CN110465976A - 一种带切割器的取水样的无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带切割器的取水样的无人机，包括无人机主体、转盘、感应器、取水电机、感应座、取水壶及主控板，所述主控板设置在无人机主体的内部，所述无人机主体的下端设置有一安装盒，所述转盘、感应器及取水电机均设置在安装盒内，转盘通过电机轴与取水电机连接，转盘内设置有缠绕线，该无人机还包括一个自动切割器，自动切割器安装在转盘的下方缠绕线的出口处，取水壶通过感应座设置在安装盒的下端并且通过缠绕线穿过自动切割器与转盘连接。本发明结构简单设计新颖，通过在无人机上设置一自动切割器，当水壶被水中异物缠绕无法正常收回时能及时切断缠绕线，确保无人机安全返航，有效提高了工作效率，减少了不必要的损失。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种带切割器的取水样的无人机。
背景技术
现阶段，我国水环境监测主要包括在线监测和人工监测。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；而人工监测作为主要的监测方式，主要是依靠大量的现场采样，在实验室人工进行水质的测定，具备灵活性高、可操作范围广等优点。对于广阔的水域，要对其水质进行取样检测，需要先到达指定水域然后采集水样才能进行进一步的检测，而目前在广阔的水域中定点采集水样存在一定困难，因缺少高效的取样工具而导致工作效率底下，传统的人工采样方法主要是通过驾驶船或快艇等驶入采样区域，进行人工采样，采用该方法成本高、效率低，且由于采样环境多样，造成人工采样的不方便。
现有一些无人机能够快速到达指定水域并且能够自动进行取水，但是在实际使用中发现，如取水过程中，水壶挂住其他物体或者悬挂水壶的线体缠绕住其他物体拉住无人机，会导致无人机无法脱离，待无人机电量耗完则会造成无人机坠毁，造成经济财产损失。
发明内容
鉴于以上所述，有必要提供一种带切割器的取水样的无人机，在取水过程中，如果发生水壶挂住其他物体或者悬挂水壶的线体缠绕住其他物体，能及时切断线体，使得无人机安全返回。
本发明采用的技术方案如下：一种带切割器的取水样的无人机，包括无人机主体、转盘、感应器、取水电机、感应座、取水壶及主控板，所述主控板设置在无人机主体的内部，所述无人机主体的下端设置有一安装盒，转盘、感应器及取水电机均设置在安装盒内，转盘通过电机轴与取水电机连接，转盘内设置有缠绕线，取水壶通过感应座设置在安装盒的下端并且通过缠绕线与转盘连接，所述安装盒的底端设置有与圆柱形的中空连接柱，感应器的感应头穿过安装盒的底壁设置在中空连接柱的外侧，感应器与感应座的位置对应，该无人机还包括一个自动切割器，自动切割器安装在转盘的下方缠绕线的出口处，取水壶通过感应座设置在安装盒的下端并且通过缠绕线穿过自动切割器与转盘连接，所述自动切割器包括固定底座、传动电机、刀片、传动丝杆及两组限位轴承，所述固定底座的中心部位开有通槽，所述传动电机安装在固定底座的一端，固定底座相对于传动电机的另一端设置有一安装套，所述传动丝杆的一端与传动电机的转轴连接，另一端活动安装在安装套上，所述两组限位轴承安装在固定底座上位于传动电机与安装套之间，所述传动丝杆穿过两组限位轴承，两组限位轴承之间设置有一刀片活动底板，刀片活动底板具有与通槽大小相等的通孔，所述刀片的下端安装在刀片活动底板上，刀片的上端安装在位于外侧的一个转轴上并且位于通槽的正上方，刀片倾斜安装并且与通槽呈一定的夹角设置。
进一步的，所述安装盒为方形结构，安装盒内部通过两个隔板将安装盒平均分为三个区域，其中位于中部的为取水控制区，取水控制区两侧为电池仓，电池仓内设置有电池，电池分别与主控板、感应器及取水电机连接。
进一步的，所述取水控制区内设置有电流检测模块，电流检测模块与取水电机电性连接，电流检测模块实时测量取水电机的电流情况。
进一步的，所述转盘设置有用于检测缠绕线的收放速度的霍尔传感器。
进一步的，所述转盘的中部开有多个穿孔，所述转盘的外圈加装有一转盘防护罩，转盘防护罩将缠绕线封闭在绕线槽内。
进一步的，所述感应器为红外感应器，感应器包括一个发射器和一个接收器，感应器设置有两个，当两个感应器任意一个感应到感应座进入时，发出指令使取水电机停止转动。
