CN111879554A - 一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置及方法 - Google Patents

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张世殊
马金根
肖华波
吴章雷
杨静熙
冉从彦
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Abstract

本发明公开了一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置及方法，包括无人机系统、取样系统和可调节视频监控系统；所述取样系统设置在所述无人机系统的正下方，用于获取取样目标场地的取样样品；所述可调节视频监控系统设置在所述无人机系统的前端，用于准确寻找取样目标场地的取样部位并对取样画面进行实时拍摄；所述无人机系统、取样系统和可调节视频监控系统电连接，通过无人机搭载取样抓斗手的方式，借助无人机快速、机动、灵活的特点实现快速、经济地进行岩土体样品的取样工作。

Description

一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置及方法
技术领域
本发明涉及地质调查技术领域，具体涉及一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置及方法。
背景技术
二十世纪后期以来，随着我国基础设施建设和城市化进程的不断推进，工程建设领域得到了空前发展。取样试验是地质勘查和岩土工程设计的一项基础工作，也是各项工程设施顺利建设的重要环节。
通过取样试验可以对岩土体进行准确的定名，同时也可以获取相应岩土体的物理性质特征和力学参数。取样工作是试验工作的重要前提，只有获取相应的岩土体样品，才能进行相应的室内试验工作。
现有的取样装置采用推拉取样装置，这样的设置会导致结构安装复杂，且需要操作步骤繁多，会导致取样工作的效率下降。
目前在无人机上的取样装置中没有对取样抓手的防护措施，这样可能会导致由于取样抓手的晃动从而对无人机的飞行产生严重影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置及方法，其旨在解决现有技术中取样工作效率低下以及取样抓斗手对无人机产生干扰的技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置，包括无人机系统和取样系统；
所述取样系统包括固定支架、取样抓斗手、吊绳、抓斗手收纳仓和吊绳卷扬滚筒；
所述固定支架安装在无人机系统正下方，所述吊绳卷扬滚筒安装在固定支架内部；
所述抓斗手收纳仓位于所述吊绳卷扬滚筒正下方，并与固定支架连接；
所述吊绳一端设置在吊绳卷扬滚筒上，另一端穿过抓斗手收纳仓与取样抓斗手连接。
本方案采用通过在无人机系统正下方设置取样系统，该取样系统采用吊绳卷扬滚筒、吊绳和取样抓斗手的配合方式，可以在地形复杂的情况下，也能快速且安全的进行取样。
进一步地，所述取样抓斗手在非取样状态时，设置在所述抓斗手收纳仓内部；所述取样抓斗手在取样完成后，收回至所述抓斗手收纳仓内部。
本方案还在吊绳卷扬滚筒和取样抓斗手之间设置抓斗手收纳仓，抓斗手收纳仓用于在未取样时和取样完成后，放置和固定取样抓斗手；采用设置抓斗手收纳仓可以有效的避免取样抓斗手在未取样时或取样完成后，由于取样抓斗手的摇摆对无人机飞行造成晃动和干扰。
进一步地，所述抓手收纳仓具有与取样抓手的形状相仿的形状结构。
进一步地，所述取样抓斗手采用多瓣自动启闭抓斗。
进一步地，所述取样系统还包括卷扬机遥控开关、卷扬机动力系统和传动皮带；
所述卷扬机动力系统安装在固定支架内部，所述卷扬机动力系统和吊绳卷扬滚筒通过传动皮带连接；
所述卷扬机遥控开关安装在固定支架外侧，所述卷扬机遥控开关与所述卷扬机动力系统电连接。
进一步地，所述无人机系统包括机身、带电机的机臂、螺旋桨、机载天线和起落架；
