CN105258978A - 一种用于环境样品采集的无人机吊舱及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于环境样品采集的无人机吊舱及采集方法，包括无人机控制系统和悬挂在无人机上的样品采集装置，样品采集装置包括吊舱壳体和置于吊舱壳体内的负压采样器，该负压采样器具有一伸出吊舱壳体之外的采集臂，在负压采样器的负压作用下，通过采集臂将样品抽吸至负压采样管内。具有结构简单，轻便、操控方便灵活等优点，无人机一次飞行，可对多个相同或者不相同的样品进行采集，避免了现有采样器使用采样泵提供动力，结构复杂操控不灵活等缺点，大大降低了机械故障，减轻了无人机负重，使样品的采集更加精准、经济、简易。

Description

一种用于环境样品采集的无人机吊舱及采集方法

技术领域

本发明涉及无人机采样装置，尤其涉及一种用于环境样品采集的无人机吊舱及采集方法。

背景技术

随着现代社会对环境污染的重视和对环境污染研究的不断加强，环境样品采集的需求不断增加。传统的环境样品采集主要分为人工携带采集仪的现场采集和固定点样品采集。这两种采集方式各有利弊，前者灵活性高，但人力成本和时间成本较高，同时采集精度底；后者虽然采集精度高，但固定投资较大，同时该采集方法需要占用土地和持续维护。对于普通的科学研究团队来说这两种样品采集方式均成本过高，且当采集地为危险环境时，人工采集有较大风险。近年来，旋翼无人机得到了快速的发展，我国也开放了低空飞行权限，这些都使得无人机的使用越来越广泛了。无人机在环境监测方面已经有较多的尝试，无人机的低成本和易操作性也可以满足了一般科研团队和环境保护监测部门对环境样品采集的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种轻便、结构简单、易操控的用于环境样品采集的无人机吊舱及采集方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于环境样品采集的无人机吊舱，包括无人机控制系统和悬挂在无人机上的样品采集装置，所述样品采集装置包括吊舱壳体和置于吊舱壳体内的负压采样器，该负压采样器具有一伸出吊舱壳体之外的采集臂6，在负压采样器的负压作用下，通过采集臂6将样品抽吸至负压采样管内。

所述负压采样器包括：转盘3、转盘3的驱动机构、设置在转盘3中心的采集针4和以采集针4为中心向四周呈放射状分布在转盘3上的多个负压采样管2；所述采集针4安装在采集臂6的上端部；当转盘3每转动一个档位时，采集针4连通一个负压采样管2，并在负压采样管2的负压作用下，样品通过采集臂6被吸入负压采样管2内储存。采样管2由避光聚四氟乙烯筒体和高紧密度密封泡沫组成。

采集臂6为多节伸缩结构，通过采集臂伸缩控制装置实现采集臂6的伸缩，采集臂6的下端部安装用于滤除空气或水中杂质的过滤遮流罩7。

所述吊舱壳体包括一个上壳体1和一个与上壳体1扣合的下壳体5。

驱动机构包括电机和控制电机转动与停止的控制系统。

一种采集水体或空气样品的方法，步骤如下：

(1)首先在基地将吊舱壳体悬挂于无人机上；

(2)通过无人机控制系统预先设定采样计划；

(3)启动无人机到达制定地点、高度；通过无人机控制系统启动采集臂伸缩控制装置，使采集臂6自动伸出下壳体5；

(4)无人机控制系统控制转盘3的驱动机构使转盘3转动一个档位，此时采集针4接通负压采样管2，水体样品或者空气样品在负压抽吸作用下被吸入负压采样管2内并储存；完成一个样品采集；

(5)重复步骤(4)，完成下一个样品采集；

(6)完成采样后，采集臂伸缩控制装置控制采集臂6收缩至下壳体5内，采集结束；通过无人机控制系统，使无人机返回基地。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明充分利用了无人机智能飞行的平台，实现了环境样品采样的自动化，能突破样品采集的时间和地域限制，可以在危险环境下完成样品采集。吊舱采用了负压采样器，包括转盘、转盘的驱动机构、设置在转盘中心的采集针和以采集针为中心向四周呈放射状分布在转盘上的多个负压采样管；采集针安装在采集臂的上端部；当转盘每转动一个档位时，采集针连通一个负压采样管，并在负压采样管的负压作用下，样品通过采集臂被吸入负压采样管内储存。具有结构简单，轻便、操控方便灵活等优点，无人机一次飞行，可对多个相同或者不相同的样品进行采集，避免了现有采样器使用采样泵提供动力，结构复杂操控不灵活等缺点，大大降低了机械故障，减轻了无人机负重，使样品的采集更加精准、经济、简易。

