CN108535061A - 一种多点不同深度无人船平台的取样装置及其取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多点不同深度无人船平台的取样装置及其取样方法，包括船体和设于船体上的取水装置、储水装置、控制装置、动力装置和电源，电源为取水装置、储水装置、动力装置和控制装置供电。与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够很好的在不同深度进行取样，并且能够在要求的多个地点进行取样，并且保存各个地点的水样和位置信息，然后带回专业机构进行检测，极大提高了检测水质的准确性。

Description

一种多点不同深度无人船平台的取样装置及其取样方法

技术领域

本发明属于无人船领域，涉及一种多点不同深度无人船平台的取样装置及其取样方法。

背景技术

一般无人船取样装置是将抽水装置直接置于无人船上，只能抽取固定深度的水样，在实际生活中，会根据不同的河流要求，抽取水的样本要求的深度也会不同，造成此种无人船取样装置的不实用性。

无人船是一种可以无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人。传统的无人船虽然能够在河流的不同区域进行检测，但是只是在将一个取水瓶直接连接在取水装置末端，每次只能取样一次，取样之后只能让无人船回到岸边，更换取水瓶后才能再次进行测量，这样造成极大的不便。

发明内容

本发明基于现有技术的缺陷，提出了一种能够在不同深度进行取样，并且能够在要求的多个地点进行取样，保存各个地点的水样，能保证检测水质的准确性的多点不同深度无人船平台的取样装置及其取样方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术解决方案：

一种多点不同深度无人船平台的取样装置，包括船体和设于船体上的取水装置、储水装置、控制装置、动力装置和电源，电源为取水装置、储水装置、动力装置和控制装置供电，

取水装置包括软水管、水泵、第一伺服电机和水管收放转轮，软水管的一端缠绕在水管收放转轮上，软水管的另一端延伸至储水装置，水泵设于软水管上，第一伺服电机驱动水管收放转轮正转或反转；

储水装置包括针头、针头转向盘、第二伺服电机、液压推杆、废水瓶、载瓶转盘、第三伺服电机和若干个取水小瓶，针头设于软水管朝向储水装置的一端的端部，针头固定于液压推杆的伸缩杆的自由端上，液压推杆的伸缩杆由控制装置控制伸长或缩短，液压推杆的筒部固定于针头转向盘上，针头转向盘由第二伺服电机控制往复改变针头的指向，针头的指向包括废水瓶瓶口所在方向和载瓶转盘的取水工位，取水工位设于载瓶转盘的圆周边上，若干个取水小瓶均布在载瓶转盘的圆周边上，且所有取水小瓶的瓶口均朝向载瓶转盘的外圆周面，其中一个取水小瓶设于取水工位上，载瓶转盘由第三伺服电机控制旋转，载瓶转盘每旋转一次，完成一个取水小瓶的位置切换；

控制装置包括控制器、4G通信模块、GPS模块和电脑客户端，控制器每隔一段时间采集一次GPS模块获取的船体的位置信息进行打包处理，通过 4G通信模块发送给电脑客户端，电脑客户端根据控制器反馈的信息通过4G通信模块向控制器下发控制指令。

控制装置通过控制水管收放转轮正转或反转的圈数调节软水管的下降深度，控制取样的深度。

控制装置和电源均设于防水外壳内部，防水外壳设于船体的尾部。

取水小瓶和废水瓶的瓶口处均设有橡胶塞。

取水装置设于船体的头部，储水装置设于船体的船舱内。

动力装置采用分置于船体两侧的两个空气螺旋桨，两个空气螺旋桨分别由驱动电机驱动，驱动电机由控制器控制运行或关闭。

软水管的取水端绑有重物。

多点不同深度无人船平台的取样装置的取样方法，包括以下步骤：

步骤1、电脑客户端向控制器发出指令，检查第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机能否正常转动和液压推杆是否能正常伸缩；

步骤2、电脑客户端向控制器发出指令，要求第二伺服电机旋转，将针头旋转至废水瓶方向，液压推杆伸长，将针头插入废水瓶中，打开水泵排水20-30秒；

步骤3、电脑客户端向控制器发出指令，收回液压推杆，要求第二伺服电机旋转，将针头旋转至指向载瓶转盘的取水工位，液压推杆进行伸长，使针头插入到位于取水工位的取水小瓶中；

步骤4、电脑客户端向控制器发出指令，确定下降深度，旋转第一伺服电机，将软水管下降至指定深度；

步骤5、到达指定深度后，水泵工作开始抽水10-20秒；

步骤6、完成采取水样结束后，水泵停止工作，液压推杆收回，电脑客户端向控制器发出指令，第一伺服电机电机逆向旋转，收回软水管，同时记录此时GPS模块获取的位置信息；

步骤7、电脑客户端发出指令，控制第三伺服电机旋转载瓶转盘，旋转指定角度，切换到下一个取水小瓶；

步骤8、无人船前往下一地点，重复以上步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：能够很好的在不同深度进行取样，并且能够在要求的多个地点进行取样，并且保存各个地点的水样和位置信息，然后带回专业机构进行检测，极大提高了检测水质的准确性。