所述机载天线安装在机身顶部，所述带电机的机臂固定在机身的四周外侧，所述起落架固定在机身的下部两侧，所述螺旋桨与带电机的机臂卡扣连接。
进一步地，所述固定支架为中空的四边形构件，所述固定支架安装在机身正下方两侧的起落架之间，并与机身和起落架固定连接。
进一步地，所述无人机监控松散岩土体的取样装置还包括可调节视频监控系统；
所述可调节视频监控系统包括相机云台、链接构件和监控相机；
所述相机云台固定安装在所述无人机系统上，且位于所述固定支架的前端；
所述链接构件一端与相机云台活动连接，另一端与所述监控相机活动连接，所述链接构件用于所述监控相机在水平和竖直方向上的转动。
进一步地，所述取样系统，用于获取取样目标场地的取样样品；
所述可调节视频监控系统，用于准确寻找取样目标场地的取样部位并对取样画面进行实时拍摄和状态监控；
所述无人机系统、取样系统和可调节视频监控系统电连接。
本发明的第二个目的在于提供一种基于无人机监控松散岩土体的取样方法，包括如下步骤：
S1：选定无人机的起飞场地；在取样目标场地外围选择一处平整开阔场地作为无人机的起飞场地；
S2：进行无人机的飞前组装；在无人机上安装取样系统和可调节视频监控系统，并进行设备检查；
S3：操控无人机飞行至取样目标场地的上空；根据监控相机的监控画面，确认周边环境后下降无人机高度，再通过链接构件将监控相机的镜头下调，确保监控相机将取样目标场地的画面整体监控，根据监控相机拍摄的画面进行目标取样场地的准确定位；
S4：当确保取样目标场地位于无人机正下方时，将无人机进行悬停，并启动卷扬机动力系统；
S5：通过启动卷扬机动力系统，所述传送皮带带动吊绳卷扬滚筒进行转动，通过吊绳卷扬滚筒的转动，下放吊绳，将取样抓斗手从抓斗手收纳仓内部落下，并缓慢下放至地面上，进行取样；
S6：利用监控相机拍摄的画面确认取样抓斗手取样正常且取样完成后，启动卷扬机动力系统，所述传送皮带带动吊绳卷扬滚筒进行转动，通过吊绳卷扬滚筒的转动，缓慢提升吊绳，将取样抓斗手提升至抓斗手收纳仓内；
S7：操控无人机进行返回，并取出取样抓斗手内的取样样品,即完成装置的取样工作。
本方案采用设置无人机系统、取样系统和可调节视频监控系统的配合方式，先用可调节视频监控系统准确寻找取样目标场地的取样部位并对取样画面进行实时拍摄，再用取样系统获取取样目标场地的取样样品，即完成取样工作；可以更加安全且快速的完成在地形复杂、交通不便和环境危险等情况下的取样工作，能够提高取样工作的工作效率。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本方案还在吊绳卷扬滚筒和取样抓斗手之间设置抓斗手收纳仓，抓斗手收纳仓用于在未取样时和取样完成后，放置和固定取样抓斗手；采用设置抓斗手收纳仓可以有效的避免取样抓斗手在未取样时或取样完成后，由于取样抓斗手的摇摆对无人机飞行造成晃动和干扰。
2、本方案采用设置无人机系统、取样系统和可调节视频监控系统的配合方式，先用可调节视频监控系统准确寻找取样目标场地的取样部位并对取样画面进行实时拍摄，再用取样系统获取取样目标场地的取样样品，即完成取样工作；可以更加安全且快速的完成在地形复杂、交通不便和环境危险等情况下的取样工作，能够提高取样工作的工作效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的取样系统的结构示意图。
图3为本发明的取样抓手的结构示意图。
图4为本发明的可调节视频监控系统的结构示意图。
附图标记及对应的零部件名称：
1-无人机系统；11-机身；12-带电机的机臂；13-螺旋桨；14-机载天线；15-起落架；2-取样系统；21-固定支架；22-卷扬机遥控开关；23-卷扬机动力系统；24-传动皮带；25-取样抓斗手；26-吊绳；27-抓斗手收纳仓；28-吊绳卷扬滚筒；3-视频监控系统；31-相机云台；32-链接构件；33-监控相机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
【实施例】
