CN109050890A - 一种续航时间长的用于检测水质的无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种续航时间长的用于检测水质的无人机，包括主体、水箱、控制器、气泵、气垫圈、漂浮机构、水质传感器、检测机构、两个升降机构和若干飞行机构，检测机构包括竖杆、套环、两个夹板和两个尾翼，漂浮机构包括圆环、调向组件、调向杆、螺旋桨和若干驱动组件，驱动组件包括第一电机和齿轮，该续航时间长的用于检测水质的无人机通过升降机构带动检测机构向下移动至河流内，利用尾翼的位置确定水流方向，便于设备确定检测路径，不仅如此，通过漂浮机构提供设备在水面漂浮的动力，配合水流的作用力，减小了设备移动所需消耗的电能，延长了设备单次运行的续航时间，便于进行大范围的水质检测，从而提高了设备的实用性。

Description

一种续航时间长的用于检测水质的无人机

技术领域

本发明涉及无人机领域，特别涉及一种续航时间长的用于检测水质的无人机。

背景技术

无人机是无人驾驶飞机的简称，它的英文全名为Unmanned Aerial Vehicle，无人机是利用无线电遥控设备和自制的程序控制的不载人飞机，但有自动驾驶仪，被成为空中机器人。随着无人机技术的发展和成熟，无人机应用于各行各业，帮助人们解决实际生活问题，在这之中，有部分用于对水质进行采样检测，便于人们了解河流、水道的污染状况。

但是现有的无人机在进行水质检测时，由于无人机上搭载了各项设备，导致无人机的负载增加，进而缩短了无人机的续航时间，致使无人机的工作时间缩短，也因此降低了单次无人机飞行所检测的水质范围，导致现有的无人机在水质检测领域实用性降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种续航时间长的用于检测水质的无人机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种续航时间长的用于检测水质的无人机，包括主体、水箱、控制器、气泵、气垫圈、漂浮机构、水质传感器、检测机构、两个升降机构和若干飞行机构，所述飞行机构周向均匀分布在主体的外周，所述水箱固定在主体的上方，所述控制器固定在主体上，所述控制器内设有PLC，两个升降机构分别位于水箱的两侧，两个升降机构分别与检测机构和水质传感器连接，所述气泵固定在主体上，所述气垫圈固定在主体的下方，所述气泵与气垫圈连通，所述漂浮机构设置在气垫圈的内侧，所述气泵和水质传感器均与PLC电连接；

所述检测机构包括竖杆、套环、两个夹板和两个尾翼，所述竖杆的顶端固定在升降机构的下方，所述套环套设在竖杆上，两个夹板分别位于套环的上方和下方，所述夹板固定在竖杆上，两个尾翼位于套环的同一侧，两个尾翼之间的夹角为锐角；

所述漂浮机构包括圆环、调向组件、调向杆、螺旋桨和若干驱动组件，所述驱动组件周向均匀分布在圆环的内侧，所述驱动组件包括第一电机和齿轮，所述第一电机固定在主体的下方，所述第一电机与齿轮传动连接，所述圆环的内侧设有若干从动齿，所述从动齿周向均匀分布在圆环的内侧，所述从动齿与齿轮啮合，所述调向组件、调向杆和螺旋桨均位于圆环的外侧，所述调向组件与调向杆传动连接，所述调向杆的一端与圆环铰接，所述调向杆的另一端与螺旋桨固定连接，所述第一电机和螺旋桨均与PLC电连接。

作为优选，为了实现无人机的飞行功能，所述飞行机构包括侧杆、第二电机、支脚、第二驱动轴和两个旋翼，所述第二电机通过侧杆与主体固定连接，所述第二电机与PLC电连接，所述第二电机与第二驱动轴传动连接，两个旋翼分别位于第二驱动轴的两侧，所述支脚的顶端固定在侧杆的下方。

