CN110844096B - 一种水质采样环保无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水质采样环保无人机，其采样装置包括安装板、升降装置和转动样筒库；所述升降装置和转动样筒库安装在所述安装板上；所述升降装置的运动终端通过固定板安装有第一转动装置；所述转动样筒库内设置有若干个采样筒；所述第一转动装置依次驱动所述转动样筒库内的采样筒进行采样，实现在无人机一次飞行过程中完成多点采样；本发明采用销轴与回形缺口配合实现可拆卸卡接，以使第一转动装置与连接座自动配合，将采样筒从转动盘上取出并下降至采样水面；本发明在采样筒内设置活塞，通过真空抽取的方式将污水抽取至采样筒内，避免管路堵塞及滋生细菌的问题；本发明在采样筒的下端设置单向阀，避免在真空解除后污水流出采样筒。

Description

一种水质采样环保无人机
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种水质采样环保无人机。
背景技术
随着中国政府对环境问题的日益重视，系统推进水污染防治、水生态保护和水资源管理的工作迫在眉睫，高效全面的获取水质信息是水污染防治工作的先决条件，而水质采样工作则是获取水质信息的关键环节；目前水质采样通常采用人工采样和自动采样的方式，它们都具有各自的局限性，主要表现在：(1)对于大范围水域的动态采集来说，江河、湖泊、沿海等大范围水域的水样采集单纯使用人工方式效率低下，自动采集通常只能采集固定点的水样情况，不具备随机动态性；(2)对于污染严重或突发化学品泄露的水域，环境恶劣，存在有毒有害物质或气体，人工采集具有极大的危险性，传统方式很难采集；(3)对于复杂环境的水域，如沼泽、湿地或有害藻类聚集区域等，采用无人船或人工划船的方法都很难到达指定区域，无法完成采集工作。
为解决上述问题，近几年出现了采用无人机完成才完成采样的技术，例如申请号为CN201410374931.8的专利提出了一种水质采样无人机，采用水泵和吸管高空抽取水样的采样无人机，这种方法的缺点是:(1)采用蠕动泵抽取方式，当水体污染物较多时，采样管路容易堵塞，如果发生堵塞无法及时检测；(2)采样管路较长，容易滋生各种微生物，需要定期清洗或更换软管。
另有专利提出结构较为简单的无人机水质采样系统，例如申请号为CN201610132415.3的专利提出的一种悬挂式无人机水质采样器系统，其设计收放绳子系统，将采样杯直接浸入水中，当采样杯内灌满水时，采用收放绳子系统将采样杯提起，完成采样，但这种采样方式的缺点是无人机一次飞行只能采样同一位置区域的水样，不能对多个位置区域进行采样。
为了解决上述技术问题，亟需一种水质采样环保无人机来解决现有的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种水质采样环保无人机，能够在无人机一次飞行过程中实现多点采样，并且避免管路堵塞及滋生细菌的问题。
本发明是通过以下技术方案予以实现的。
一种水质采样环保无人机，包括无人机和设置在所述无人机下部的采样装置，所述采样装置包括安装板、升降装置和转动样筒库；所述升降装置和转动样筒库安装在所述安装板上；所述升降装置的运动终端通过固定板安装有第一转动装置；所述转动样筒库内设置有若干个采样筒；所述第一转动装置依次驱动所述转动样筒库内的采样筒进行采样。
进一步的，所述第一转动装置包括设置在所述固定板上的电机座；所述电机座上端安装有第一驱动电机；所述电机座内部设置有连接轴；所述连接轴的上端与所述第一驱动电机通过联轴器连接；所述连接轴下端贯穿设置有销轴，且所述销轴与所述连接轴为过盈配合。
更进一步的，所述电机座内设置有可承受轴向力的滚子轴承，支撑所述连接轴；所述电机座下端设置有端盖，所述端盖挡住所述滚子轴承的外圈。