进一步的，所述感应座包括连接卡座、旋转卡头及感应头环，所述连接卡座为扁的方形结构，连接卡座的一侧向内开有一长形的固定槽，固定槽用于卡入取水壶上端的连接体中，所述旋转卡头通过一旋转轴可旋转的固定在固定槽的上方，旋转卡头下侧方具有一弧形的卡槽，固定槽的下方对应旋转卡头的卡槽位置设置有一卡柱，旋转卡头向下旋转时卡槽能卡入到卡柱上，所述感应头环连接在连接卡座的上方，感应头环为圆柱形，其直接大于中空连接柱的直径，感应头环的内部设置成向下凹陷的圆锥形，圆锥形的大小与锥形连接头大小配合。
进一步的，所述取水壶包括一提手及壶体，所述提手设置在壶体的上端，提手的宽度小于感应座上固定槽的宽度，将横条卡入到固定槽内即可将两者快速连接，壶体的顶部有活动门盖，壶体的底部具有一进水孔及活动压板，活动压板的直径大于进水孔的直径，并且活动压板覆盖在进水孔的上方，活动压板的周围设置有四个字形的挡片，四个字形的挡片构成一圆柱形的活动区域，限定活动压板在活动区域内移动。
进一步的，本发明还包括一水壶缠绕检测系统，水壶缠绕检测系统由两部分组成：一是由感应器中的霍尔传感器检测缠绕线的收放速度检测模块，二是实时测量取水电机的电流情况的设置在取水控制区中的电流检测模块。
与现有技术相比，本发明结构简单设计新颖，通过在无人机上设置一自动切割器，当水壶被水中异物缠绕无法正常收回时能及时切断缠绕线，确保无人机安全返航，有效提高了工作效率，减少了不必要的损失。
附图说明
图1是本发明所述带切割器的取水样的无人机的结构示意图；
图2是附图1所示安装盒的结构示意图；
图3是本发明所述带切割器的取水样的无人机的使用状态图；
图4是附图1所示感应座的结构示意图；
图5是附图1所示取水壶的结构示意图；
图6是附图1所示自动切割器的结构示意图。
图7是本发明所述切割器刀片结构细节图。
图8是附图1所示自动切割器的工作流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
如图1、图2所示，一种带切割器的取水样的无人机，包括无人机主体1、转盘2、感应器3、取水电机4、感应座5、取水壶6及主控板(图未示出)，所述主控板设置在无人机主体1的内部，用于控制无人机主体1的飞行及取水电机4的工作，所述无人机主体1的下端设置有一安装盒11，所述转盘2、感应器3及取水电机4均设置在安装盒11内，转盘2通过电机轴与取水电机4连接，转盘2内设置有缠绕线23，该无人机还包括一个自动切割器7，自动切割器7安装在转盘2的下方缠绕线23的出口处，取水壶6通过感应座5设置在安装盒11的下端并且通过缠绕线23穿过自动切割器7与转盘2连接。
所述无人机主体1包括多个固定机翼12，多个固定机翼12均匀环绕设置构成一圆形结构，无人机主体1下端位于安装盒11的两侧设置有两个可选择的支撑架13，用于无人机主体1落地时的支撑固定，无人机主体1的顶端设置有GPS定位器14，用于进行GPS定位。
所述安装盒11为方形结构，安装盒11内部通过两个隔板(图未示出)将安装盒11平均分为三个区域，其中位于中部的为取水控制区111，取水控制区111内设置有电流检测模块，电流检测模块与取水电机4电性连接，电流检测模块实时测量取水电机4的电流情况；取水控制区111两侧为电池仓112，电池仓112内设置有电池113，电池113分别与主控板、感应器3及取水电机4连接，用于分别为其供电；所述安装盒11的底端设置有与圆柱形的中空连接柱15，感应器3的感应头穿过安装盒11的底壁设置在中空连接柱15的外侧，感应器3与感应座5的位置对应；进一步的，为了加强感应座5与中空连接柱15对接的紧密性，所述中空连接柱15内设置有凸起的锥形连接头151，锥形连接头151能使感应座5与中空连接柱15快速定位并紧密连接，提高连接的精密度。
所述转盘2为轮式结构，其上开有向内凹陷的绕线槽(图未示出)用于绕卷缠绕线23，转盘2的中部开有多个穿孔21，穿孔21用于固定缠绕线23的一端，为防止缠绕线23脱离转盘，所述转盘2的外圈加装有一转盘防护罩22，转盘防护罩22将缠绕线23封闭在绕线槽内，以防止缠绕线23松散脱落或缠绕打结。进一步的,所述转盘2设置有霍尔传感器(图未示出),霍尔传感器用于检测缠绕线的收放速度。
