CN112881073A - 一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置 - Google Patents

一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置 Download PDF

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蔡学建
陈锋
郑庆列
吴著江
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Abstract

本发明公开了一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置，属于无人机采样装置技术领域；一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置，包括有无人机主体、电子平衡仪和螺旋桨，电子平衡仪固定连接在无人机主体的顶面中心处，无人机主体的机翼末端固定安装有驱动马达，螺旋桨固定连接在驱动马达的输出轴顶端；无人机主体的四个机翼底端还连接有自动调节支撑机构，无人机主体的底部固定连接有第二液压缸，第二液压缸上伸缩连接有多段伸缩杆，多段伸缩杆的底端连接有驱动机构和钻进取样机构；本发明有效解决了现有设计无法快速准确到达采样地点且无法稳定支撑固定在不平整固废表面以及无法根据需要对不同深度的固废进行采样工作的问题。

Description

一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置
技术领域
本发明涉及无人机采样装置技术领域，具体为一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置。
背景技术
工业固体废物是指在工业、交通等生产活动中产生的固体废物；此类固定废物很大可能性是具有毒性或者腐蚀性的，为了更好的对固体废物进行研究，往往需要人工穿上防护服后，再对固定废物进行收集采样工作，采用此种方式，费时费力，同时对操作人员的人身健康安全也存在威胁，鉴于此，设计一种能够采集固体废物的采样机械就显得很有必要了。
由于固废表面不平整，市面上常见的自行进式的采样装置往往无法快速准确的到达预设采样点，同时由于固废表面松软度不同，现有设计往往无法稳定的支撑固定在固废表面进行采样工作；除此之外，为了更好的保证固废检测的准确性，往往需要对不同深度的固废进行采样，而现有设计往往无法很好地完成不同深度固废采样工作，鉴于此，我们提出了一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置。
发明内容
1、本发明要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置，以解决上述背景技术中提出的问题：
现有设计无法快速准确到达采样地点且无法稳定支撑固定在不平整固废表面以及无法根据需要对不同深度的固废进行采样工作的问题。
2、技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置，包括有无人机主体、电子平衡仪和螺旋桨，所述电子平衡仪固定连接在无人机主体的顶面中心处，所述无人机主体的机翼末端固定安装有驱动马达，所述螺旋桨固定连接在驱动马达的输出轴顶端；所述无人机主体的四个机翼底端还连接有自动调节支撑机构，所述无人机主体的底部固定连接有第二液压缸，所述第二液压缸上伸缩连接有多段伸缩杆，所述多段伸缩杆的底端连接有驱动机构和钻进取样机构，所述驱动机构的底端还连接有样品储存机构，所述驱动机构和样品储存机构均设置在钻进取样机构的内部。
优选地，所述自动调节支撑机构包括有第一液压缸，所述第一液压缸的顶端固定连接在无人机主体的机翼下端，所述第一液压缸的内部伸缩连接有伸缩支撑杆，所述伸缩支撑杆的底端固定连接有球状杆头，所述球状杆头上活动连接有防滑支撑块，所述第一液压缸的外壁上固定连接有连接架，所述连接架固定安装有红外测距仪。
优选地，所述驱动机构包括有伺服电机，所述伺服电机上固定连接有连接杆，所述连接杆的顶端固定在多端伸缩杆的底面上，所述伺服电机的输出轴上固定连接有太阳小齿轮，所述太阳小齿轮的周围啮合连接有行星大齿轮，所述行星大齿轮同时也转动连接在多段伸缩杆的底面上。