附图说明

图1为本发明的多点不同深度无人船平台的取样装置的结构示意图；

图2为本发明的电路结构示意图；

图3为本发明的程序流程示意图。

其中，1-软水管、2-水泵、3-第一伺服电机、4-水管收放转轮、5-针头、6-针头转向盘、7-第二伺服电机、8-液压推杆、9-废水瓶、10-载瓶转盘、11-第三伺服电机、12-取水小瓶、13-控制器、14-4G通信模块、15- GPS模块、16-电源、17-电脑客户端。

具体实施方式

下面结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

图中包括以下部件：1-软水管、2-水泵、3-第一伺服电机、4-水管收放转轮、5-针头、6-针头转向盘、7-第二伺服电机、8-液压推杆、9-废水瓶、10-载瓶转盘、11-第三伺服电机、12-取水小瓶、13-控制器、14-4G通信模块、15- GPS模块、16-电源、17-电脑客户端。

如图1-3所示，一种多点不同深度无人船平台的取样装置，包括船体和设于船体上的取水装置、储水装置、控制装置、动力装置和电源，电源为取水装置、储水装置、动力装置和控制装置供电，

取水装置包括软水管、水泵、第一伺服电机和水管收放转轮，软水管的一端缠绕在水管收放转轮上，软水管的另一端延伸至储水装置，水泵设于软水管上，第一伺服电机驱动水管收放转轮正转或反转；

储水装置包括针头、针头转向盘、第二伺服电机、液压推杆、废水瓶、载瓶转盘、第三伺服电机和若干个取水小瓶，针头设于软水管朝向储水装置的一端的端部，针头固定于液压推杆的伸缩杆的自由端上，液压推杆的伸缩杆由控制装置控制伸长或缩短，液压推杆的筒部固定于针头转向盘上，针头转向盘由第二伺服电机控制往复改变针头的指向，针头的指向包括废水瓶瓶口所在方向和载瓶转盘的取水工位，取水工位设于载瓶转盘的圆周边上，若干个取水小瓶均布在载瓶转盘的圆周边上，且所有取水小瓶的瓶口均朝向载瓶转盘的外圆周面，其中一个取水小瓶设于取水工位上，载瓶转盘由第三伺服电机控制旋转，载瓶转盘每旋转一次，完成一个取水小瓶的位置切换；

控制装置包括控制器、4G通信模块、GPS模块和电脑客户端，控制器每隔一段时间采集一次GPS模块获取的船体的位置信息进行打包处理，通过 4G通信模块发送给电脑客户端，电脑客户端根据控制器反馈的信息通过4G通信模块向控制器下发控制指令。

采用控制器控制第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机转动，第一伺服电机旋转水管收放转轮带动软水管进行上下移动，从而将软水管的一端带到指定深度，然后软水管的另一端连接在一种针头上，并且针头固定在液压推杆顶端，将取水小瓶沿着载瓶转盘圆周等分固定，瓶口采用橡胶封装，先将针头插入废水瓶中，打开水泵，将软水管中的残留水样排到废水瓶中，然后拔出针头进行旋转，再插入到取水小瓶中，到达指定深度后进行取水，完成取水后，针头拔出，转动载瓶转盘，记录下此时的GPS位置，到下个地点继续取水。

本实施例中，电源用于对整个系统进行供电，本实施例中采用的是12V锂电池和5V的模块电源,5V模块电源通过转换器将12V锂电池电压转为5V，其中12V给第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机和液压推杆使用，5V为给控制器和4G通信模块使用。

本实施例中，控制器采用的是STM32F103ZET6芯片。水管收放转轮和载瓶转盘通过2个SF2M57-56PIP65的防水高精密伺服电机驱动，旋转一定角度实现转动。水泵采用的是TL-B10-A12-0703型号的12V直流水泵。液压推杆采用的是自有的12V直流电机为动力源。针头通过针头转向盘与水管的出水口连接。GPS模块采用的是UBLOX NE0-M8N高精度三模卫星定位模块。4G通信模块采用ME909S模块，该模块可以通过串口与控制器进行通信，控制器通过发送相应的指令，可以设置 4G通信模块发送相关信息与电脑客户端通信。控制器可以对需要发送的数据进行打包处理，主要包括有GPS参数。控制器每隔一段时间采集一次GPS模块获取到的数据，然后将数据进行打包处理，通过 ME909S模块发送电脑客户端。

控制装置通过控制水管收放转轮正转或反转的圈数调节软水管的下降深度，控制取样的深度。

控制装置和电源均设于防水外壳内部，防水外壳设于船体的尾部。

取水小瓶和废水瓶的瓶口处均设有橡胶塞。

取水装置设于船体的头部，储水装置设于船体的船舱内。

动力装置采用分置于船体两侧的两个空气螺旋桨，两个空气螺旋桨分别由驱动电机驱动，驱动电机由控制器控制运行或关闭。

软水管的取水端绑有重物。

多点不同深度无人船平台的取样装置的取样方法，包括以下步骤：

步骤1、电脑客户端向控制器发出指令，检查第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机能否正常转动和液压推杆是否能正常伸缩；