所述感应器3用于检测感应座5是否与中空连接柱15连接，感应器3为红外感应器，感应器3包括一个发射器和一个接收器。取水壶6归位时，感应座5位于发射器与接收器之间，接收器无法接收到红外信号，即发出指令驱动取水电机4停止转动，取水壶6归位成功。为提高稳定性，所述感应器3设置有两个，当两个感应器3任意一个感应到感应座5进入时，发出指令使取水电机4停止转动。
所述取水电机4用于驱动转盘2收放缠绕线23，取水电机4能够进行正转和反转，以收放缠绕线23。
所述感应座5用于将取水壶6与无人机主体1快速连接固定连接，如图4所示，所述感应座5包括连接卡座51、旋转卡头52及感应头环53，所述连接卡座51为扁的方形结构，连接卡座51的一侧向内开有一长形的固定槽511，固定槽511用于卡入取水壶6上端的连接体中，从而与取水壶6连接，所述旋转卡头52通过一旋转轴可旋转的固定在固定槽511的上方，旋转卡头52下侧方具有一弧形的卡槽521，固定槽511的下方对应旋转卡头52的卡槽521位置设置有一卡柱54，旋转卡头52向下旋转时卡槽521能卡入到卡柱54上，可以封闭固定槽511从而起到锁紧作用，进而将取水壶6与感应座5快速连接，所述感应头环53连接在连接卡座51的上方，感应头环53为圆柱形，其直接大于中空连接柱15的直径，感应头环53用于与中空连接柱15连接，感应头环53的内部设置成向下凹陷的圆锥形，圆锥形的大小与锥形连接头151大小配合，从而达到良好的连接精密度。
所述取水壶6用于提取水样，如图5所示，所述取水壶6包括一提手61及壶体62，所述提手61设置在壶体62的上端，提手61的宽度小于感应座5上固定槽511的宽度，将横条61卡入到固定槽511内即可将两者快速连接，壶体62的顶部有活动门盖621，壶体62的底部具有一进水孔622及活动压板326，活动压板326的直径大于进水孔622的直径，并且活动压板326覆盖在进水孔622的上方，活动压板326的周围设置有四个7字形的挡片624，四个7字形的挡片624构成一圆柱形的活动区域，限定活动压板326在活动区域内移动，为保证取水壶6的气密性，防止其漏水，所述壶体62的材料采用水附着性大的玻璃材料或亚克力材料制作；当取壶体62进入水面时活动压板623在水面浮力作用下离开取壶体62底面而打开进水孔622，水进入容器，取水壶顶部的活动门盖621为常闭状态，当取壶体62不断进入水下深度时，活动门盖621接触到水面后，在浮力作用下自动打开，此时壶体62就变成了底部进水，顶部出水的自动动态取水容器，壶体62到达设定水深后，壶体62自动回升，在水压作用下取壶体62顶部的活动门盖自动闭合，底部活动压板自动贴合壶体62的活动压板326，封闭进水孔622，结束水样采集，壶体62里的水样保持静止状态。
所述自动切割器7用于将缠绕线23剪断，所述自动切割器7包括固定底座71、传动电机72、刀片73、传动丝杆74及两组限位轴承76，所述固定底座71的中心部位开有通槽711，通槽711用于缠绕线23通过，所述传动电机72安装在固定底座71的一端，固定底座71相对于传动电机72的另一端设置有一安装套75，所述传动丝杆74的一端与传动电机72的转轴连接，另一端活动安装在安装套75上，由传动电机72驱动传动丝杆74旋转，所述两组限位轴承76安装在固定底座71上位于传动电机72与安装套75之间，所述传动丝杆74穿过两组限位轴承76，使得传动丝杆74在旋转过程中，能够带动两组限位轴承76移动；两组限位轴承76之间设置有一刀片活动底板731，刀片活动底板731具有与通槽711大小相等的通孔，所述刀片73的下端安装在刀片活动底板731上，刀片73的上端安装在位于外侧的一个转轴74上并且位于通槽711的正上方，刀片73倾斜安装并且与通槽711呈一定的夹角设置，当传动电机72驱动传动丝杆74旋转时，刀片活动底板731以固定底板71为支撑面，固定在刀片活动底板731上的刀片73会在丝杆直线方向上水平移动，转动时能将穿过通槽711的缠绕线23割断。