优选地，所述钻进取样机构包括有空心钻进管体，所述空心钻进管体的上下端均为敞口设计，所述空心钻进管体的顶端边缘转动连接在多端伸缩杆的底面上，所述空心钻进管体的外壁上固定连接有绞龙叶片，所述空心钻进管体的内部设置有安装腔，所述安装腔的顶部设置有啮合齿块，所述啮合齿块固定连接在空心钻进管体的内壁顶端，所述啮合齿块与行星大齿轮啮合连接。
优选地，所述样品储存机构包括有样品储存管，所述样品储存管设置在空心钻进管体的内部，所述样品储存管的顶端与伺服电机固定连接，所述样品储存管的侧壁上设置有贯穿孔，所述样品储存管外壁上靠近贯穿孔位置处固定安装有危险废物预检测仪，所述样品储存管的外壁上还固定连接有微型伺服电机，所述微型伺服电机的输出轴上固定连接有驱动轴，所述驱动轴的底端固定连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮与旋转开闭机构相匹配，所述旋转开闭机构连接在样品储存管底端。
优选地，所述旋转开闭机构包括有上环体和下环体，所述上环体固定连接在样品储存管的底端，所述上环体上设置有弧形限位槽，所述下环体边缘转动连接在上环体的底面上，所述下环体的外侧弧面边缘上固定连接有外齿块，所述外齿块与驱动齿轮啮合连接，所述上环体与下环体之间设置有活动扇形块，所述活动扇形块上固定连接有限位杆，所述限位杆底端活动连接在下环体上的限位导槽内，所述限位杆的上端设置在弧形限位槽内。
3、有益效果
(1)本发明采用无人机主体作为装置本体移动的驱动器，相较于市面上常见的轮式或者履带式自行进设备，采用无人机主体可以更方便的将装置本体移动至采样点，本发明的无人机主体安装有四个驱动马达和螺旋桨，同时在无人机主体的顶部安装有电子平衡仪，可以很好的保证无人机主体的机动性、稳定性和载重能力；在无人机主体的机翼底部安装有自动支撑调节机构，在自动支撑调节机构的第一液压缸侧壁上通过连接架固定安装有红外测距仪，使用过程中，当装置本体装备降落至固废堆上预设测样点时，四个红外测距仪可以分别测得所对应的伸缩支撑杆与固废堆表面的具体距离，进而在根据测得的数据来自动调节相对应伸缩支撑杆伸缩的长度，从而可以保证装置本体可以稳定的支撑固定在固废堆表，更加便于进行后续的采样工作。
(2)本发明的钻进取样机构与驱动机构相匹配，驱动机构的伺服电机通过连接杆固定连接在多端伸缩杆的底面上，使用时，驱动机构工作，通过伺服电机带动太阳小齿轮转动，太阳小齿轮转动时可以带动周围与之啮合连接的行星大齿轮转动，行星大齿轮同时还与钻进取样机构的空心钻进管体内壁顶端的啮合齿块相匹配，而空心钻进管体顶端开口是转动连接在多段伸缩杆底面上，从而伺服电机工作可以带动空心钻进管体转动，由于采用太阳小齿轮和行星大齿轮的设计，更好的保证了钻进取样机构工作时的驱动力，同时在空心钻进管体的外壁面上固定连接有绞龙叶片，且配合上方的第二液压缸和多段伸缩杆对钻进取样机构的推力，使得钻进取样机构可以更好的在固废堆上完成钻进取样的工作。
(3)本发明样品储存机构和旋转开闭机构均固定安装在空心钻进管体的内部，而旋转开闭机构连接在样品储存机构的底端，使用时，先通过第二液压缸、多段伸缩杆和驱动机构将钻进取样机构旋进至固废堆中合适深度时，关闭伺服电机，然后启动样品储存机构的样品储存管外壁上的微型伺服电机，通过微型伺服电机带动驱动轴和驱动齿轮转动，驱动齿轮与旋转开闭机构的下环体上的外齿块啮合连接，进而带动下环体转动，下环体转动连接在上环体上，在下环体上设置有限位导槽，在上环体上开设有限位槽，限位导槽和限位槽之间通过限位杆活动连接有活动扇形块，下环体转动时，由于限位槽和限位导槽对限位杆的限制作用，能够控制多片活动扇形块同时转动开启(或闭合)，接着再次启动伺服电机，同时配合第二液压缸的推动作用，将钻进取样机构继续向下旋进，此时中间部分的固废样品则会进入到样品储存管中，取样完成后，再次启动微型伺服电机，将旋转开闭机构关闭，从而即可将固废样品稳定的储存在样品储存管中，再接着控制伺服电机反向旋转，第二液压缸将多段杆向回收缩，从而即可将钻进采样机构收回，同时在样品储存管的侧壁上设置有贯穿孔，在贯穿孔处固定安装有危险废物预检测仪，可以对采集的固废样品进行简单的检测工作，确认是否存在危险，方便工作人员进行后续处理操作。
综上所述，本发明在无人机主体的基础上，通过第一液压缸、多段伸缩杆、驱动机构、钻进采样机构、样品储存机构以及旋转开闭机构的相互配合，有效解决了现有设计无法快速准确到达采样地点且无法稳定支撑固定在不平整固废表面以及无法根据需要对不同深度的固废进行采样工作的问题。
