CN107543739A - 一种用于无人艇的智能采集水样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于无人艇的智能采集水样装置，由卷扬机排线机构、电推杆采水夹持装置、机架组成，所述卷扬机排线机构安装在机架的一侧，所述电推杆采水夹持装置安装在机架的另一侧。本发明可放置于无人水面艇上，用于无人化自动采集复杂、多变的各种内河、湖泊、航道、浅海等环境下的水样，对于水域检测或相关的水质研究工作，具有重要的意义。

Description

一种用于无人艇的智能采集水样装置

技术领域

本发明涉及一种用于无人艇的智能采集水样装置。

背景技术

随着人类的发展，对海洋及内河蕴藏的庞大自然物质资源的需求也日益增多，但是随着环境水质污染的加重，在许多领域和情况下都需要对大型水域进行取样，而且需要定期进行，如水域检测等。对于离岸边较远位置的水样检测，如果每次都出动人工去采样，显然费时费力。我国湖泊、河流众多，具有非常丰富的淡水资源，但是因为人口基数大，导致人均的淡水资源比较匾乏。由于一些企业非法将污染物排入水源当中，造成水环境的不断恶化和水资源质量的不断下降，一方面威胁了人民的生活质量，另一方面因此产生的经济损失难以估量。目前国家对水域资源的环境监测大多采用重点污染源在线监控设备采集和人工采集的方式，定期对湖泊和河流展开环境监测工作。但这种方式的弊端是不够灵活，需要耗费大量的人力和物力，同时不能适用于复杂多变的水体环境，造成部分水域外业数据的空白。

随着自动化产业的发展，一种小型的水面自主航行载体一无人艇渐渐进入人们的视野，无人艇在水域测量领域有着巨大的优势，可以非常灵活地监测水质、探测水文，明显提升了环境监测的效率，大大降低了工作人员的危险系数，大幅提高了水利部门及相关行业的工作效率，所以研发一种无人驾驶水样采集艇有着重要意义。

发明内容

本发明为克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种用于无人艇的智能采集水样装置。

为达到上述目的，本发明的构思如下：

一种用于无人艇的智能采集水样装置的工作环境是复杂、多变的各种内河、湖泊、航道、浅海等，搭载大功率卷扬机、变频器、排线机构及五个直流电推杆；为了卷扬机实际装配的稳度及材料的抗氧化腐蚀的能力，整体机架采用三角架稳定设计，切均为四边带内槽设计，方便安装滑轮及其他外设装置，选用厚度为10mm的316不锈钢卷扬机底座板及步进电机底座板，将底座板安装在机架上。同时在底座板外侧设置压力传感器，对整体系统起到实时监控及保护的作用，卷扬系统整体材料大多均选用316不锈钢，材料外再独抗腐蚀膜保护内芯，同时五个直流电推杆均采用航空插头出线方式，并且进行水密处理。

基于以上思路，本发明采用如下技术方案：

一种用于无人艇的智能采集水样装置，由卷扬机排线机构、电推杆采水夹持装置、机架组成，所述卷扬机排线机构安装在机架的一侧，所述电推杆采水夹持装置安装在机架的另一侧。

所述机架包括顶部长方体滑轮固定架，两个侧方双三角稳定结构架及底部装置支撑架组成，两个侧方双三角稳定结构架左右对称的固定在底部装置支撑架上，所述顶部长方体滑轮固定架固定在两个侧方双三角稳定结构架顶部，位于底部装置支撑架的中部。

所述顶部长方体滑轮固定架结构为四根长直杆为长边，八根短直杆为宽边和厚边，通过键槽连接固定组成长方体形状，并分别在长方体上下平面用四根短直杆固定在长直杆上；所述侧方双三角稳定结构架为两根侧杆一端固定在顶部长方体滑轮固定架的底部，另一端固定在底部装置支撑架的端部，两根长直杆一端固定在顶部长方体滑轮固定架的底部，另一端固定在底部装置支撑架的中部，另一侧的侧方双三角稳定结构架相同安装固定；所述底部装置支撑架为八根长直杆固定组成两个正方形，之间通过四根短直杆固定连接。

所述卷扬机排线机构包括卷扬机、卷扬机底座、丝杠、光杠、光杠固定座、滚动轴承、机械臂、滚珠排线器、夹板、夹片、步进电机底板、步进电机联轴器，所述卷扬机与卷扬机底座的四个预留孔通过螺钉螺母固定连接，丝杠与夹板通过滚动轴承联接后，与步进电机联轴器通过销联接，滚珠排线器安装与丝杠上，与夹片通过螺钉固定，夹片预留两个孔，通过螺钉及滑轮套筒固定安装两个动滑轮，绳子从两个滑轮中穿过，增加排线的稳定度，机械臂与夹板通过螺栓联接，步进电机与步进电机底板通过预留孔螺钉连接固定，步进电机底板通过键槽联接在机架上固定，光杠穿过光杠固定座，与夹板通过光杠固定座螺栓联接。