更进一步的，所述转动样筒库包括圆盘状的转动盘；所述转动盘平行设置在所述安装板的下方，其上表面沿圆周方向设置有若干个第一通孔；所述采样筒设置在所述第一通孔内，且与所述第一通孔同心。
更进一步的，所述转动盘的第一通孔的圆周上对称设置有四个圆弧凸起；在两个圆弧凸起之间的转动盘被间隔贯穿，形成与第一通孔相通的弧形缺口，其弧度与圆弧凸起的外径一致。
更进一步的，所述采样筒上端设置有连接座；所述连接座上部为空心圆柱体，所述空心圆柱体下端延伸有圆盘；所述连接座的圆盘两侧对称延伸出两个突出的圆弧，所述圆弧的外径与所述圆弧凸起的外径一致；两个所述圆弧放置在所述转动盘上的四个圆弧凸起之间，其下表面与所述转动盘贴合。
进一步的，所述连接座的圆盘下端延伸出带有外螺纹的圆柱体；所述带有外螺纹的圆柱体下端延伸出直径相对采样筒内径较小的圆柱体；所述连接座的带有外螺纹的圆柱体设置在所述采样筒内，并通过螺纹与所述采样筒连接；所述连接座上部的空心圆柱体侧壁上，对称设置有回形缺口；所述连接轴上的销轴两端分别从上端进入两个回形缺口并与回形缺口挂接。
进一步的，所述转动样筒库还包括第二转动装置；所述第二转动装置设置在所述安装板上方；其输出轴从下方伸出，并穿过所述安装板；所述输出轴下端固定设置有转盘连接座；所述转盘连接座与所述转动盘固定连接。
进一步的，所述采样筒的中心孔内设置有活塞；所述活塞将所述采样筒内的腔体分隔为上、下两部分；所述采样筒的筒壁上与所述连接座下部的圆柱体对应的区域设置有气管接头；所述采样筒下端设置有单向阀；所述单向阀通过螺纹与所述采样筒的下端连接。
更进一步的，所述输出轴为上端开口，下端封闭的空心轴；其上端安装有旋转气接头，下端外壁上沿周向安装有若干个气管接头；所述输出轴上的气管接头接有气管，所述气管与所述转动盘上的穿板接头连接，所述穿板接头的另一端通过伸缩气管与所述采样筒上的气管接头连接；所述旋转气接头与真空发生器通过气管连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明中的采样装置通过转动盘的转动实现采样筒的转换，实现在无人机一次飞行过程中完成多点采样；
2)本发明采用销轴与回形缺口配合实现可拆卸卡接，以使第一转动装置与连接座自动配合，将采样筒从转动盘上取出并下降至采样水面；
3)本发明在采样筒内设置活塞，通过真空抽取的方式将污水抽取至采样筒内，避免管路堵塞及滋生细菌的问题；
4)本发明在采样筒的下端设置单向阀，避免在真空解除后，污水流出采样筒。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明采样装置的结构示意图；
图3为本发明第一转动装置的结构示意图；
图4为本发明转动盘结构示意图；
图5为本发明连接座被提起的状态示意图；
图6为本发明采用筒的结构示意图；
图7为本发明第二转动装置结构示意图。
图中：1、无人机；2、采样装置；101、机身本体；102、起落架；
21、安装板；22、升降装置；23、第一转动装置；24、采样筒；25、单向阀；26、连接座；27、转动盘；28、真空发生器；29、第二转动装置；30、固定板；31、第一驱动电机；32、电机座；33、联轴器；34、滚子轴承；35、端盖；36、连接轴；37、转动样筒库；38、第一通孔；39、圆弧凸起；40、销轴；41、输出轴；42、转盘连接座；43、旋转气接头；44、活塞；45、回形缺口。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
如图1至图7所示，一种水质采样环保无人机，包括无人机1和采样装置2；
所述采样装置2设置在所述无人机1的下部；