附图说明
图1为本发明提出的一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置的结构示意图；
图2为本发明提出的一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置的爆炸结构示意图；
图3为本发明提出的一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置的图2中A部分的结构示意图；
图4为本发明提出的一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置的驱动机构的结构示意图；
图5为本发明提出的一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置的钻进取样机构的结构示意图；
图6为本发明提出的一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置的样品储存机构的结构示意图；
图7为本发明提出的一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置的旋转开闭机构的爆炸结构示意图。
图中标号说明：
1、无人机主体；2、电子平衡仪；3、螺旋桨；4、自动调节支撑机构；401、第一液压缸；402、伸缩支撑杆；403、防滑支撑块；404、连接架；405、红外测距仪；5、第二液压缸；6、驱动机构；601、伺服电机；602、连接杆；603、太阳小齿轮；604、行星大齿轮；7、钻进取样机构；701、空心钻进管体；702、绞龙叶片；703、安装腔；704、啮合齿块；8、样品储存机构；801、样品储存管；802、贯穿孔；803、危险废物预检测仪；804、微型伺服电机；805、驱动轴；806、驱动齿轮；9、旋转开闭机构；901、上环体；902、弧形限位槽；903、下环体；904、外齿块；905、活动扇形块；906、限位杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
请参阅图1-3，一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置，包括有无人机主体1、电子平衡仪2和螺旋桨3，电子平衡仪2固定连接在无人机主体1的顶面中心处，无人机主体1的机翼末端固定安装有驱动马达，螺旋桨3固定连接在驱动马达的输出轴顶端；无人机主体1的四个机翼底端还连接有自动调节支撑机构4，无人机主体1的底部固定连接有第二液压缸5，第二液压缸5上伸缩连接有多段伸缩杆，多段伸缩杆的底端连接有驱动机构6和钻进取样机构7，驱动机构6的底端还连接有样品储存机构8，驱动机构6和样品储存机构8均设置在钻进取样机构7的内部。
自动调节支撑机构4包括有第一液压缸401，第一液压缸401的顶端固定连接在无人机主体1的机翼下端，第一液压缸401的内部伸缩连接有伸缩支撑杆402，伸缩支撑杆402的底端固定连接有球状杆头，球状杆头上活动连接有防滑支撑块403，第一液压缸401的外壁上固定连接有连接架404，连接架404固定安装有红外测距仪405。
本发明采用无人机主体1作为装置本体移动的驱动器，相较于市面上常见的轮式或者履带式自行进设备，采用无人机主体1可以更方便的将装置本体移动至采样点，本发明的无人机主体1安装有四个驱动马达和螺旋桨3，同时在无人机主体1的顶部安装有电子平衡仪2，可以很好的保证无人机主体1的机动性、稳定性和载重能力；在无人机主体1的机翼底部安装有自动支撑调节机构，在自动支撑调节机构的第一液压缸401侧壁上通过连接架404固定安装有红外测距仪405，使用过程中，当装置本体装备降落至固废堆上预设测样点时，四个红外测距仪405可以分别测得所对应的伸缩支撑杆402与固废堆表面的具体距离，进而在根据测得的数据来自动调节相对应伸缩支撑杆402伸缩的长度，从而可以保证装置本体可以稳定的支撑固定在固废堆表，更加便于进行后续的采样工作。
实施例2：
请参阅图4-5，结合实施例1的基础有所不同之处在于，
驱动机构6包括有伺服电机601，伺服电机601上固定连接有连接杆602，连接杆602的顶端固定在多端伸缩杆的底面上，伺服电机601的输出轴上固定连接有太阳小齿轮603，太阳小齿轮603的周围啮合连接有行星大齿轮604，行星大齿轮604同时也转动连接在多段伸缩杆的底面上。