步骤2、电脑客户端向控制器发出指令，要求第二伺服电机旋转，将针头旋转至废水瓶方向，液压推杆伸长，将针头插入废水瓶中，打开水泵排水20-30秒；

步骤3、电脑客户端向控制器发出指令，收回液压推杆，要求第二伺服电机旋转，将针头旋转至指向载瓶转盘的取水工位，液压推杆进行伸长，使针头插入到位于取水工位的取水小瓶中；

步骤4、电脑客户端向控制器发出指令，确定下降深度，旋转第一伺服电机，将软水管下降至指定深度；

步骤5、到达指定深度后，水泵工作开始抽水10-20秒；

步骤6、完成采取水样结束后，水泵停止工作，液压推杆收回，电脑客户端向控制器发出指令，第一伺服电机电机逆向旋转，收回软水管，同时记录此时GPS模块获取的位置信息；

步骤7、电脑客户端发出指令，控制第三伺服电机旋转载瓶转盘，旋转指定角度，切换到下一个取水小瓶；

步骤8、无人船前往下一地点，重复以上步骤。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (8)

1.一种多点不同深度无人船平台的取样装置，包括船体和设于船体上的取水装置、储水装置、控制装置、动力装置和电源，电源为取水装置、储水装置、动力装置和控制装置供电，其特征在于：

取水装置包括软水管、水泵、第一伺服电机和水管收放转轮，软水管的一端缠绕在水管收放转轮上，软水管的另一端延伸至储水装置，水泵设于软水管上，第一伺服电机驱动水管收放转轮正转或反转；

储水装置包括针头、针头转向盘、第二伺服电机、液压推杆、废水瓶、载瓶转盘、第三伺服电机和若干个取水小瓶，针头设于软水管朝向储水装置的一端的端部，针头固定于液压推杆的伸缩杆的自由端上，液压推杆的伸缩杆由控制装置控制伸长或缩短，液压推杆的筒部固定于针头转向盘上，针头转向盘由第二伺服电机控制往复改变针头的指向，针头的指向包括废水瓶瓶口所在方向和载瓶转盘的取水工位，取水工位设于载瓶转盘的圆周边上，若干个取水小瓶均布在载瓶转盘的圆周边上，且所有取水小瓶的瓶口均朝向载瓶转盘的外圆周面，其中一个取水小瓶设于取水工位上，载瓶转盘由第三伺服电机控制旋转，载瓶转盘每旋转一次，完成一个取水小瓶的位置切换；

控制装置包括控制器、4G通信模块、GPS模块和电脑客户端，控制器每隔一段时间采集一次GPS模块获取的船体的位置信息进行打包处理，通过 4G通信模块发送给电脑客户端，电脑客户端根据控制器反馈的信息通过4G通信模块向控制器下发控制指令。

2.根据权利要求1所述的一种多点不同深度无人船平台的取样装置,其特征在于：控制装置通过控制水管收放转轮正转或反转的圈数调节软水管的下降深度，控制取样的深度。

3.根据权利要求1所述的一种多点不同深度无人船平台的取样装置,其特征在于：控制装置和电源均设于防水外壳内部，防水外壳设于船体的尾部。

4.根据权利要求1所述的一种多点不同深度无人船平台的取样装置，其特征在于：取水小瓶和废水瓶的瓶口处均设有橡胶塞。

5.根据权利要求1所述的一种多点不同深度无人船平台的取样装置,其特征在于：取水装置设于船体的头部，储水装置设于船体的船舱内。

6.根据权利要求1所述的一种多点不同深度无人船平台的取样装置,其特征在于：动力装置采用分置于船体两侧的两个空气螺旋桨，两个空气螺旋桨分别由驱动电机驱动，驱动电机由控制器控制运行或关闭。

7.根据权利要求1所述的一种多点不同深度无人船平台的取样装置,其特征在于：软水管的取水端绑有重物。

8.根据权利要求1所述的多点不同深度无人船平台的取样装置的取样方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、电脑客户端向控制器发出指令，检查第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机能否正常转动和液压推杆是否能正常伸缩；

步骤2、电脑客户端向控制器发出指令，要求第二伺服电机旋转，将针头旋转至废水瓶方向，液压推杆伸长，将针头插入废水瓶中，打开水泵排水20-30秒；

步骤3、电脑客户端向控制器发出指令，收回液压推杆，要求第二伺服电机旋转，将针头旋转至指向载瓶转盘的取水工位，液压推杆进行伸长，使针头插入到位于取水工位的取水小瓶中；

步骤4、电脑客户端向控制器发出指令，确定下降深度，旋转第一伺服电机，将软水管下降至指定深度；

步骤5、到达指定深度后，水泵工作开始抽水10-20秒；

步骤6、完成采取水样结束后，水泵停止工作，液压推杆收回，电脑客户端向控制器发出指令，第一伺服电机电机逆向旋转，收回软水管，同时记录此时GPS模块获取的位置信息；

步骤7、电脑客户端发出指令，控制第三伺服电机旋转载瓶转盘，旋转指定角度，切换到下一个取水小瓶；

步骤8、无人船前往下一地点，重复以上步骤。