所述无人机1带着所述采样装置2完成污水采样任务。
所述无人机1包括机身本体101和起落架102；
所述机身本体101实现飞行任务；
所述起落架102为架体结构；
所述起落架102设置在所述机身本体101本体下部；降落时，所述起落架102支撑其所述机身本体101。
所述采样装置2设置在所述起落架102上。
采样时，所述无人机1上的控制系统控制无人机1悬停在水面上，其水面定高装置控制无人机1与水面保持合适的高度，保证采样装置2能够沉入污水内进行采样。
所述采样装置2包括：安装板21、升降装置22、第一转动装置23、、真空发生器28和固定板30；
所述安装板21固定设置在所述起落架102下部；
所述升降装置22竖直固定安装在所述安装板21上；
所述升降装置22为能够完成直线运动的驱动单元，例如丝杆螺母驱动单元、同步带驱动单元、直线电机等；
所述升降装置22的运动终端设置有固定板30；
所述固定板30为L形板，其竖直部分为长条形板，与所述升降装置22的运动终端连接；
所述固定板30安装有第一转动装置23；
所述升降装置22通过所述第一转动装置23做上、下往复运动；
所述第一转动装置23包括：第一驱动电机31、电机座32、联轴器33、滚子轴承34、端盖35；
所述电机座32固定安装在所述固定板30的下部；
所述电机座32的上端设置有第一驱动电机31；
所述电机座32内部设置有连接轴36；
所述连接轴36的上端与所述第一驱动电机31通过联轴器33连接；
所述电机座32内设置有可承受轴向力的滚子轴承34，支撑所述连接轴36；
所述电机座32下端设置有端盖35，所述端盖35挡住所述滚子轴承34的外圈；
所述第一驱动电机31通过联轴器33驱动所述连接轴36转动。
所述采样装置2还包括转动样筒库37；
所述转动样筒库37安装在所述安装板21上；
所述转动样筒库37包括：采样筒24、单向阀25、连接座26、转动盘27、第二转动装置29、
所述转动盘27为圆盘状，平行设置在所述安装板21的下方，其上表面沿圆周方向设置有若干个第一通孔38；
所述采样筒24设置在所述第一通孔38内，且与所述第一通孔38同心；
所述转动盘27的第一通孔38的圆周上对称设置有四个圆弧凸起39；
在两个圆弧凸起之间的转动盘27被间隔贯穿，形成与第一通孔38相通的弧形缺口，其弧度与圆弧凸起39的外径一致；
所述采样筒24上端设置有连接座26；
所述连接座26上部为空心圆柱体，所述空心圆柱体下端延伸有圆盘；
所述连接座26的圆盘两侧对称延伸出两个突出的圆弧，两个所述圆弧放置在所述转动盘27上的四个圆弧凸起39之间，其下表面与所述转动盘27贴合；
所述圆盘下端延伸出带有外螺纹的圆柱体；所述带有外螺纹的圆柱体下端延伸出直径相对较小的圆柱体；
所述连接座26的带有外螺纹的圆柱体设置在所述采样筒24内，并通过螺纹与所述采样筒24连接；
所述连接座26上部的空心圆柱体侧壁上，对称设置有回形缺口45；
所述连接轴36下端贯穿设置有销轴40，且销轴40与连接轴36为过盈配合；
当升降装置22驱动所述第一转动装置23向下运动时，所述连接轴36进入所述连接座26上端的中心孔内，所述销轴40的两端分别进入两个所述回形缺口45；
所述第一驱动电机31带动所述连接轴36转动一定角度，所述销轴40进入所述回形缺口45内侧；
所述升降装置22驱动所述第一转动装置23向上运动，所述销轴40进入所述回形缺口45上侧；
此时所述销轴被所述回形缺口45卡住；
所述升降装置22驱动所述第一转动装置23继续向上运动，所述连接轴36通过销轴40带动所述连接座26及与连接座26螺纹连接的采样筒24向上运动；
当所述连接座26高于所述圆弧凸起39时；所述第一驱动电机31驱动所述连接轴36及连接座26、采样筒24转动；