钻进取样机构7包括有空心钻进管体701，空心钻进管体701的上下端均为敞口设计，空心钻进管体701的顶端边缘转动连接在多端伸缩杆的底面上，空心钻进管体701的外壁上固定连接有绞龙叶片702，空心钻进管体701的内部设置有安装腔703，安装腔703的顶部设置有啮合齿块704，啮合齿块704固定连接在空心钻进管体701的内壁顶端，啮合齿块704与行星大齿轮604啮合连接。
本发明的钻进取样机构7与驱动机构6相匹配，驱动机构6的伺服电机601通过连接杆602固定连接在多端伸缩杆的底面上，使用时，驱动机构6工作，通过伺服电机601带动太阳小齿轮603转动，太阳小齿轮603转动时可以带动周围与之啮合连接的行星大齿轮604转动，行星大齿轮604同时还与钻进取样机构7的空心钻进管体701内壁顶端的啮合齿块704相匹配，而空心钻进管体701顶端开口是转动连接在多段伸缩杆底面上，从而伺服电机601工作可以带动空心钻进管体701转动，由于采用太阳小齿轮603和行星大齿轮604的设计，更好的保证了钻进取样机构7工作时的驱动力，同时在空心钻进管体701的外壁面上固定连接有绞龙叶片702，且配合上方的第二液压缸5和多段伸缩杆对钻进取样机构7的推力，使得钻进取样机构7可以更好的在固废堆上完成钻进取样的工作。
实施例3：
请参阅图6-7，基于实施例1-2但有所不同之处在于，
样品储存机构8包括有样品储存管801，样品储存管801设置在空心钻进管体701的内部，样品储存管801的顶端与伺服电机601固定连接，样品储存管801的侧壁上设置有贯穿孔802，样品储存管801外壁上靠近贯穿孔802位置处固定安装有危险废物预检测仪803，样品储存管801的外壁上还固定连接有微型伺服电机804，微型伺服电机804的输出轴上固定连接有驱动轴805，驱动轴805的底端固定连接有驱动齿轮806，驱动齿轮806与旋转开闭机构9相匹配，旋转开闭机构9连接在样品储存管801底端。
旋转开闭机构9包括有上环体901和下环体903，上环体901固定连接在样品储存管801的底端，上环体901上设置有弧形限位槽902，下环体903边缘转动连接在上环体901的底面上，下环体903的外侧弧面边缘上固定连接有外齿块904，外齿块904与驱动齿轮806啮合连接，上环体901与下环体903之间设置有活动扇形块905，活动扇形块905上固定连接有限位杆906，限位杆906底端活动连接在下环体903上的限位导槽内，限位杆906的上端设置在弧形限位槽902内。本发明样品储存机构8和旋转开闭机构9均固定安装在空心钻进管体701的内部，而旋转开闭机构9连接在样品储存机构8的底端，使用时，先通过第二液压缸5、多段伸缩杆和驱动机构6将钻进取样机构7旋进至固废堆中合适深度时，关闭伺服电机601，然后启动样品储存机构8的样品储存管801外壁上的微型伺服电机804，通过微型伺服电机804带动驱动轴805和驱动齿轮806转动，驱动齿轮806与旋转开闭机构9的下环体903上的外齿块904啮合连接，进而带动下环体903转动，下环体903转动连接在上环体901上，在下环体903上设置有限位导槽，在上环体901上开设有限位槽，限位导槽和限位槽之间通过限位杆906活动连接有活动扇形块905，下环体903转动时，由于限位槽和限位导槽对限位杆906的限制作用，能够控制多片活动扇形块905同时转动开启(或闭合)，接着再次启动伺服电机601，同时配合第二液压缸5的推动作用，将钻进取样机构7继续向下旋进，此时中间部分的固废样品则会进入到样品储存管801中，取样完成后，再次启动微型伺服电机804，将旋转开闭机构9关闭，从而即可将固废样品稳定的储存在样品储存管801中，再接着控制伺服电机601反向旋转，第二液压缸5将多段杆向回收缩，从而即可将钻进采样机构收回，同时在样品储存管801的侧壁上设置有贯穿孔802，在贯穿孔802处固定安装有危险废物预检测仪803，可以对采集的固废样品进行简单的检测工作，确认是否存在危险，方便工作人员进行后续处理操作。