一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置，包括无人机系统1和取样系统2；
取样系统2包括固定支架21、取样抓斗手25、吊绳26、抓斗手收纳仓27和吊绳卷扬滚筒28；
固定支架21安装在无人机系统1正下方，吊绳卷扬滚筒28安装在固定支架21内部；
抓斗手收纳仓27位于吊绳卷扬滚筒28正下方，并与固定支架21连接；
吊绳26一端设置在吊绳卷扬滚筒28上，另一端穿过抓斗手收纳仓27与取样抓斗手25连接。
本方案采用通过在无人机系统正下方设置取样系统，该取样系统采用吊绳卷扬滚筒、吊绳和取样抓斗手的配合方式，可以在地形复杂的情况下，也能快速且安全的进行取样。
进一步地，取样抓斗手25在非取样状态时，设置在所述抓斗手收纳仓27内部；取样抓斗手25在取样完成后，收回至抓斗手收纳仓27内部。
本方案还在吊绳卷扬滚筒和取样抓斗手之间设置抓斗手收纳仓，抓斗手收纳仓用于在未取样时和取样完成后，放置和固定取样抓斗手；采用设置抓斗手收纳仓可以有效的避免取样抓斗手在未取样时或取样完成后，由于取样抓斗手的摇摆对无人机飞行造成晃动和干扰。
进一步地，抓手收纳仓27具有与取样抓手25的形状相仿的形状结构，在本实施例中，如图1所示，抓手收纳仓27采用中空圆台状。
进一步地，取样抓斗手25采用多瓣自动启闭抓斗。
进一步地，取样系统2还包括卷扬机遥控开关22、卷扬机动力系统23和传动皮带24；
卷扬机动力系统23安装在固定支架21内部，卷扬机动力系统23和吊绳卷扬滚筒28通过传动皮带24连接；
卷扬机遥控开关22安装在固定支架21外侧，卷扬机遥控开关22与卷扬机动力系统23电连接。
如图1、图2、图3所示，本实施例中，固定支架21主要是实现取样系统2组合设备与无人机系统1的连接以及对卷扬机遥控开关22、卷扬机动力系统23和吊绳卷扬滚筒28的位置固定；卷扬机动力系统23提供动力，通过传动皮带24与吊绳卷扬滚筒28连接，实现通过吊绳卷扬滚筒28的转动，进而在进行取样或取样完成时通过提升或下放吊绳26和取样抓斗手25，完成取样工作；卷扬机遥控开关22主要是实现无人机取样操作人员利用信号通讯传输系统进行远程对卷扬机动力系统23控制，实现远程进行吊绳26和取样抓斗手25的提升和下放等姿态控制；吊绳26主要是连接取样抓斗手25，实现取样抓斗手25可以在空中下放至地面取样点；取样抓斗手25采用多瓣自动启闭抓斗，功能在于进行地面抓取样品；抓斗手收纳仓27主要是进行放置和固定取样抓斗手，在非取样时段和取样完成时段均确保取样抓斗手在其内部，从而避免取样抓斗手的摇摆对无人机飞行造成晃动和干扰。
进一步地，吊绳26与吊绳卷扬滚筒28、取样抓斗手25栓接。
进一步地，无人机系统1包括机身11、带电机的机臂12、螺旋桨13、机载天线14和起落架15；
机载天线14安装在机身11顶部，带电机的机臂12固定在机身11的四周外侧，起落架15固定在机身11的下部两侧，螺旋桨13与带电机的机臂12卡扣连接。
进一步地，固定支架21为中空的四边形构件，固定支架21安装在机身11正下方两侧的起落架15之间，并与机身11和起落架15固定连接。
如图1所示，在本实施例中，无人机系统1还包括飞控、通讯、电池等辅助硬件设备，无人机系统1的功能主要在于为取样系统2与可调节视频监控系统3提供可实现灵活机动飞行的搭载平台。
进一步地，带电机的机臂12至少包括一个，且按一定夹角等间距的分布固定在机身11的四周外侧。
进一步地，所述无人机监控松散岩土体的取样装置还包括可调节视频监控系统3；
可调节视频监控系统3包括相机云台31、链接构件32和监控相机33；
相机云台31固定安装在无人机系统1上，且位于固定支架21的前端；
链接构件32一端与相机云台31活动连接，另一端与监控相机33活动连接，链接构件32用于监控相机33在水平和竖直方向上的转动。
