CN105510082A - 一种海洋环境监测用无人机采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋环境监测用无人机采样装置，旨在提供一种效率高，能够对不同水域进行多次定点水样采集的海洋环境监测用无人机采样装置。它包括无人机,设置在无人机上的下端开口的机舱，设置在机舱内的支撑架，若干并排设置在支撑架上的自动采水装置及用于升降自动采水装置的升降装置。

Description

一种海洋环境监测用无人机采样装置

技术领域

本发明涉及一种水样采集设备，具体涉及一种基于无人机上应用的海洋环境监测用无人机采样装置。

背景技术

目前，我国水环境监测主要包括在线监测和人工采样监测。在线监测是依靠建立固定的在线监测站，进行实时的水质数据监测，成本较高，且无法在大范围广泛应用；因而人工采样监测是目前主要的监测方式。人工采样监测主要是通过现场采样，然后试验人员通过采集的水样进行水质检测，人工采样监测灵活性高、可操作范围广。

传统的人工水样采样方法主要是通过调研船等驶入采样水域内，通过现有的采水器进行人工采样；但传统的人工水样采样方法的效率低，而且由于采样环境多样，往往会给人工采样带来极大的不便；尤其是在一些特殊的环境下，甚至无法进行人工采样。

目前，为解决传统人工水样采样方法存在的不足，无人采样设备应运而生。无人机采样是无人采样的一种，目前的无人机水样采集是通过在无人机上设置升降系统，并通过升降系统来升降采水器实现水样采集。目前的无人机水样采集虽然水样采集方便，但无人机水样采集的采水器往往只能够进行一次水样采集，这导致无人机水样采集的效率难以提高。

例如，中国专利公开号CN104458329A，公开日2015年3月25日，发明创造的名称为无人机水面定点自动采样系统，包括采水器、升降机构和控制电路部分。该申请案的无人机水面定点自动采样系统的采水器同样只能够进行一次水样采集。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种效率高，能够对不同水域进行多次定点水样采集的海洋环境监测用无人机采样装置。

本发明的技术方案是：

一种海洋环境监测用无人机采样装置包括无人机,设置在无人机上的下端开口的机舱，设置在机舱内的支撑架，若干并排设置在支撑架上的自动采水装置及用于升降自动采水装置的升降装置。

自动采水装置包括固定设置在支撑架下方的竖直限位导套，设置在支撑架下方并位于竖直限位导套内的触发传感器，设置在竖直限位导套内的采水器及设置在支撑架上的驱动机构；所述采水器包括采水筒、设置在采水筒内设有浮力筒、设置在采水筒上端的第一竖直导套、可滑动设置在第一竖直导套内的引信导杆、设置在上端并与采水筒内腔连通的竖直进水圆管，同轴设置在竖直进水圆管内的第二竖直导套，设置在第二竖直导套内的竖直导杆及同轴设置在竖直导杆下端的用于封堵竖直进水圆管的柱状阀芯，所述引信导杆的下端与浮力筒的上端相连接，所述触发传感器位于引信导杆的正上方，所述竖直导杆外侧面上并位于第二竖直导套上方设有限位挡块，所述采水筒外侧面上设有下限位凸块，所述竖直限位导套的内侧面上并位于下限位凸块上方设有上环形限位凸块；所述驱动机构包括通过第一轴杆可转动设置在支撑架上的绕线轮，卷绕在绕线轮上的牵引绳，通过第二轴杆可转动设置在支撑架上的从动齿轮及连接第一轴杆与第二轴杆的离合器，所述第一轴杆与第二轴杆同轴，所述牵引绳的端部与采水筒上端相连接；所述升降装置包括可转动设置在支撑架上的并与第二轴杆相平行的第三轴杆，用于转动第三轴杆的驱动电机及若干与从动齿轮一一对应的主动齿轮，且主动齿轮与从动齿轮相啮合。

作为优选，自动采水装置还包括设置在竖直限位导套上的触发卡位机构，触发卡位机构包括设置在支撑架下方的竖直支撑板，设置在竖直支撑板上的第一水平导向通孔，可滑动设置在第一水平导向通孔内的水平导杆，位于竖直支撑板与竖直限位导套之间的动支架，设置在动支架上的水平挡杆及触发杆，所述水平导杆的一端与动支架相连接，所述水平导杆上并位于竖直支撑板与动支架之间设有预紧压缩弹簧，所述竖直限位导套上设有与水平挡杆相对应的第二水平导向通孔，第二水平导向通孔位于上环形限位凸块的下方，所述水平挡杆插设在第二水平导向通孔内，所述竖直限位导套上设有与触发杆相对应的避让缺口，所述避让缺口位于上环形限位凸块的上方，所述触发杆的一端铰接轴动支架上，另一端穿过避让缺口，触发杆上还设有触动卡块。