综上所述，本发明在无人机主体1的基础上，通过第二液压缸5、多段伸缩杆、驱动机构6、钻进采样机构、样品储存机构8以及旋转开闭机构9的相互配合，有效解决了现有设计无法快速准确到达采样地点且无法稳定支撑固定在不平整固废表面以及无法根据需要对不同深度的固废进行采样工作的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置，包括有无人机主体(1)、电子平衡仪(2)和螺旋桨(3)，其特征在于：所述电子平衡仪(2)固定连接在无人机主体(1)的顶面中心处，所述无人机主体(1)的机翼末端固定安装有驱动马达，所述螺旋桨(3)固定连接在驱动马达的输出轴顶端；所述无人机主体(1)的四个机翼底端还连接有自动调节支撑机构(4)，所述无人机主体(1)的底部固定连接有第二液压缸(5)，所述第二液压缸(5)上伸缩连接有多段伸缩杆，所述多段伸缩杆的底端连接有驱动机构(6)和钻进取样机构(7)，所述驱动机构(6)的底端还连接有样品储存机构(8)，所述驱动机构(6)和样品储存机构(8)均设置在钻进取样机构(7)的内部。
2.根据权利要求1所述的一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置，其特征在于：所述自动调节支撑机构(4)包括有第一液压缸(401)，所述第一液压缸(401)的顶端固定连接在无人机主体(1)的机翼下端，所述第一液压缸(401)的内部伸缩连接有伸缩支撑杆(402)，所述伸缩支撑杆(402)的底端固定连接有球状杆头，所述球状杆头上活动连接有防滑支撑块(403)，所述第一液压缸(401)的外壁上固定连接有连接架(404)，所述连接架(404)固定安装有红外测距仪(405)。
3.根据权利要求1所述的一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置，其特征在于：所述驱动机构(6)包括有伺服电机(601)，所述伺服电机(601)上固定连接有连接杆(602)，所述连接杆(602)的顶端固定在多端伸缩杆的底面上，所述伺服电机(601)的输出轴上固定连接有太阳小齿轮(603)，所述太阳小齿轮(603)的周围啮合连接有行星大齿轮(604)，所述行星大齿轮(604)同时也转动连接在多段伸缩杆的底面上。
4.根据权利要求3所述的一种采集不同深度固体废物的无人的机采样装置，其特征在于：所述钻进取样机构(7)包括有空心钻进管体(701)，所述空心钻进管体(701)的上下端均为敞口设计，所述空心钻进管体(701)的顶端边缘转动连接在多端伸缩杆的底面上，所述空心钻进管体(701)的外壁上固定连接有绞龙叶片(702)，所述空心钻进管体(701)的内部设置有安装腔(703)，所述安装腔(703)的顶部设置有啮合齿块(704)，所述啮合齿块(704)固定连接在空心钻进管体(701)的内壁顶端，所述啮合齿块(704)与行星大齿轮(604)啮合连接。
5.根据权利要求3所述的一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置，其特征在于：所述样品储存机构(8)包括有样品储存管(801)，所述样品储存管(801)设置在空心钻进管体(701)的内部，所述样品储存管(801)的顶端与伺服电机(601)固定连接，所述样品储存管(801)的侧壁上设置有贯穿孔(802)，所述样品储存管(801)外壁上靠近贯穿孔(802)位置处固定安装有危险废物预检测仪(803)，所述样品储存管(801)的外壁上还固定连接有微型伺服电机(804)，所述微型伺服电机(804)的输出轴上固定连接有驱动轴(805)，所述驱动轴(805)的底端固定连接有驱动齿轮(806)，所述驱动齿轮(806)与旋转开闭机构(9)相匹配，所述旋转开闭机构(9)连接在样品储存管(801)底端。
6.根据权利要求5所述的一种采集不同深度固体废物的无人机采样装置，其特征在于：所述旋转开闭机构(9)包括有上环体(901)和下环体(903)，所述上环体(901)固定连接在样品储存管(801)的底端，所述上环体(901)上设置有弧形限位槽(902)，所述下环体(903)边缘转动连接在上环体(901)的底面上，所述下环体(903)的外侧弧面边缘上固定连接有外齿块(904)，所述外齿块(904)与驱动齿轮(806)啮合连接，所述上环体(901)与下环体(903)之间设置有活动扇形块(905)，所述活动扇形块(905)上固定连接有限位杆(906)，所述限位杆(906)底端活动连接在下环体(903)上的限位导槽内，所述限位杆(906)的上端设置在弧形限位槽(902)内。
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