所述电推杆采水夹持装置包括五个电动推杆，其中四个水平电动推杆与机架成45°角，两两对角线放置，一个垂直电动推杆倒置固定在长方体滑轮固定架的外侧。

所述电推杆采水夹持装置还包括直流电机、航空插头、弹性橡胶垫片、位置传感器、电动推杆底座，每个电动推杆通过螺栓联接在电推杆底座的预留孔上，电动推杆底座通过键槽联接固定在机架上，位置传感器装入电动推杆的尾部，直流电机通过焊接安装在电动推杆的上部，同时通过预留孔螺纹螺栓固定，航空插头经过水密处理，通过螺纹连接位置传感器底部，弹性橡胶垫片通过螺栓连接安装在电动推杆顶端，保护采水器不被挤压变形，每个电动推杆分别引出五条线，分别为直流24VDC供电线，位置传感器24VDC供电线及位置电压模拟量反馈线。

本发明装置的工作原理如下：

本发明装置上设有排线机构，利用丝杠作为导轨，丝杠由位于排线机构右端通过联轴器联接的带减速器的高精度步进电机带动转动。通过滚珠丝杠带动将转动转换为排线器的水平移动，使得卷扬机收绳放绳时能通过该机构够克服绳子的水面横向张力，将绳子均匀排整布线到卷扬机机轴上，同时通过大量实验得出，在向卷扬机轴布线的两侧，排线器到达丝杠底部开始往复时，由于卷扬机轴长度根据卷扬机型号有所不同，而排线机构丝杠长度固定，因此在两段处绳子比较容易因速度不匹配缠绕打结，影响整体布线美观及排线可靠度，针对这一点，在排线机构夹板处加设两个机械臂，分别夹持一个接近开关垂直于丝杠放置，当排线器经过接近开关时反馈信号给PLC，通过PLC程序调速（先加速后减速），即在丝杠近两端处用高速，在丝杠中间处用低速，完成整体的布线工作。同时在所述装置上设有五个电推杆，其中水平成对角线分布固定于器架上有四个电推杆，垂直于器架上有一个电推杆，在采水器下放时先收回对角线一对电推杆，再收回另一对角线的一对电推杆，最后收回挂有采水器瓶盖的顶部电推杆，然后控制卷扬机放绳采集水样。所有电推杆均安装有位置传感器，将每个电推杆的伸缩位置状态实时反馈给PLC及上层界面。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

本发明可放置于无人水面艇上，用于无人化自动采集复杂、多变的各种内河、湖泊、航道、浅海等环境下的水样，对于水域检测或相关的水质研究工作，具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明一种用于无人艇的智能采集水样装置整体结构示意图。

图2为本发明一种用于无人艇的智能采集水样装置电推杆采水夹持装置示意图。

图3为本发明一种用于无人艇的智能采集水样装置排线机构示意图。

图4为本发明一种用于无人艇的智能采集水样装置电动推杆结构示意图。

图5为本发明一种用于无人艇的智能采集水样装置机架结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，一种用于无人艇的智能采集水样装置，由卷扬机排线机构101、电推杆采水夹持装置105、机架102组成，所述卷扬机排线机构101安装在机架102的一侧，所述电推杆采水夹持装置105安装在机架102的另一侧。

所述机架102包括顶部长方体滑轮固定架106，两个侧方双三角稳定结构架103及底部装置支撑架104组成，两个侧方双三角稳定结构架103左右对称的固定在底部装置支撑架104上，所述顶部长方体滑轮固定架106固定在两个侧方双三角稳定结构架103顶部，位于底部装置支撑架104的中部。

如图5所示，所述顶部长方体滑轮固定架106结构为四根长直杆502为长边，八根短直杆503为宽边和厚边，通过键槽连接固定组成长方体形状，并分别在长方体上下平面用四根短直杆503固定在长直杆502上；所述侧方双三角稳定结构架103为两根侧杆501一端固定在顶部长方体滑轮固定架106的底部，另一端固定在底部装置支撑架104的端部，两根长直杆502一端固定在顶部长方体滑轮固定架106的底部，另一端固定在底部装置支撑架104的中部，另一侧的侧方双三角稳定结构架103相同安装固定；所述底部装置支撑架104为八根长直杆502固定组成两个正方形，之间通过四根短直杆503固定连接。

如图3所示，所述卷扬机排线机构101包括卷扬机308、卷扬机底座309、丝杠302、光杠310、光杠固定座311、滚动轴承312、机械臂301、滚珠排线器303、夹板305、夹片304、步进电机底板307、步进电机联轴器306，所述卷扬机308与卷扬机底座309的四个预留孔通过螺钉螺母固定连接，丝杠302与夹板305通过滚动轴承312联接后，与步进电机联轴器306通过销联接，滚珠排线器303安装与丝杠302上，与夹片304通过螺钉固定，夹片304预留两个孔，通过螺钉及滑轮套筒固定安装两个动滑轮，绳子从两个滑轮中穿过，增加排线的稳定度，机械臂301与夹板305通过螺栓联接，步进电机与步进电机底板307通过预留孔螺钉连接固定，步进电机底板307通过键槽联接在机架102上固定，光杠310穿过光杠固定座311，与夹板305通过光杠固定座311螺栓联接。