作为优选，为了在保证支脚坚固度的同时减轻支脚的重量，所述支脚的制作材料为钛合金。

作为优选，利用直流伺服电机驱动力强的特点，所述第二电机为直流伺服电机。

作为优选，为了带动水质传感器和检测机构升降，所述升降机构包括平板、动力组件、伸缩架、升降块和两个第一连杆，所述平板固定在水箱上，所述动力组件位于平板的下方，所述动力组件与伸缩架的顶端连接，所述伸缩架的底端的两侧分别通过两个第一连杆与升降块铰接。

作为优选，为了便于检测液位高度和水流方向，两个升降机构的升降块中，与检测组件对应的升降块上设有摄像头，与水质传感器对应的升降块上设有液位传感器，所述摄像头和液位传感器均与PLC电连接。

作为优选，为了驱动伸缩架伸缩，所述动力组件包括第三电机、轴承、第三驱动轴和移动块，所述第三电机和轴承均固定在平板的下方，所述第三电机与PLC电连接，所述第三电机与第三驱动轴的一端传动连接，所述第三驱动轴的另一端设置在轴承内，所述移动块套设在轴承上，所述移动块的与第三驱动轴的连接处设有与第三驱动轴匹配的螺纹，所述移动块和轴承分别与伸缩架的顶端的两侧铰接。

作为优选，为了便于对水质传感器进行清洗，所述水箱的靠近水质传感器的一侧设有喷头和水泵，所述水泵和喷头均固定在水箱上，所述水泵与水箱连通，所述水泵与喷头连通，所述水泵与PLC电连接。

作为优选，为了保证圆环的稳定旋转，所述圆环上设有环形槽，所述主体的下方设有若干滑块，所述滑块固定在主体的下方，所述滑块位于环形槽内，所述滑块与环形槽滑动连接，所述环形槽为燕尾槽。

作为优选，为了调节调向杆的角度，所述调向组件包括第四电机、第二连杆和第三连杆，所述第四电机固定在圆环上，所述第四电机与PLC电连接，所述第四电机与第二连杆传动连接，所述第二连杆通过第三连杆与调向杆铰接。

本发明的有益效果是，该续航时间长的用于检测水质的无人机通过升降机构带动检测机构向下移动至河流内，利用尾翼的位置确定水流方向，便于设备确定检测路径，与现有的检测机构相比，该检测机构结构简单，运行可靠，不仅如此，通过漂浮机构提供设备在水面漂浮的动力，配合水流的作用力，减小了设备移动所需消耗的电能，延长了设备单次运行的续航时间，便于进行大范围的水质检测，从而提高了设备的实用性，与现有的漂浮机构相比，该漂浮机构结构灵活，可调节动力方向，便于配合水流方向实现设备在水面上的移动。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的续航时间长的用于检测水质的无人机的结构示意图；