作为优选，水平导杆上设有外限位块，且外限位块与动支架位于竖直支撑板的相对两侧。

作为优选，引信导杆的上端设有触发平板。

作为优选，支撑架上设有与第一轴杆同轴的限位套，且限位套套设在第一轴杆上，所述限位套内侧面上设有橡胶套，橡胶套套设在第一轴杆上，且橡胶套的内侧面紧靠在第一轴杆外侧面上。

作为优选，柱状阀芯的外侧面下边缘设有环形下磁力块，所述采水筒内腔的顶面上设有与环形下磁力块相对应的环形上磁力块，且所述竖直进水圆管的下端口位于环形上磁力块内。

作为优选，竖直限位导套的下端设有开口面积自上而下逐渐增大的导向口。

本发明的有益效果是：具有效率高，能够对不同水域进行多次定点水样采集的特点。

附图说明

图1是本发明的海洋环境监测用无人机采样装置的一种结构示意图。

图2是图1中A处的局部放大图。

图3是图2中B处的局部放大图。

图4是图2中C处的局部放大图。

图中：机舱1，支撑架2，自动采水装置3、竖直限位导套31、上环形限位凸块32、下限位凸块33、采水筒34、引信导杆35、浮力筒36、导向口37、触发传感器38、第一轴杆39、绕线轮310、牵引绳311、离合器312、从动齿轮313、触发平板314、竖直进水圆管315、限位挡块316、第二竖直导套317、环形上磁力块318、竖直导杆319、柱状阀芯320、环形下磁力块321、避让缺口322、触发杆323、触动卡块324、竖直支撑板325、动支架326、水平导杆327、外限位块328、预紧压缩弹簧329、水平挡杆330、第二水平导向通孔331、限位套332、橡胶套333，升降装置4、第三轴杆41、主动齿轮42、驱动电机43。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，一种海洋环境监测用无人机采样装置包括无人机,设置在无人机上的下端开口的机舱1，设置在机舱内的控制器，设置在机舱内的支撑架2，三个并排设置在支撑架上的自动采水装置3及用于升降自动采水装置的升降装置4。本实施例的三个自动采水装置由左往右依次分布。

如图2所示，自动采水装置包括固定设置在支撑架下方的竖直限位导套31，设置在支撑架下方并位于竖直限位导套内的触发传感器38，设置在竖直限位导套内的采水器，设置在竖直限位导套上的触发卡位机构及设置在支撑架上的驱动机构。竖直限位导套的横截面呈圆形。竖直限位导套的上下两端开口。竖直限位导套的下端设有开口面积自上而下逐渐增大的导向口37。

如图2、图3所示，采水器包括采水筒34、设置在采水筒内设有浮力筒36、设置在采水筒上端的第一竖直导套、可滑动设置在第一竖直导套内的引信导杆35、设置在采水筒上端并与采水筒内腔连通的竖直进水圆管315，同轴设置在竖直进水圆管内的第二竖直导套317，设置在第二竖直导套内的竖直导杆319及同轴设置在竖直导杆下端的用于封堵竖直进水圆管的柱状阀芯320。引信导杆的下端与浮力筒的上端相连接。引信导杆的上端设有触发平板314。触发平板为圆板。触发平板与引信导杆相垂直。触发平板的圆形与引信导杆的轴线重合。触发传感器位于引信导杆的正上方，本实施例的触发传感器为压力传感器。触发传感器通过信号线与控制器相相连。采水筒外侧面上设有下限位凸块33。竖直限位导套的内侧面上并位于下限位凸块上方设有上环形限位凸块32。竖直导杆外侧面上并位于第二竖直导套上方设有限位挡块316。

柱状阀芯的外侧面下边缘设有环形下磁力块321。采水筒内腔的顶面上设有与环形下磁力块相对应的环形上磁力块318，且所述竖直进水圆管的下端口位于环形上磁力块内。柱状阀芯的上端面边缘设有倒角。当限位挡块抵靠在第二竖直导套上时，柱状阀芯位于竖直进水圆管的下方。当柱状阀芯的上端与竖直进水圆管下端口之间的间距小于2毫米时，在环形上磁力与环形下磁力之间的吸力作用下，环形下磁力将带动柱状阀芯往上移动，直至环形下磁力与环形上磁力贴合为止；此时柱状阀芯的上端伸入竖直进水圆管。当柱状阀芯的上端伸入竖直进水圆管时，柱状阀芯封堵竖直进水圆管，柱状阀芯与竖直进水圆管之间为硬密封配合结构。

