述无人机底部的安装架，所述安装架上设有用于管绳升降的牵引机构；

所述取样机构包括连接座，所述管绳的外端与所述连接座固定连接，所述连接座的底部转动连接有筒体，所述筒体内设有泵体、布水箱、以及若干个取样罐，所述取样罐的顶部端口连接有第一排水管，所述第一排水管的排水方向与所述筒体转向的切线方向一致，所述取样罐的底部端口通过第一进水管连通所述布水箱，所述第一进水管上设有第一电磁阀，所述泵体的进水端连通所述筒体外部，所述泵体的排水端连通所述布水箱，所述布水箱的底部端口连接有第二排水管，所述第二排水管上设有第二电磁阀。

2.如权利要求1所述的无人机取样装置，其特征在于，所述管绳内套设有电缆，所述电缆的一端通过第一旋转电接头与所述控制器、蓄电池电连接；所述电缆的另一端通过第二旋转接头与所述泵体、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀电连接。

3.如权利要求2所述的无人机取样装置，其特征在于，所述筒体内设有排水腔，所述第二排水管延伸至所述排水腔内部，所述排水腔的底部设有可拆卸的腔盖，所述排水腔的侧部设有若干个排水通道，所述排水通道连通至所述筒体外部，所述排水通道的外端口与所述筒体转向的切线方向一致。

4.如权利要求2所述的无人机取样装置，其特征在于，所述安装架上安装有第一导向轮，所述管绳支撑在所述第一导向轮的上部，所述安装架上设有滑槽，所述滑槽内竖向滑动连接安装块，所述第一导向轮的轴端连接于所述安装块，所述滑槽的底部设有压力传感器，所述管绳外壁设有若干个以固定间隔排列设置的反光标识，所述安装架上设有用于与所述反光标识形成感应的光电传感器，所述压力传感器、所述光电传感器均与所述控制器、蓄电池电连接。

5.如权利要求4所述的无人机取样装置，其特征在于，所述管绳的两侧设有第二导向轮，所述第二导向轮位于所述第一导向轮与所述光电传感器之间。

6.如权利要求2所述的无人机取样装置，其特征在于，所述连接座上固接有若干个沿着径向延伸的挡板，若干个所述挡板围绕所述连接座呈圆周排列设置。

7.如权利要求2所述的无人机取样装置，其特征在于，所述筒体底部可拆卸的连接有配重部。

8.如权利要求2所述的无人机取样装置，其特征在于，所述安装架上设有摄像头，所述遥控器为可视化遥控器。

9.如权利要求2所述的无人机取样装置，其特征在于，所述安装架上固接有锥形套筒，所述管绳同轴贯穿所述锥形套筒，所述连接座上设有与所述锥形套筒插配的锥形头，所述管绳的绳端与所述锥形头的顶部固定连接。

10.如权利要求3所述的无人机取样装置，其特征在于，所述筒体包括上部密封筒、中间筒以及下部密封筒，所述取样罐的顶部位于上部密封筒，所述取样罐的底部、所述布水箱位于所述下部密封筒，所述泵体位于所述中间筒，所述泵体为潜水泵，所述中间筒的筒壁设有若干个通孔，所述排水腔位于所述下部密封筒的底部。

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