图2是本发明的续航时间长的用于检测水质的无人机的检测机构的结构示意图；

图3是本发明的续航时间长的用于检测水质的无人机的检测机构的俯视图；

图4是本发明的续航时间长的用于检测水质的无人机的升降机构的结构示意图；

图5是本发明的续航时间长的用于检测水质的无人机的圆环的俯视图；

图6是本发明的续航时间长的用于检测水质的无人机的调向组件的结构示意图；

图中：1.主体，2.水箱，3.控制器，4.气泵，5.气垫圈，6.水质传感器，7.竖杆，8.套环，9.夹板，10.尾翼，11.圆环，12.调向杆，13.螺旋桨，14.第一电机，15.齿轮，16.侧杆，17.第二电机，18.支脚，19.第二驱动轴，20.旋翼，21.平板，22.伸缩架，23.升降块，24.第一连杆，25.摄像头，26.液位传感器，27.第三电机，28.轴承，29.第三驱动轴，30.移动块，31.喷头，32.水泵，33.环形槽，34.滑块，35.第四电机，36.第二连杆，37.第三连杆。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种续航时间长的用于检测水质的无人机，包括主体1、水箱2、控制器3、气泵4、气垫圈5、漂浮机构、水质传感器6、检测机构、两个升降机构和若干飞行机构，所述飞行机构周向均匀分布在主体1的外周，所述水箱2固定在主体1的上方，所述控制器3固定在主体1上，所述控制器3内设有PLC，两个升降机构分别位于水箱2的两侧，两个升降机构分别与检测机构和水质传感器6连接，所述气泵4固定在主体1上，所述气垫圈5固定在主体1的下方，所述气泵4与气垫圈5连通，所述漂浮机构设置在气垫圈5的内侧，所述气泵4和水质传感器6均与PLC电连接；

检测人员在使用无人机对河流的水质进行检测前，通过控制器3设定检测位置后，控制器3内的PLC控制飞行机构飞到河流的上方，而后由水箱2一侧的升降机构带动检测机构向下移动，使得检测机构伸入河流表面，利用检测机构检测水流方向，而后根据水流方向和检测位置，无人机飞行至靠近水流流动源头的检测点后，PLC控制气泵4运行，给气垫圈5内充气，而后飞行机构停止运行，使得无人机下降，利用气垫圈5的浮力使主体1漂浮在水面上，利用漂浮机构和水流同时作用，使得主体1在漂浮机构和水流的共同作用下在水面上移动，当移动至检测位置时，升降机构带动水质传感器6向下移动，使得水质传感器6伸入水中，进行水质检测，并将水质检测结果反馈给PLC，PLC记录检测结果和检测位置，待无人机返航后，检测人员可通过控制器3进行观察，由于检测过程中，无需全程依靠飞行机构的作用力进行浮空检测，通过漂浮机构和水流共同作用，减小了主体1移动所需消耗的电能，从而延长了设备的续航时间，通过长时间的工作，可进行大面积的水质检测。

如图2-3所示，所述检测机构包括竖杆7、套环8、两个夹板9和两个尾翼10，所述竖杆7的顶端固定在升降机构的下方，所述套环8套设在竖杆7上，两个夹板9分别位于套环8的上方和下方，所述夹板9固定在竖杆7上，两个尾翼10位于套环8的同一侧，两个尾翼10之间的夹角为锐角；

检测机构中，利用套环8套在竖杆7上，可方便套环8的转动，通过两个夹板9限制了套环8在竖杆7上的高度位置，实现套环8与竖杆7的同步升降，当升降机构带动竖杆7向下移动，使得套环8浸入河流中时，水流冲击两个尾翼10，使得套环8转动，当两个尾翼10所形成的夹角的角平分线与水流方向相同时，尾翼10的位置即指示的水流的方向。

如图5-6所示，所述漂浮机构包括圆环11、调向组件、调向杆12、螺旋桨13和若干驱动组件，所述驱动组件周向均匀分布在圆环11的内侧，所述驱动组件包括第一电机14和齿轮15，所述第一电机14固定在主体1的下方，所述第一电机14与齿轮15传动连接，所述圆环11的内侧设有若干从动齿，所述从动齿周向均匀分布在圆环11的内侧，所述从动齿与齿轮15啮合，所述调向组件、调向杆12和螺旋桨13均位于圆环11的外侧，所述调向组件与调向杆12传动连接，所述调向杆12的一端与圆环11铰接，所述调向杆12的另一端与螺旋桨13固定连接，所述第一电机14和螺旋桨13均与PLC电连接。

在进行漂浮时，PLC根据水流方向和主体1的移动路径，控制驱动组件中的第一电机14启动，带动齿轮15旋转，齿轮15作用在圆环11内侧的从动齿上，使得圆环11发生转动，进而改变了调向组件和螺旋桨13的位置，而后PLC控制调向组件运行，带动调向杆12向下转动，使得螺旋桨13向下伸入河流中后，PLC控制螺旋桨13运行，提供主体1前进的动力，便于主体1移动至各个检测位置进行水质检测。