本发明还包括一水壶缠绕检测系统，水壶缠绕检测系统由两部分组成：一是由感应器3中的霍尔传感器检测缠绕线的收放速度检测模块，二是实时测量取水电机4的电流情况的设置在取水控制区111中的电流检测模块，收放速度检测模块与电流检测模块分别与自动切割器7连接。当水壶6被水中异物缠绕而无法正常收回时，无人机在执行回收水壶的进程中会被拉扯靠近水面，此时感应器3中的收放速度检测模块检测到缠绕线的收放速度较正常情况明显减慢，且取水控制区111中的电流检测模块检测到电机的工作电流较正常情况明显增大，由此，通过程序算法优化处理后，判断水壶6被水中异物缠绕无法收回且存在无人机被拖拽下水的危险，自动切割器7的传动电机72开始工作，使得刀片73做直线运动将缠绕线23割断，确保无人机安全返航，减少不必要的损失。
基于上述提供的无人机取水的方法如下：
1、安装取水壶：取相应大小体积的取水壶6，将其提手61卡入到感应座5的固定槽511内，然后转动旋转卡头52与卡柱54固定，从而将取水壶6与感应座5固定，再将缠绕线23的一端系紧到感应座5上；
2、飞行至指定位置：通过遥控设备操纵无人机主体1由GPS定位飞达指定取水位置，无人机主体1离取水面约5米左右为安全距离，之后无人机主体1保持悬停；
3、释放取水壶取水：遥控发出控制指令取水电机4正转，带动转盘2上的缠绕线23缓慢释放，使取水壶6自动下降至指定水面设置深度完成取水；当取壶体62进入水面时活动压板623在水面浮力作用下离开取壶体62底面而打开进水孔622，水进入容器，当取壶体62不断进入水下深度时，活动门盖621接触到水面后，在浮力作用下自动打开，此时壶体62就变成了底部进水，顶部出水的自动动态取水容器，壶体62到达设定水深后，壶体62自动回升，在水压作用下取壶体62顶部的活动门盖自动闭合，底部活动压板自动贴合壶体62的活动压板326，封闭进水孔622，结束水样采集，壶体62里的水样保持静止状态；
4、锁紧水壶飞回：自动取水后取水电机4自动反转将缠绕线23收回转盘2，取水壶6缓慢上升，感应座5与中空连接柱15连接后，取水壶6定位卡稳，此时感应座5进入到两个感应器3的发射器与接收器之间，感应器3即发出指令驱动取水电机4停止转动，并锁定取水电机4，此时取水壶6收回到无人机底部，实现取水壶与无人机主体变成一个整体，确保返航飞行安全，即可操作无人机主体1组件飞回起飞点，完成取水操作。
5、当水壶6被水中异物缠绕而无法正常收回时，无人机在执行回收水壶的进程中会被拉扯靠近水面，此时感应器3中的霍尔传感器检测到缠绕线的收放速度较正常情况明显减慢，且取水控制区111中的电流检测模块检测到电机的工作电流较正常情况明显增大，由此，通过程序算法优化处理后，判断水壶6被水中异物缠绕无法收回且存在无人机被拖拽下水的危险，自动切割器7的传动电机72启动，传动电机72驱动传动丝杆74旋转，传动丝杆74带动两组限位轴承76移动，限位轴承76再带动刀片73移动，随着移动过程中，刀片73与缠绕线23的距离越来越小从而将缠绕线23割断，使得无人机能顺利返航，割断之后传动电机72反方向旋转，限位轴承76带动刀片回程。
本发明结构简单，设计新颖，通过在无人机上设置一自动切割器，当水壶被水中异物缠绕无法正常收回时能及时切断缠绕线，确保无人机安全返航，有效提高了工作效率，减少了不必要的损失。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种带切割器的取水样的无人机，包括无人机主体(1)、转盘(2)、感应器(3)、取水电机(4)、感应座(5)、取水壶(6)及主控板，所述主控板设置在无人机主体(1)的内部，所述无人机主体(1)的下端设置有一安装盒(11)，转盘(2)、感应器(3)及取水电机(4)均设置在安装盒(11)内，转盘(2)通过电机轴与取水电机(4)连接，转盘(2)内设置有缠绕线(23)，取水壶(6)通过感应座(5)设置在安装盒(11)的下端并且通过缠绕线(23)与转盘(2)连接，所述安装盒(11)的底端设置有与圆柱形的中空连接柱(15)，感应器(3)的感应头穿过安装盒(11)的底壁设置在中空连接柱(15)的外侧，感应器(3)与感应座(5)的位置对应，其特征在于：该无人机还包括一个自动切割器(7)，自动切割器(7)安装在转盘(2)的下方缠绕线(23)的出口处，取水壶(6)通过感应座(5)设置在安装盒(11)的下端并且通过缠绕线(11)穿过自动切割器(7)与转盘(2)连接，所述自动切割器(7)包括固定底座(71)、传动电机(72)、刀片(73)、传动丝杆(74)及两组限位轴承(76)，所