触发卡位机构包括设置在支撑架下方的竖直支撑板325，设置在竖直支撑板上的第一水平导向通孔，可滑动设置在第一水平导向通孔内的水平导杆327，位于竖直支撑板与竖直限位导套之间的动支架326，设置在动支架上的水平挡杆330及触发杆323。水平导杆的一端与动支架相连接。水平导杆上并位于竖直支撑板与动支架之间设有预紧压缩弹簧329。水平导杆上设有外限位块328，且外限位块与动支架位于竖直支撑板的相对两侧。竖直限位导套上设有与水平挡杆相对应的第二水平导向通孔331。第二水平导向通孔位于上环形限位凸块的下方。水平挡杆插设在第二水平导向通孔内。竖直限位导套上设有与触发杆相对应的避让缺口322。避让缺口位于上环形限位凸块的上方。触发杆的一端铰接轴动支架上，另一端穿过避让缺口。触发杆的端部位于触发平板的正上方。触发杆上还设有触动卡块324。

当浮力筒下端抵靠在采水筒内底面时，触发平板位于触发杆的下方。

当触发杆上的触动卡块位于竖直限位导套外侧，且触动卡块抵靠在相应的避让缺口边缘时，水平挡杆的端部位于第二水平导向通孔内；当外限位块抵靠在竖直支撑板上时，水平挡杆的端部伸入竖直限位导套内。

如图2、图4所示，驱动机构包括通过第一轴杆39可转动设置在支撑架上的绕线轮310，卷绕在绕线轮上的牵引绳311，通过第二轴杆可转动设置在支撑架上的从动齿轮313及连接第一轴杆与第二轴杆的离合器312。第一轴杆与第二轴杆同轴。牵引绳的端部与采水筒上端相连接。支撑架上设有与第一轴杆同轴的限位套332，且限位套套设在第一轴杆上。限位套内侧面上设有橡胶套333。橡胶套套设在第一轴杆上，且橡胶套的内侧面紧靠在第一轴杆外侧面上。橡胶套的内侧面紧靠在第一轴杆外侧面上（提供足够的摩擦力），从而保证在采水筒内无水的情况下，绕线轮不会发生转动，避免采水筒在自身重力作用下往下移动。

升降装置包括可转动设置在支撑架上的并与第二轴杆相平行的第三轴杆41，用于转动第三轴杆的驱动电机43及若干与从动齿轮一一对应的主动齿轮42。主动齿轮与从动齿轮相啮合。

本实施例的海洋环境监测用无人机采样装置的具体工作过程如下：

第一，如图2所示，在无人机起飞前将触发杆上的触动卡块抵靠在相应的避让缺口边缘，并使下限位凸块抵靠在上环形限位凸块上。

第二，通过无人机带动海洋环境监测用无人机采样装置飞行至指定的采样海域。

第三，控制器控制其中一个自动采水装置的离合器闭合，其余两个自动采水装置的离合器断开。

第四，驱动电机带动第三轴杆及主动齿轮转动，进而带动离合器处于闭合状态的自动采水装置的绕线轮转动，从而将该自动采水装置采水筒下放到指定海域内。

当采水筒下放到指定海域后，海水由竖直进水圆管进入采水筒内；随着海水不断的进入采水筒，在浮力筒的浮力作用下浮力筒将带动引信导杆上浮；接着，浮力筒带动引信导杆及柱状阀芯继续上移，并使柱状阀芯靠近竖直进水圆管下端口，当柱状阀芯的上端与竖直进水圆管下端口之间的间距小于2毫米时，在环形上磁力与环形下磁力之间的吸力作用下，环形下磁力将带动柱状阀芯往上移动，使柱状阀芯的上端伸入竖直进水圆管；从而将竖直进水圆管关闭，完成该采水筒的水样采集，即完成一次水样采集。

第五，控制器通过驱动电机带动绕线轮转动，从而将完成水样采集的采水筒往上提起复位。在这个过程中，由于采水筒内装满海水，浮力筒带动引信导杆上浮，因而当下限位凸块抵靠在上环形限位凸块上后，触发平板将触发杆往上顶起，从而使触动卡块脱钩，并且触发平板将抵压在触发传感器。

当触动卡块脱钩后，在预紧压缩弹簧的作用下使水平挡杆伸入竖直限位导套内，直至外限位块抵靠在竖直支撑板上，此时，水平挡杆的端部伸入竖直限位导套内与下限位凸块配合，用于限位采水筒，防止完成水样采集的采水筒掉落。