如图1所示，所述飞行机构包括侧杆16、第二电机17、支脚18、第二驱动轴19和两个旋翼20，所述第二电机17通过侧杆16与主体1固定连接，所述第二电机17与PLC电连接，所述第二电机17与第二驱动轴19传动连接，两个旋翼20分别位于第二驱动轴19的两侧，所述支脚18的顶端固定在侧杆16的下方。

飞行机构中，由侧杆16固定第二电机17，当需要飞行时，PLC控制第二电机17启动，通过第二驱动轴19带动旋翼20旋转，产生向下的气流，支撑无人机浮空飞行，而当无人机降落时，由支脚18进行辅助支撑，实现主体1安全着陆。

作为优选，利用钛合金材质轻巧且坚固的特点，为了在保证支脚18坚固度的同时减轻支脚18的重量，所述支脚18的制作材料为钛合金。

作为优选，利用直流伺服电机驱动力强的特点，利用直流伺服电机驱动力强的特点，所述第二电机17为直流伺服电机。

作为优选，为了带动水质传感器6和检测机构升降，所述升降机构包括平板21、动力组件、伸缩架22、升降块23和两个第一连杆24，所述平板21固定在水箱2上，所述动力组件位于平板21的下方，所述动力组件与伸缩架22的顶端连接，所述伸缩架22的底端的两侧分别通过两个第一连杆24与升降块23铰接。

平板21固定在水箱2上，由动力组件作用在伸缩架22上，使得伸缩架22发生伸缩，伸缩架22通过两个第一连杆24作用在升降块23上，使得升降块23带动水质传感器6和检测机构进行升降。

作为优选，为了便于检测液位高度和水流方向，两个升降机构的升降块23中，与检测组件对应的升降块23上设有摄像头25，与水质传感器6对应的升降块23上设有液位传感器26，所述摄像头25和液位传感器26均与PLC电连接。通过液位传感器26检测当前的河流水位信息，并将水位数据反馈给PLC，便于PLC根据水位调整动力组件运行，使得检测机构或水质传感器6伸入河流内，而后通过摄像头25可对下方进行拍摄，将拍摄的图像反馈给PLC，PLC根据图像中尾翼10的位置即可确定水流的方向。

如图4所示，所述动力组件包括第三电机27、轴承28、第三驱动轴29和移动块30，所述第三电机27和轴承28均固定在平板21的下方，所述第三电机27与PLC电连接，所述第三电机27与第三驱动轴29的一端传动连接，所述第三驱动轴29的另一端设置在轴承28内，所述移动块30套设在轴承28上，所述移动块30的与第三驱动轴29的连接处设有与第三驱动轴29匹配的螺纹，所述移动块30和轴承28分别与伸缩架22的顶端的两侧铰接。

PLC控制第三电机27启动，带动第三驱动轴29旋转，第三驱动轴29通过螺纹作用在移动块30上，使得移动块30沿着第三驱动轴29的轴线移动，改变了移动块30与轴承28之间的距离，使得伸缩架22发生伸缩。

作为优选，为了便于对水质传感器6进行清洗，所述水箱2的靠近水质传感器6的一侧设有喷头31和水泵32，所述水泵32和喷头31均固定在水箱2上，所述水泵32与水箱2连通，所述水泵32与喷头31连通，所述水泵32与PLC电连接。在水质传感器6检测完某处的水质时，升降机构带动水质传感器6上升，而后PLC控制水泵32启动，抽取水箱2内的清水，通过喷头31喷出清水对水质传感器6进行冲刷清洗，便于持续对多处进行水质检测。

