CN106017991A - 一种自动采样机构及采样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动采样机构及采样方法，包括底座、舵机基台、舵机；传动机构、转动头、采样杆、采样杆探头、缓冲弹簧和控制部。底座与无人船等智能检测装置固定，舵机基台固定在底座上，舵机固定在舵机基台上。传动机构与舵机基台连接。转动头与传动机构连接，转动头与采样杆固定。本发明具有智能化程度高，便于和无人船的控制系统结合，实现更高级的智能化自动操作；采样精度高，精度远高于普通的人工测量方式；结构简单，制造成本较低，便于推广使用；全自动化操作，节省了大量人力物力的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种采样机构，尤其涉及一种无人船用自动水样检测机构及采样方法。
背景技术
目前我国水资源污染情况严重，水污染防治工作迫在眉睫，而高效全面的获取水质信息是水污染防治工作的先决条件，水质采样工作则是获取水质信息的关键环节。
传统的船舶生态调查采样器采样为为人力手动方式，通过将采样桶沉入水中，按照所需深度要求采集水样。存在以下问题：(1)设备简陋，控制性差，智能程度低；(2)采样方式低级，浪费人力物力；(3)因手动操作而造成所采水样深度误差大，只能依靠多次实验来缩小实验误差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种自动采样机构及采样方法，以解决上述问题。
一种自动采样机构及采样方法，采样机构包括底座、舵机基台、舵机、传动机构、转动头、采样杆、采样杆探头、缓冲弹簧和控制部。
所述底座与无人船等智能检测装置固定，所述舵机基台固定在底座上，所述舵机固定在舵机基台上。所述传动机构与舵机基台连接。所述转动头与传动机构连接，所述转动头与采样杆固定，所述采样杆一端连接有采样杆探头，另一端连接有缓冲弹簧。所述控制部与舵机连接。
所述底座为平板形，四周有安装通孔，中央有通孔。
所述舵机基台固定于底座上，舵机基台内部设有传动机构的传动单元和第一转动轴。所述舵机基台上部固定有舵机。所述舵机与控制部连接，控制部控制舵机的转动角度。所述控制部内置于无人船的中控系统内。
所述采样杆一端固定有采样探头，另一端连接有缓冲弹簧，并与转动头固定。
所述传动机构包括第一齿轮、第二齿轮、第一转动轴和传动单元。所述第一齿轮与舵机的输出轴固定，所述第二齿轮与第一转动轴固定，所述传动单元与第一转动轴传动。所述第一齿轮和第二齿轮为齿轮啮合传动。第一转动轴位于舵机基台内。所述转动头与传动单元传动。
所述第一齿轮和第二齿轮齿轮类型相同，为圆柱齿轮、为圆锥齿轮或摆线齿轮中的一种。
所述控制部包括ARM控制芯片、GPS模块、无线通讯模块和电源。控制部与舵机连接，通过脉冲信号控制舵机转动角度。所述控制部与采样杆探头连接，当采样杆探头开始工作时，实时接收检测数据，并通过无线通讯模块与地面通讯站连接通讯。控制部通过GPS模块读取无人船位置是否处于待检测区域内。
采样控制方法如下：
(1)控制部控制舵机为0度位置，采样杆与船底平行，无人船携带采样结构行驶；
(2)ARM控制芯片通过GPS模块读取无人船位置，并判断是否处于待检测区域，若否，则继续按照原路线行驶，若是，则进入下一步。
(3)ARM控制芯片控制舵机转动角度a，使采样杆探头深入水内一定深度采样，ARM控制芯片通过无线通讯模块传输检测数据；
(4)跳至第一步。
本发明的有益效果在于：
由于本发明通过舵机转角的精确控制，进而实现采样的自动化以及智能化，具有以下优点：
(1)智能化程度高，便于和无人船的控制系统结合，实现更高级的智能化自动操作；
(2)采样精度高，精度远高于普通的人工测量方式；
(3)结构简单，制造成本较低，便于推广使用；