转动一定角度后，所述连接座26上的两个突出的圆弧对准所述转动盘27的弧形缺口；
所述升降装置22驱动所述第一转动装置23向下运动，所述连接座26从所述第一通孔及与第一通孔相通的弧形缺口穿过所述转动盘27向下降；
所述升降装置22继续驱动所述第一转动装置23向下运动，所述使得采样筒24可以沉入水面以下。
由于转动盘27上设置有若干个采样筒24，当一个采样筒24采样完成后，所述升降装置22及所述第一驱动电机31配合实现上述反向动作，将所述采样筒24放置在所述转动盘27上；
之后转动盘27转动一个角度，一个空的采样筒24旋转到所述连接轴36的下方，重复上述动作，使采样筒24下沉至水面以下，实现采样；
为了使转动盘27转动，所述转动样筒库37还包括第二转动装置29；所述第二转动装置29设置在所述安装板21上方；
其输出轴41从下方伸出所述第二转动装置29，并穿过所述安装板21；
所述输出轴41下端固定设置有转盘连接座42；
所述转盘连接座42与所述转动盘27固定连接；
所述第二转动装置29通过所述转盘连接座42驱动所述转动盘27转动；
当采样筒24浸入水面后，需要将污水抽进所述采样筒24内，因此所述采样筒24的中心孔内设置有活塞44；
所述活塞44将所述采样筒24内的腔体分隔为上、下两部分；
采样筒24的筒壁上与所述连接座26下部的圆柱体对应的区域设置有气管接头；
所述连接座26下部的圆柱体外径小于所述采样筒24的中心孔直径；
当通过气管接头向所述采样筒24抽真空时，所述活塞44向上运动，污水从所述采样筒24的底端抽入所述采样筒24内；
当活塞44运动到上端时，所述连接座26下部的圆柱体的下端抵住活塞44，使活塞44不再向上运动，此时采样筒24内活塞44下部充满污水；
当真空解除时，为了保证污水保持在采样筒24内，所述采样筒24下端设置有单向阀25；所述单向阀25通过螺纹与所述采样筒24的下端连接；
当抽水时，单向阀25内的钢球克服弹簧力向上运动，使污水顺利进入所述采样筒24内；
当真空解除时，钢球通过弹簧力压住进水口并密封，保证污水不会流出。
由于转动盘27需要转动，所以为采样筒24提供真空的管路要与采样筒24一起转动；
因此，所述输出轴41为上端开口，下端封闭的空心轴；
其上端安装有旋转气接头43，下端外壁上沿周向安装有若干个气管接头；所述输出轴41上的气管接头接有气管，所述气管与所述转动盘27上的穿板接头连接，所述穿板接头的另一端通过伸缩气管与所述采样筒24上的气管接头连接；
所述旋转气接头43与真空发生器通过气管连接；
当需要抽真空时，所述真空发生器产生的真空通过输出轴41分别输送至每个采样筒24。
具体使用时，若干个采样筒放置在所述转动盘上，由圆弧凸起限定其转动；当需要采样时，无人机1悬停在水面上，并控制距离水面的高度；升降装置驱动所述第一转动装置向下运动，所述第一转动装置通过销轴与连接座26上回形缺口45配合，将所述采样筒24从转动盘上的圆弧凸起39内取出，并进一步向下运动，直至采样筒24的下端浸入水面以下；真空发生器产生真空，向所述采样筒24抽真空，污水从采样筒底端抽入采样筒；完成采样后，无人机上升的同时，所述升降装置驱动所述采样筒向上运动，并配合所述第一电机将所述连接座26放置在所述转动盘上两个圆弧凸起之间；再进行下一次采样时，所述第二转动装置29驱动所述转动盘27，使另一个采样筒24对准所述连接轴36，所述升降装置22向下运动，开始下一次采样循环。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (4)