作为优选，为了保证圆环11的稳定旋转，所述圆环11上设有环形槽33，所述主体1的下方设有若干滑块34，所述滑块34固定在主体1的下方，所述滑块34位于环形槽33内，所述滑块34与环形槽33滑动连接，所述环形槽33为燕尾槽。滑块34与环形槽33发生相对转动，通过固定的滑块34固定了环形槽33的旋转方向位置，利用将环形槽33设计为燕尾槽，可防止滑块34脱离燕尾槽，进一步保证了圆环11的稳定旋转。

如图6所示，所述调向组件包括第四电机35、第二连杆36和第三连杆37，所述第四电机35固定在圆环11上，所述第四电机35与PLC电连接，所述第四电机35与第二连杆36传动连接，所述第二连杆36通过第三连杆37与调向杆12铰接。PLC控制第四电机35启动，带动第二连杆36旋转，第二连杆36通过第三连杆37作用在调向杆12上，带动调向杆12转动，调节了螺旋桨13的角度位置。

该无人机在进行水质检测时，由升降机构带动检测机构中的竖杆7向下移动，在水流冲击下，套环8和尾翼10发生转动，通过尾翼10的位置即可确定水流的方向，而后根据水流的方向和检测点的位置，带动无人机在水面上飞行后，利用气泵4给气垫圈5充电，飞行机构停止运行，使主体1在气垫圈5的浮力作用下漂浮在河流上方，并通过驱动组件带动圆环11转动，通过调向组件调节螺旋桨13的角度位置，在水流和螺旋桨13的共同作用下，实现主体1的移动，减小主体1移动所需消耗的电能，从而增加了单次运行的续航时间，再由升降机构带动水质传感器6下降，对河流各处进行大范围的水质检测，提高了设备的实用性。

与现有技术相比，该续航时间长的用于检测水质的无人机通过升降机构带动检测机构向下移动至河流内，利用尾翼10的位置确定水流方向，便于设备确定检测路径，与现有的检测机构相比，该检测机构结构简单，运行可靠，不仅如此，通过漂浮机构提供设备在水面漂浮的动力，配合水流的作用力，减小了设备移动所需消耗的电能，延长了设备单次运行的续航时间，便于进行大范围的水质检测，从而提高了设备的实用性，与现有的漂浮机构相比，该漂浮机构结构灵活，可调节动力方向，便于配合水流方向实现设备在水面上的移动。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种续航时间长的用于检测水质的无人机，其特征在于，包括主体(1)、水箱(2)、控制器(3)、气泵(4)、气垫圈(5)、漂浮机构、水质传感器(6)、检测机构、两个升降机构和若干飞行机构，所述飞行机构周向均匀分布在主体(1)的外周，所述水箱(2)固定在主体(1)的上方，所述控制器(3)固定在主体(1)上，所述控制器(3)内设有PLC，两个升降机构分别位于水箱(2)的两侧，两个升降机构分别与检测机构和水质传感器(6)连接，所述气泵(4)固定在主体(1)上，所述气垫圈(5)固定在主体(1)的下方，所述气泵(4)与气垫圈(5)连通，所述漂浮机构设置在气垫圈(5)的内侧，所述气泵(4)和水质传感器(6)均与PLC电连接；

所述检测机构包括竖杆(7)、套环(8)、两个夹板(9)和两个尾翼(10)，所述竖杆(7)的顶端固定在升降机构的下方，所述套环(8)套设在竖杆(7)上，两个夹板(9)分别位于套环(8)的上方和下方，所述夹板(9)固定在竖杆(7)上，两个尾翼(10)位于套环(8)的同一侧，两个尾翼(10)之间的夹角为锐角；

所述漂浮机构包括圆环(11)、调向组件、调向杆(12)、螺旋桨(13)和若干驱动组件，所述驱动组件周向均匀分布在圆环(11)的内侧，所述驱动组件包括第一电机(14)和齿轮(15)，所述第一电机(14)固定在主体(1)的下方，所述第一电机(14)与齿轮(15)传动连接，所述圆环(11)的内侧设有若干从动齿，所述从动齿周向均匀分布在圆环(11)的内侧，所述从动齿与齿轮(15)啮合，所述调向组件、调向杆(12)和螺旋桨(13)均位于圆环(11)的外侧，所述调向组件与调向杆(12)传动连接，所述调向杆(12)的一端与圆环(11)铰接，所述调向杆(12)的另一端与螺旋桨(13)固定连接，所述第一电机(14)和螺旋桨(13)均与PLC电连接。