如图1、图4所示，本实施例中，可调节控系统3主要包含相机云台31、链接构件32、监控相机33，共同实现利用遥控相机云台31进行取样部位确认和取样状态的监控；其中，相机云台31主要是实现取样人员利用遥控器控制监控相机33姿态，并保证监控相机33的平稳；链接构件32是实现相机云台31的姿态调整指令进行机械动作的准确执行，带动监控相机33进行姿态调整；监控相机33是实现对准确寻找地面取样部位并对取样状态进行实时画面拍摄，实现状态监控。
进一步地，所述取样系统2，用于获取取样目标场地的取样样品；
所述可调节视频监控系统3，用于准确寻找取样目标场地的取样部位并对取样画面进行实时拍摄和状态监控；
所述无人机系统1、取样系统2和可调节视频监控系统3电连接。
本方案采用设置无人机系统、取样系统和可调节视频监控系统的配合方式，先用可调节视频监控系统准确寻找取样目标场地的取样部位并对取样画面进行实时拍摄，再用取样系统获取取样目标场地的取样样品，即完成取样工作；可以更加安全且快速的完成在地形复杂、交通不便和环境危险等情况下的取样工作，能够提高取样工作的工作效率。
本发明的工作原理是：包括如下步骤：
S1：选定无人机的起飞场地；在取样目标场地外围选择一处平整开阔场地作为无人机的起飞场地；
S2：进行无人机的飞前组装；在无人机上安装取样系统2和可调节视频监控系统3，并进行设备检查；
S3：操控无人机飞行至取样目标场地的上空；根据监控相机33的监控画面，确认周边环境后下降无人机高度，再通过链接构件32将监控相机33的镜头下调，确保监控相机33将取样目标场地的画面整体监控，根据监控相机33拍摄的画面进行目标取样场地的准确定位；
S4：当确保取样目标场地位于无人机正下方时，将无人机进行悬停，并启动卷扬机动力系统23；
S5：通过启动卷扬机动力系统23，所述传送皮带24带动吊绳卷扬滚筒28进行转动，通过吊绳卷扬滚筒28的转动，下放吊绳26，将取样抓斗手25从抓斗手收纳仓27内部落下，并缓慢下放至地面上，进行取样；
S6：利用监控相机33拍摄的画面确认取样抓斗手25取样正常且取样完成后，启动卷扬机动力系统23，所述传送皮带24带动吊绳卷扬滚筒28进行转动，通过吊绳卷扬滚筒28的转动，缓慢提升吊绳26，将取样抓斗手25提升至抓斗手收纳仓27内；
S7：操控无人机进行返回，并取出取样抓斗手25内的取样样品,即完成装置的取样工作。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置，其特征在于，包括无人机系统(1)和取样系统(2)；
所述取样系统(2)包括固定支架(21)、取样抓斗手(25)、吊绳(26)、抓斗手收纳仓(27)和吊绳卷扬滚筒(28)；
所述固定支架(21)安装在无人机系统(1)正下方，所述吊绳卷扬滚筒(28)安装在固定支架(21)内部；
所述抓斗手收纳仓(27)位于所述吊绳卷扬滚筒(28)正下方，并与固定支架(21)连接；
所述吊绳(26)一端设置在吊绳卷扬滚筒(28)上，另一端穿过抓斗手收纳仓(27)与取样抓斗手(25)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置，其特征在于，所述取样抓斗手(25)在非取样状态时，设置在所述抓斗手收纳仓(27)内部；所述取样抓斗手(25)在取样完成后，收回至所述抓斗手收纳仓(27)内部。
3.根据权利要求1所述的一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置，其特征在于，所述抓斗收纳仓(27)具有与取样抓斗手(25)的形状相仿的形状结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置，其特征在于，所述取样抓斗手(25)采用多瓣自动启闭抓斗。
5.根据权利要求1所述的一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置，其特征在于，所述取样系统(2)还包括卷扬机遥控开关(22)、卷扬机动力系统(23)和传动皮带(24)；
所述卷扬机动力系统(23)安装在固定支架(21)内部，所述卷扬机动力系统(23)和吊绳卷扬滚筒(28)通过传动皮带(24)连接；