述固定底座(71)的中心部位开有通槽(711)，所述传动电机(72)安装在固定底座(71)的一端，固定底座(71)相对于传动电机(72)的另一端设置有一安装套(75)，所述传动丝杆(74)的一端与传动电机(72)的转轴连接，另一端活动安装在安装套(75)上，所述两组限位轴承(76)安装在固定底座(71)上位于传动电机(72)与安装套(75)之间，所述传动丝杆(74)穿过两组限位轴承(76)，两组限位轴承(76)之间设置有一刀片活动底板(731)，刀片活动底板(731)具有与通槽(711)大小相等的通孔，所述刀片(73)的下端安装在刀片活动底板(731)上，刀片(73)的上端安装在位于外侧的一个转轴(74)上并且位于通槽(711)的正上方，刀片(73)倾斜安装并且与通槽(711)呈一定的夹角设置。
2.根据权利要求1所述的带切割器的取水样的无人机，其特征在于：所述安装盒(11)为方形结构，安装盒(11)内部通过两个隔板将安装盒(11)平均分为三个区域，其中位于中部的为取水控制区(111)，取水控制区(111)两侧为电池仓(112)，电池仓(112)内设置有电池(113)，电池(113)分别与主控板、感应器(3)及取水电机(4)连接。
3.根据权利要求2所述的带切割器的取水样的无人机，其特征在于：所述取水控制区(111)内设置有电流检测模块，电流检测模块与取水电机(4)电性连接，电流检测模块实时测量取水电机(4)的电流情况。
4.根据权利要求1所述的带切割器的取水样的无人机，其特征在于：所述转盘(2)设置有用于检测缠绕线的收放速度的霍尔传感器。
5.根据权利要求1所述的带切割器的取水样的无人机，其特征在于：所述转盘(2)的中部开有多个穿孔(21)，所述转盘(2)的外圈加装有一转盘防护罩(22)，转盘防护罩(22)将缠绕线(23)封闭在绕线槽内。
6.根据权利要求1所述的带切割器的取水样的无人机，其特征在于：所述感应器(3)为红外感应器，感应器(3)包括一个发射器和一个接收器，感应器(3)设置有两个，当两个感应器(3)任意一个感应到感应座(5)进入时，发出指令使取水电机(4)停止转动。
7.根据权利要求1所述的带切割器的取水样的无人机，其特征在于：所述感应座(5)包括连接卡座(51)、旋转卡头(52)及感应头环(53)，所述连接卡座(51)为扁的方形结构，连接卡座(51)的一侧向内开有一长形的固定槽(511)，固定槽(511)用于卡入取水壶(6)上端的连接体中，所述旋转卡头(52)通过一旋转轴可旋转的固定在固定槽(511)的上方，旋转卡头(52)下侧方具有一弧形的卡槽(521)，固定槽(511)的下方对应旋转卡头(52)的卡槽(521)位置设置有一卡柱(54)，旋转卡头(52)向下旋转时卡槽(521)能卡入到卡柱(54)上，所述感应头环(53)连接在连接卡座(51)的上方，感应头环(53)为圆柱形，其直接大于中空连接柱(15)的直径，感应头环(53)的内部设置成向下凹陷的圆锥形，圆锥形的大小与锥形连接头(151)大小配合。
8.根据权利要求1所述的带切割器的取水样的无人机，其特征在于：所述取水壶(6)包括一提手(61)及壶体(62)，所述提手(61)设置在壶体(62)的上端，提手(61)的宽度小于感应座(5)上固定槽(511)的宽度，将横条(61)卡入到固定槽(511)内即可将两者快速连接，壶体(62)的顶部有活动门盖(621)，壶体(62)的底部具有一进水孔(622)及活动压板(326)，活动压板(326)的直径大于进水孔(622)的直径，并且活动压板(326)覆盖在进水孔(622)的上方，活动压板(326)的周围设置有四个7字形的挡片(624)，四个7字形的挡片(624)构成一圆柱形的活动区域，限定活动压板(326)在活动区域内移动。
9.根据权利要求2所述的带切割器的取水样的无人机，其特征在于：本发明还包括一水壶缠绕检测系统，水壶缠绕检测系统由两部分组成：一是由感应器(3)中的霍尔传感器检测缠绕线的收放速度检测模块，二是实时测量取水电机(4)的电流情况的设置在取水控制区(111)中的电流检测模块，收放速度检测模块与电流检测模块分别与自动切割器(7)连接。
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