如图2所示，所述电推杆采水夹持装置105包括五个电动推杆201，其中四个水平电动推杆201与机架102成45°角，两两对角线放置，一个垂直电动推杆201倒置固定在长方体滑轮固定架106的外侧。

如图4所示，所述电推杆采水夹持装置105还包括直流电机403、航空插头401、弹性橡胶垫片404、位置传感器402、电动推杆底座405，每个电动推杆201通过螺栓联接在电推杆底座405的预留孔上，电动推杆底座405通过键槽联接固定在机架102上，位置传感器402装入电动推杆201的尾部，直流电机403通过焊接安装在电动推杆201的上部，同时通过预留孔螺纹螺栓固定，航空插头401经过水密处理，通过螺纹连接位置传感器402底部，弹性橡胶垫片404通过螺栓连接安装在电动推杆201顶端，保护采水器不被挤压变形，每个电动推杆201分别引出五条线，分别为直流24VDC供电线，位置传感器24VDC供电线及位置电压模拟量反馈线。

Claims (6)

1.一种用于无人艇的智能采集水样装置，其特征在于，由卷扬机排线机构（101）、电推杆采水夹持装置（105）、机架（102）组成，所述卷扬机排线机构（101）安装在机架（102）的一侧，所述电推杆采水夹持装置（105）安装在机架（102）的另一侧。

2.根据权利要求1所述的用于无人艇的智能采集水样装置，其特征在于，所述机架（102）包括顶部长方体滑轮固定架（106），两个侧方双三角稳定结构架（103）及底部装置支撑架（104）组成，两个侧方双三角稳定结构架（103）左右对称的固定在底部装置支撑架（104）上，所述顶部长方体滑轮固定架（106）固定在两个侧方双三角稳定结构架（103）顶部，位于底部装置支撑架（104）的中部。

3.根据权利要求2所述的用于无人艇的智能采集水样装置，其特征在于，所述顶部长方体滑轮固定架（106）结构为四根长直杆（502）为长边，八根短直杆（503）为宽边和厚边，通过键槽连接固定组成长方体形状，并分别在长方体上下平面用四根短直杆（503）固定在长直杆（502）上；所述侧方双三角稳定结构架（103）为两根侧杆（501）一端固定在顶部长方体滑轮固定架（106）的底部，另一端固定在底部装置支撑架（104）的端部，两根长直杆（502）一端固定在顶部长方体滑轮固定架（106）的底部，另一端固定在底部装置支撑架（104）的中部，另一侧的侧方双三角稳定结构架（103）相同安装固定；所述底部装置支撑架（104）为八根长直杆（502）固定组成两个正方形，之间通过四根短直杆（503）固定连接。

4.根据权利要求1所述的用于无人艇的智能采集水样装置，其特征在于，所述卷扬机排线机构（101）包括卷扬机（308）、卷扬机底座（309）、丝杠（302）、光杠（310）、光杠固定座（311）、滚动轴承（312）、机械臂（301）、滚珠排线器（303）、夹板（305）、夹片（304）、步进电机底板（307）、步进电机联轴器（306），所述卷扬机（308）与卷扬机底座（309）的四个预留孔通过螺钉螺母固定连接，丝杠（302）与夹板（305）通过滚动轴承（312）联接后，与步进电机联轴器（306）通过销联接，滚珠排线器（303）安装与丝杠（302）上，与夹片（304）通过螺钉固定，夹片（304）预留两个孔，通过螺钉及滑轮套筒固定安装两个动滑轮，绳子从两个滑轮中穿过，增加排线的稳定度，机械臂（301）与夹板（305）通过螺栓联接，步进电机与步进电机底板（307）通过预留孔螺钉连接固定，步进电机底板（307）通过键槽联接在机架（102）上固定，光杠（310）穿过光杠固定座（311），与夹板（305）通过光杠固定座（311）螺栓联接。

5.根据权利要求1所述的用于无人艇的智能采集水样装置，其特征在于，所述电推杆采水夹持装置（105）包括五个电动推杆（201），其中四个水平电动推杆（201）与机架（102）成45°角，两两对角线放置，一个垂直电动推杆（201）倒置固定在长方体滑轮固定架（106）的外侧。

6.根据权利要求1所述的用于无人艇的智能采集水样装置，其特征在于，所述电推杆采水夹持装置（105）还包括直流电机（403）、航空插头（401）、弹性橡胶垫片（404）、位置传感器（402）、电动推杆底座（405），每个电动推杆（201）通过螺栓联接在电推杆底座（405）的预留孔上，电动推杆底座（405）通过键槽联接固定在机架（102）上，位置传感器（402）装入电动推杆（201）的尾部，直流电机（403）通过焊接安装在电动推杆（201）的上部，同时通过预留孔螺纹螺栓固定，航空插头（401）经过水密处理，通过螺纹连接位置传感器（402）底部，弹性橡胶垫片（404）通过螺栓连接安装在电动推杆（201）顶端，保护采水器不被挤压变形，每个电动推杆（201）分别引出五条线，分别为直流24VDC供电线，位置传感器24VDC供电线及位置电压模拟量反馈线。