1.一种水质采样环保无人机，包括无人机(1)和设置在所述无人机(1)下部的采样装置(2)；其特征在于，所述采样装置(2)包括安装板(21)、升降装置(22)和转动样筒库(37)；所述升降装置(22)和转动样筒库(37)安装在所述安装板(22)上；所述升降装置(22)的运动终端通过固定板(30)安装有第一转动装置(23)；所述转动样筒库(37)内设置有若干个采样筒(24)；所述第一转动装置(23)依次驱动所述转动样筒库(37)内的采样筒(24)进行采样；所述第一转动装置(23)包括设置在所述固定板(30)上的电机座(32)；所述电机座(32)上端安装有第一驱动电机(31)；所述电机座(32)内部设置有连接轴(36)；所述连接轴(36)的上端与所述第一驱动电机(31)通过联轴器(33)连接；所述连接轴(36)下端贯穿设置有销轴(40)，且所述销轴(40)与所述连接轴(36)为过盈配合；所述电机座(32)内设置有可承受轴向力的滚子轴承(34)，支撑所述连接轴(36)；所述电机座(32)下端设置有端盖(35)，所述端盖(35)挡住所述滚子轴承(34)的外圈；
所述转动样筒库(37)包括圆盘状的转动盘(27)；所述转动盘(27)平行设置在所述安装板(21)的下方，其上表面沿圆周方向设置有若干个第一通孔(38)；所述采样筒(24)设置在所述第一通孔(38)内，且与所述第一通孔(38)同心；
所述转动盘(27)的第一通孔(38)的圆周上对称设置有四个圆弧凸起(39)；在两个圆弧凸起之间的转动盘(27)被间隔贯穿，形成与第一通孔(38)相通的弧形缺口，其弧度与圆弧凸起(39)的外径一致；
所述采样筒(24)上端设置有连接座(26)；所述连接座(26)上部为空心圆柱体，所述空心圆柱体下端延伸有圆盘；所述连接座(26)的圆盘两侧对称延伸出两个突出的圆弧，所述圆弧的外径与所述圆弧凸起(39)的外径一致；两个所述圆弧放置在所述转动盘(27)上的四个圆弧凸起(39)之间，其下表面与所述转动盘(27)贴合；
所述采样筒(24)的中心孔内设置有活塞(44)；所述活塞(44)将所述采样筒(24)内的腔体分隔为上、下两部分；所述采样筒(24)的筒壁上与所述连接座(26)下部的圆柱体对应的区域设置有气管接头；所述采样筒(24)下端设置有单向阀(25)；所述单向阀(25)通过螺纹与所述采样筒(24)的下端连接。
2.根据权利要求1所述的一种水质采样环保无人机，其特征在于，所述连接座(26)的圆盘下端延伸出带有外螺纹的圆柱体；所述带有外螺纹的圆柱体下端延伸出直径相对采样筒(24)内径较小的圆柱体；所述连接座(26)的带有外螺纹的圆柱体设置在所述采样筒(24)内，并通过螺纹与所述采样筒(24)连接；所述连接座(26)上部的空心圆柱体侧壁上，对称设置有回形缺口(45)；所述连接轴(36)上的销轴(40)两端分别从上端进入两个回形缺口(45)并与回形缺口(45)挂接。
3.根据权利要求2所述的一种水质采样环保无人机，其特征在于，所述转动样筒库(37)还包括第二转动装置(29)；所述第二转动装置(29)设置在所述安装板(21)上方；其输出轴(41)从下方伸出，并穿过所述安装板(21)；所述输出轴(41)下端固定设置有转盘连接座(42)；所述转盘连接座(42)与所述转动盘(27)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种水质采样环保无人机，其特征在于，所述输出轴(41)为上端开口，下端封闭的空心轴；其上端安装有旋转气接头(43)，下端外壁上沿周向安装有若干个气管接头；所述输出轴(41)上的气管接头接有气管，所述气管与所述转动盘(27)上的穿板接头连接，所述穿板接头的另一端通过伸缩气管与所述采样筒(24)上的气管接头连接；所述旋转气接头(43)与真空发生器通过气管连接。
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