(4)全自动化操作，节省了大量人力物力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的非工作状态示意图；
图4为本发明的工作状态示意图；
图5为本发明的采样过程示意图。
图例说明：
1、底座；2、舵机基台；3、舵机；4、传动机构；5、转动头；6、采样杆；7、采样杆探头；8、缓冲弹簧；401、第一齿轮；402、第二齿轮；403、第一转动轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见图1至图5，一种自动采样机构及采样方法，包括底座1、舵机基台2、舵机3、传动机构4、转动头5、采样杆6、采样杆探头7、缓冲弹簧8和控制部。
底座1与无人船等智能检测装置固定，舵机基台2固定在底座上，舵机3固定在舵机基台2上。传动机构4与舵机基台2连接。转动头5与传动机构4连接，转动头5与采样杆6固定，采样杆6一端连接有采样杆探头7，另一端连接有缓冲弹簧8。控制部与舵机3连接。
底座1为平板形，四周有安装通孔，中央有通孔。转动头5穿过中央通孔与传动机构4的传动单元连接传动，并相对于底座1转动。舵机基台2固定于底座上，舵机基台2内部设有传动机构4的传动单元和第一转动轴403。舵机基台2上部固定有舵机3。舵机3与控制部连接，控制部控制舵机3的转动角度。控制部内置于无人船的中控系统内。舵机3是利用脉冲控制信号对电机转动角度进行精确控制的一种电机。其原理为：常用的控制信号是一个周期为20毫秒左右，宽度为1毫秒到2毫秒的脉冲信号。当舵机3收到该信号后，激发出一个与之相同的，宽度为1.5毫秒的负向标准的中位脉冲。之后二个脉冲在一个加法器中进行相加得到了所谓的差值脉冲。输入信号脉冲如果宽于负向的标准脉冲，得到的就是正的差值脉冲。如果输入脉冲比标准脉冲窄，相加后得到的肯定是负的脉冲。此差值脉冲放大后就是驱动舵机3正反转动的动力信号。舵机3电机的转动，通过齿轮组减速后，同时驱动转盘和标准脉冲宽度调节电位器转动。直到标准脉冲与输入脉冲宽度完全相同时，差值脉冲消失时才会停止转动。实现转动角度的精确控制。控制部通过该方式，对舵机3的输出转角进行精确控制，进而实现对转动头5的转动角度的精确控制。采样杆6一端固定有采样探头，另一端连接有缓冲弹簧8，并与转动头5固定。采样杆探头7伸入待测水域，对水质进行监测并获得数据。
传动机构4包括第一齿轮401、第二齿轮402、第一转动轴403和传动单元。第一齿轮401与舵机3的输出轴固定，第二齿轮402与第一转动轴403固定。第一齿轮401和第二齿轮402为齿轮啮合传动。第一转动轴403和传动单元均位于舵机基台内。控制部控制舵机3转动一定角度，第一齿轮401发生转动，通过齿轮啮合，第二齿轮402转动。通过第一转动轴403与传动单元的传动。最终使转动头5实现转动一定角度。
第一齿轮401和第二齿轮402齿轮类型相同，为圆柱齿轮、为圆锥齿轮或摆线齿轮中的一种。
本实施例中，传动单元包括第三齿轮、第四齿轮与第二转动轴。第三齿轮与第一转动轴403固定，第四齿轮固定于第二传动轴。第二传动轴位于舵机基台2内。第三齿轮和第四齿轮相互啮合传动。转动头5与第二转动轴固定。控制部控制舵机3转动一定角度，第一齿轮401发生转动，通过齿轮啮合，第二齿轮402转动。通过第一转动轴403的传动，第三齿轮发生同步转动。第三齿轮通过齿轮啮合，使第四齿轮发生转动，进而使第二转动轴转动。最终使转动头5实现转动一定角度。第三齿轮和第四齿轮齿轮类型相同，为圆柱齿轮、为圆锥齿轮或摆线齿轮中的一种。
控制部包括ARM控制芯片、GPS模块、无线通讯模块和电源。控制部与舵机3连接，通过脉冲信号控制舵机3转动角度。控制部与采样杆探头7连接，当采样杆探头7开始工作时，实时接收检测数据，并通过无线通讯模块与地面通讯站连接通讯。控制部通过GPS模块读取无人船位置是否处于待检测区域内。
控制方法如下：