当触发平板将抵压在触发传感器时，控制器发出指令使完成水样采集的自动采水装置的离合器断开，并使一个未进行水样采集的自动采水装置的离合器闭合（只有一个未进行水样采集的自动采水装置的离合器闭合）。

第六，返回第四步继续操作，直到所有的自动采水装置完成水样采集后；无人机返航。因而本实施例的海洋环境监测用无人机采样装置能够对不同水域进行多次定点水样采集，从而有效提高采样效率。

Claims (7)

1.一种海洋环境监测用无人机采样装置，其特征是，包括无人机,设置在无人机上的下端开口的机舱，设置在机舱内的支撑架，若干并排设置在支撑架上的自动采水装置及用于升降自动采水装置的升降装置。

2.根据权利要求1所述的一种海洋环境监测用无人机采样装置，其特征是，所述自动采水装置包括固定设置在支撑架下方的竖直限位导套，设置在支撑架下方并位于竖直限位导套内的触发传感器，设置在竖直限位导套内的采水器及设置在支撑架上的驱动机构；

所述采水器包括采水筒、设置在采水筒内设有浮力筒、设置在采水筒上端的第一竖直导套、可滑动设置在第一竖直导套内的引信导杆、设置在采水筒上端并与采水筒内腔连通的竖直进水圆管，同轴设置在竖直进水圆管内的第二竖直导套，设置在第二竖直导套内的竖直导杆及同轴设置在竖直导杆下端的用于封堵竖直进水圆管的柱状阀芯，所述引信导杆的下端与浮力筒的上端相连接，所述触发传感器位于引信导杆的正上方，所述竖直导杆外侧面上并位于第二竖直导套上方设有限位挡块，所述采水筒外侧面上设有下限位凸块，所述竖直限位导套的内侧面上并位于下限位凸块上方设有上环形限位凸块；

所述驱动机构包括通过第一轴杆可转动设置在支撑架上的绕线轮，卷绕在绕线轮上的牵引绳，通过第二轴杆可转动设置在支撑架上的从动齿轮及连接第一轴杆与第二轴杆的离合器，所述第一轴杆与第二轴杆同轴，所述牵引绳的端部与采水筒上端相连接；

所述升降装置包括可转动设置在支撑架上的并与第二轴杆相平行的第三轴杆，用于转动第三轴杆的驱动电机及若干与从动齿轮一一对应的主动齿轮，且主动齿轮与从动齿轮相啮合。

3.根据权利要求2所述的一种海洋环境监测用无人机采样装置，其特征是，所述自动采水装置还包括设置在竖直限位导套上的触发卡位机构，触发卡位机构包括设置在支撑架下方的竖直支撑板，设置在竖直支撑板上的第一水平导向通孔，可滑动设置在第一水平导向通孔内的水平导杆，位于竖直支撑板与竖直限位导套之间的动支架，设置在动支架上的水平挡杆及触发杆，所述水平导杆的一端与动支架相连接，所述水平导杆上并位于竖直支撑板与动支架之间设有预紧压缩弹簧，所述竖直限位导套上设有与水平挡杆相对应的第二水平导向通孔，第二水平导向通孔位于上环形限位凸块的下方，所述水平挡杆插设在第二水平导向通孔内，所述竖直限位导套上设有与触发杆相对应的避让缺口，所述避让缺口位于上环形限位凸块的上方，所述触发杆的一端铰接轴动支架上，另一端穿过避让缺口，触发杆上还设有触动卡块。

4.根据权利要求3所述的一种海洋环境监测用无人机采样装置，其特征是，所述水平导杆上设有外限位块，且外限位块与动支架位于竖直支撑板的相对两侧。

5.根据权利要求2或3或4所述的一种海洋环境监测用无人机采样装置，其特征是，所述引信导杆的上端设有触发平板。

6.根据权利要求2或3或4所述的一种海洋环境监测用无人机采样装置，其特征是，所述支撑架上设有与第一轴杆同轴的限位套，且限位套套设在第一轴杆上，所述限位套内侧面上设有橡胶套，橡胶套套设在第一轴杆上，且橡胶套的内侧面紧靠在第一轴杆外侧面上。

7.根据权利要求2或3或4所述的一种海洋环境监测用无人机采样装置，其特征是，所述柱状阀芯的外侧面下边缘设有环形下磁力块，所述采水筒内腔的顶面上设有与环形下磁力块相对应的环形上磁力块，且所述竖直进水圆管的下端口位于环形上磁力块内。