所述卷扬机遥控开关(22)安装在固定支架(21)外侧，所述卷扬机遥控开关(22)与所述卷扬机动力系统(23)电连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置，其特征在于，所述无人机系统(1)包括机身(11)、带电机的机臂(12)、螺旋桨(13)、机载天线(14)和起落架(15)；
所述机载天线(14)安装在机身(11)顶部，所述带电机的机臂(12)固定在机身(11)的四周外侧，所述起落架(15)固定在机身(11)的下部两侧，所述螺旋桨(13)与带电机的机臂(12)卡扣连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置，其特征在于，所述固定支架(21)为中空的四边形构件，所述固定支架(21)安装在机身(11)正下方两侧的起落架(15)之间，并与机身(11)和起落架(15)固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置，其特征在于，所述无人机监控松散岩土体的取样装置还包括可调节视频监控系统(3)；
所述可调节视频监控系统(3)包括相机云台(31)、链接构件(32)和监控相机(33)；
所述相机云台(31)固定安装在所述无人机系统(1)上，且位于所述固定支架(21)的前端；
所述链接构件(32)一端与相机云台(31)活动连接，另一端与所述监控相机(33)活动连接，所述链接构件(32)用于所述监控相机(33)在水平和竖直方向上的转动。
9.根据权利要求1所述的一种基于无人机监控松散岩土体的取样装置，其特征在于，所述取样系统(2)，用于获取取样目标场地的取样样品；
所述可调节视频监控系统(3)，用于准确寻找取样目标场地的取样部位并对取样画面进行实时拍摄和状态监控；
所述无人机系统(1)、取样系统(2)和可调节视频监控系统(3)电连接。
10.一种基于无人机监控松散岩土体的取样方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：选定无人机的起飞场地；在取样目标场地外围选择一处平整开阔场地作为无人机的起飞场地；
S2：进行无人机的飞前组装；在无人机上安装取样系统(2)和可调节视频监控系统(3)，并进行设备检查；
S3：操控无人机飞行至取样目标场地的上空；根据监控相机(33)的监控画面，确认周边环境后下降无人机高度，再通过链接构件(32)将监控相机(33)的镜头下调，确保监控相机(33)将取样目标场地的画面整体监控，根据监控相机(33)拍摄的画面进行目标取样场地的准确定位；
S4：当确保取样目标场地位于无人机正下方时，将无人机进行悬停，并启动卷扬机动力系统(23)；
S5：通过启动卷扬机动力系统(23)，所述传送皮带(24)带动吊绳卷扬滚筒(28)进行转动，通过吊绳卷扬滚筒(28)的转动，下放吊绳(26)，将取样抓斗手(25)从抓斗手收纳仓(27)内部落下，并缓慢下放至地面上，进行取样；
S6：利用监控相机(33)拍摄的画面确认取样抓斗手(25)取样正常且取样完成后，启动卷扬机动力系统(23)，所述传送皮带(24)带动吊绳卷扬滚筒(28)进行转动，通过吊绳卷扬滚筒(28)的转动，缓慢提升吊绳(26)，将取样抓斗手(25)提升至抓斗手收纳仓(27)内；
S7：操控无人机进行返回，并取出取样抓斗手(25)内的取样样品,即完成装置的取样工作。
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CN113955093A (zh) * 2021-12-02 2022-01-21 中国石油大学胜利学院 一种户外样品采集装置及其工作方法
CN114224287A (zh) * 2021-12-09 2022-03-25 深圳市奥越信科技有限公司 一种动物健康监测系统

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