(1)控制部控制舵机3为0度位置，采样杆6与船底平行，无人船携带采样结构行驶；
(2)ARM控制芯片通过GPS模块读取无人船位置，并判断是否处于待检测区域，若否，则继续按照原路线行驶，若是，则进入下一步。
(3)ARM控制芯片控制舵机3转动角度a，使采样杆探头7深入水内一定深度采样，ARM控制芯片通过无线通讯模块传输检测数据；
(4)跳至第一步。
使用时，将所述自动采样机构底座1安装于船体，采样杆6伸入水内。当其在非工作状态下，所述采样杆6平行置于船体底部，当船体行驶到检测的水域时，所述自动采样机构便开始自动工作，首先是通过所述舵机3的工作将动力传输到所述传动机构4上的第一齿轮401，再通过齿轮的啮合传动将动力输送到所述第二齿轮402，接着利用所述第一转动轴403将所述第二齿轮402上的动力传送到传动单元，从而带动所述转动头5发生90°的转动，使所述采样杆6垂直伸入水里，使所述采样杆探头7进行水样采取检测工作，当采样工作完成后，所述采样杆6又通过与所述舵机3之间的传动关系使采样杆6逆90°转动，使所述采样杆6重新回到原来的位置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种自动采样机构及采样方法，包括底座(1)、舵机基台(2)、舵机(3)；传动机构(4)、转动头(5)、采样杆(6)、采样杆探头(7)、缓冲弹簧(8)和控制部，其特征在于：所述底座(1)与无人船固定，所述舵机基台(2)固定在底座(1)上，所述舵机(3)固定在舵机基台(2)上，所述传动机构(4)与舵机基台(2)连接，所述转动头(5)与传动机构(4)连接，所述转动头(5)与采样杆(6)固定，所述采样杆(6)一端连接有采样杆探头(7)，另一端连接有缓冲弹簧(8)，所述控制部与舵机(3)连接，所述底座(1)为平板形，四周有安装通孔，中央有通孔；
控制方法如下：
1)控制部控制舵机(3)为0度位置，采样杆(6)与船底平行，无人船携带采样结构行驶；
2)ARM控制芯片通过GPS模块读取无人船位置，并判断是否处于待检测区域，若否，则继续按照原路线行驶，若是，则进入下一步，
3)ARM控制芯片控制舵机(3)转动角度a，使采样杆探头(7)深入水内一定深度采样，ARM控制芯片通过无线通讯模块传输检测数据；
4)跳至第一步。
2.根据权利要求1所述的一种自动采样机构及采样方法，其特征在于：所述舵机基台(2)固定于基座上，舵机基台(2)内部设有传动机构(4)的第一转动轴(403)和传动单元，所述舵机基台(2)上部固定有舵机(3)，所述舵机(3)与控制部连接，控制部控制舵机(3)的转动角度，所述控制部内置于无人船的中控系统内。
3.根据权利要求1所述的一种自动采样机构及采样方法，其特征在于：所述采样杆(6)一端固定有采样探头，另一端连接有缓冲弹簧(8)，并与转动头(5)固定。
4.根据权利要求1所述的一种自动采样机构及采样方法，其特征在于：所述传动机构(4)包括第一齿轮(401)、第二齿轮(402)、第一转动轴(403)和传动单元，所述第一齿轮(401)与舵机(3)的输出轴固定，所述第二齿轮(402)与第一转动轴(403)固定，第一转动轴(403)位于舵机基台(2)内，所述传动单元与第一转动轴(403)传动，所述转动头(5)与传动单元传动，所述第一齿轮(401)和第二齿轮(402)为齿轮啮合传动。
5.根据权利要求4所述的一种自动采样机构及采样方法，其特征在于：所述第一齿轮(401)和第二齿轮(402)齿轮类型相同，为圆柱齿轮、为圆锥齿轮或摆线齿轮中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种自动采样机构及采样方法，其特征在于：所述控制部包括ARM控制芯片、GPS模块、无线通讯模块和电源。
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