2.如权利要求1所述的续航时间长的用于检测水质的无人机，其特征在于，所述飞行机构包括侧杆(16)、第二电机(17)、支脚(18)、第二驱动轴(19)和两个旋翼(20)，所述第二电机(17)通过侧杆(16)与主体(1)固定连接，所述第二电机(17)与PLC电连接，所述第二电机(17)与第二驱动轴(19)传动连接，两个旋翼(20)分别位于第二驱动轴(19)的两侧，所述支脚(18)的顶端固定在侧杆(16)的下方。

3.如权利要求2所述的续航时间长的用于检测水质的无人机，其特征在于，所述支脚(18)的制作材料为钛合金。

4.如权利要求2所述的续航时间长的用于检测水质的无人机，其特征在于，所述第二电机(17)为直流伺服电机。

5.如权利要求1所述的续航时间长的用于检测水质的无人机，其特征在于，所述升降机构包括平板(21)、动力组件、伸缩架(22)、升降块(23)和两个第一连杆(24)，所述平板(21)固定在水箱(2)上，所述动力组件位于平板(21)的下方，所述动力组件与伸缩架(22)的顶端连接，所述伸缩架(22)的底端的两侧分别通过两个第一连杆(24)与升降块(23)铰接。

6.如权利要求5所述的续航时间长的用于检测水质的无人机，其特征在于，两个升降机构的升降块(23)中，与检测组件对应的升降块(23)上设有摄像头(25)，与水质传感器(6)对应的升降块(23)上设有液位传感器(26)，所述摄像头(25)和液位传感器(26)均与PLC电连接。

7.如权利要求5所述的续航时间长的用于检测水质的无人机，其特征在于，所述动力组件包括第三电机(27)、轴承(28)、第三驱动轴(29)和移动块(30)，所述第三电机(27)和轴承(28)均固定在平板(21)的下方，所述第三电机(27)与PLC电连接，所述第三电机(27)与第三驱动轴(29)的一端传动连接，所述第三驱动轴(29)的另一端设置在轴承(28)内，所述移动块(30)套设在轴承(28)上，所述移动块(30)的与第三驱动轴(29)的连接处设有与第三驱动轴(29)匹配的螺纹，所述移动块(30)和轴承(28)分别与伸缩架(22)的顶端的两侧铰接。

8.如权利要求1所述的续航时间长的用于检测水质的无人机，其特征在于，所述水箱(2)的靠近水质传感器(6)的一侧设有喷头(31)和水泵(32)，所述水泵(32)和喷头(31)均固定在水箱(2)上，所述水泵(32)与水箱(2)连通，所述水泵(32)与喷头(31)连通，所述水泵(32)与PLC电连接。

9.如权利要求1所述的续航时间长的用于检测水质的无人机，其特征在于，所述圆环(11)上设有环形槽(33)，所述主体(1)的下方设有若干滑块(34)，所述滑块(34)固定在主体(1)的下方，所述滑块(34)位于环形槽(33)内，所述滑块(34)与环形槽(33)滑动连接，所述环形槽(33)为燕尾槽。

10.如权利要求1所述的续航时间长的用于检测水质的无人机，其特征在于，所述调向组件包括第四电机(35)、第二连杆(36)和第三连杆(37)，所述第四电机(35)固定在圆环(11)上，所述第四电机(35)与PLC电连接，所述第四电机(35)与第二连杆(36)传动连接，所述第二连杆(36)通过第三连杆(37)与调向杆(12)铰接。