附图说明

图1为本发明所述样品采集装置的装配示意图。

图2为图1中样品采集装置悬挂在无人机上的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1、2所示。本发明用于环境样品采集的无人机吊舱，包括无人机控制系统和悬挂在无人机上的样品采集装置，所述样品采集装置包括吊舱壳体和置于吊舱壳体内的负压采样器，该负压采样器具有一伸出吊舱壳体之外的采集臂6，在负压采样器的负压作用下，通过采集臂6将样品抽吸至负压采样管内。

所述负压采样器包括：转盘3、转盘3的驱动机构、设置在转盘3中心的采集针4和以采集针4为中心向四周呈放射状分布在转盘3上的多个负压采样管2；所述采集针4安装在采集臂6的上端部；当转盘3每转动一个档位时，采集针4连通一个负压采样管2，并在负压采样管2的负压作用下，样品通过采集臂6被吸入负压采样管2内储存。该转盘3的驱动机构包括电机和控制电机转动与停止的控制系统。

所述采集臂6为多节伸缩结构，通过采集臂伸缩控制装置实现采集臂6的伸缩，采集臂6的下端部安装用于滤除空气或水中杂质的过滤遮流罩7。在采集空气样品时，可以避免无人机悬停时导致气流变化影响采集样品的代表性；在采集水体样品时，采集臂6可以采集不同深度水层的样品，同时避免水流导致的采集偏差。

所述吊舱壳体包括一个上壳体1和一个与上壳体1扣合的下壳体5。

本发明所述采集装置的通讯接口与无人机控制系统连接，由无人机向其提供控制、通讯和电力。

本发明采集水体或空气样品时，可通过如下步骤实现：

(1)首先在基地将吊舱壳体悬挂于无人机上；

(2)通过无人机控制系统预先设定采样计划，如时间、地点等参数；

(3)启动无人机到达制定地点、高度；通过无人机控制系统启动采集臂伸缩控制装置，使采集臂6自动伸出下壳体5；

(4)无人机控制系统控制转盘3的驱动机构使转盘3转动一个档位，此时采集针4接通负压采样管2，水体样品或者空气样品在负压抽吸作用下被吸入负压采样管2内并储存；完成一个样品采集；

(5)重复步骤(4)，完成下一个样品采集；

(6)完成采样后，采集臂伸缩控制装置控制采集臂6收缩至下壳体5内，采集结束；通过无人机控制系统，使无人机返回基地。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于环境样品采集的无人机吊舱，包括无人机控制系统和悬挂在无人机上的样品采集装置，其特征在于，所述样品采集装置包括吊舱壳体和置于吊舱壳体内的负压采样器，该负压采样器具有一伸出吊舱壳体之外的采集臂(6)，在负压采样器的负压作用下，通过采集臂(6)将样品抽吸至负压采样管内。

2.根据权利要求1所述的用于环境样品采集的无人机吊舱，其特征在于，所述负压采样器包括：转盘(3)、转盘(3)的驱动机构、设置在转盘(3)中心的采集针(4)和以采集针(4)为中心向四周呈放射状分布在转盘(3)上的多个负压采样管(2)；所述采集针(4)安装在采集臂(6)的上端部；当转盘(3)每转动一个档位时，采集针(4)连通一个负压采样管(2)，并在负压采样管(2)的负压作用下，样品通过采集臂(6)被吸入负压采样管(2)内储存。

3.根据权利要求1所述的用于环境样品采集的无人机吊舱，其特征在于，所述：采集臂(6)为多节伸缩结构，通过采集臂伸缩控制装置实现采集臂(6)的伸缩，采集臂(6)的下端部安装用于滤除空气或水中杂质的过滤遮流罩(7)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于环境样品采集的无人机吊舱，其特征在于，所述吊舱壳体包括一个上壳体(1)和一个与上壳体(1)扣合的下壳体(5)。

5.根据权利要求4所述的用于环境样品采集的无人机吊舱，其特征在于，所述：驱动机构包括电机和控制电机转动与停止的控制系统。

6.一种采集水体或空气样品的方法，其特征在于采用权利要求1至5中任一项所述用于环境样品采集的无人机吊舱实现，步骤如下：

(1)首先在基地将吊舱壳体悬挂于无人机上；

(2)通过无人机控制系统预先设定采样计划；

(3)启动无人机到达制定地点、高度；通过无人机控制系统启动采集臂伸缩控制装置，使采集臂(6)自动伸出下壳体(5)；

(4)无人机控制系统控制转盘(3)的驱动机构使转盘(3)转动一个档位，此时采集针(4)接通负压采样管(2)，水体样品或者空气样品在负压抽吸作用下被吸入负压采样管(2)内并储存；完成一个样品采集；

(5)重复步骤(4)，完成下一个样品采集；

(6)完成采样后，采集臂伸缩控制装置控制采集臂(6)收缩至下壳体(5)内，采集结束；通过无人机控制系统，使无人机返回基地。