CN114560079B - 一种应用于开阔水域的采样检测无人机 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种应用于开阔水域的采样检测无人机，包括无人机主体和收放模组，收放模组装配于无人机主体上；收放模组的下端装配有用于采集底泥的采样模组，收放模组用于调节采样模组的位置；采样模组包括：外壳，固定于所述收放模组的下端；采样机构，装配于所述外壳上，用于采集底泥样本；样本存放盒，固定于所述外壳的下端，所述样本存放盒的内部设置有多个分隔板。本发明能够使装置一次出航即可采集多种底泥样本，避免了无人机频繁返航，提高了采集效率，降低了采集成本，且装置在每一次采样完毕后，能够对内部残留的底泥进行冲洗，避免影响后续采集的样本，提高了样本检测结果的准确性。

Description

一种应用于开阔水域的采样检测无人机

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种应用于开阔水域的采样检测无人机。

背景技术

底泥是河湖的沉积物，是自然水域的重要组成部分，在河流湖泊污染治理过程中，底泥污染整治是主要的难点之一，也是较为普遍存在的环境问题。水体和底泥之间存在着吸收和释放的动态平衡，当水体存在较严重污染时，一部分污染物能够通过沉淀、吸附等作用进入底泥中；当外源造成的污染得到控制后，累积于底泥中的各种有机和无机污染物通过与上覆水体间的物理、化学、生物交换作用，重新进入到上覆水体中，成为影响水体水质的二次污染源。

传统技术中，在治理河流湖泊等广阔水域前，大多需要依靠人工乘坐船只到达采样水域后，采样人员下潜对水域底部的底泥进行采样，现有技术中，为了避免采样人员潜水作业时存在的安全隐患，可以通过无人机对底泥进行样本采集，但是，现有技术中，无人机一次只能采集一种底泥样本，需要频繁返航，底泥的采样效率慢，采样成本较高，基于上述问题，亟需一种应用于开阔水域的采样检测无人机对底泥进行高效采样。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于开阔水域的采样检测无人机，能够使装置一次性采集多种底泥样本，避免了无人机频繁返航，提高了采集效率，降低了采集成本，同时，装置能够稳定的对底泥进行采样，避免装置采样时发生晃动或者倾倒，并且装置在每一次采样完毕后，能够对内部残留的底泥进行冲洗，避免影响后续采集的样本，提高了样本检测结果的准确性。

本发明采取的技术方案具体如下：

一种应用于开阔水域的采样检测无人机，包括无人机主体和收放模组，所述收放模组装配于无人机主体上；

所述收放模组的下端装配有用于采集底泥的采样模组，所述收放模组用于调节采样模组的位置；

所述采样模组包括：

外壳，固定于所述收放模组的下端；

采样机构，装配于所述外壳上，用于采集底泥样本；

样本存放盒，固定于所述外壳的下端，所述样本存放盒的内部设置有多个分隔板，多个所述分隔板呈环形均匀分布在样本存放盒的内部，且相邻的两个所述分隔板之间形成存放腔，所述样本存放盒用于存放所述采样机构采集的底泥样本；

支撑机构，设置于所述外壳的下端，用于给所述采样机构提供支撑；

冲洗机构，装配于所述外壳上，用于每一次采样完毕后，对所述采样机构内部进行冲洗。

进一步的，所述采样机构包括第一电机、采样螺旋杆、冲洗套筒、采样套筒和切换单元，所述第一电机固定于外壳的内部，所述采样螺旋杆固定于第一电机的输出端，且所述采样螺旋杆和外壳转动连接，所述冲洗套筒固定于外壳的下端，所述采样套筒设置于冲洗套筒的下端，所述切换单元设置于冲洗套筒和采样套筒之间，且所述切换单元通过密封轴承可转动设置于采样套筒和转向套筒的外侧。

进一步的，所述采样螺旋杆远离第一电机的一端延伸出采样套筒的下端。

进一步的，所述冲洗套筒的外侧开设有冲洗孔，且所述冲洗孔通过管道连接在冲洗机构上。

进一步的，所述切换单元包括第二电机、直齿轮、转向套筒、直齿圈、封盖板和采样管，所述第二电机固定于所述外壳的内部，所述直齿轮固定于第二电机的输出端，所述转向套筒通过密封轴承转动设置于冲洗套筒和采样套筒的外侧，所述直齿圈固定于转向套筒的外侧，且所述直齿圈和直齿轮啮合连接，所述封盖板固定于转向套筒的底部，所述采样管设置于转向套筒和封盖板之间，且所述采样管的两端分别贯穿转向套筒和封盖板。

进一步的，所述支撑机构包括支撑套筒、多个U形轴座、浮力板、多个联动摆臂和多个支撑杆，所述支撑套筒固定于采样套筒的外侧，多个所述U形轴座均匀设置于支撑套筒的外侧，所述浮力板滑动连接于支撑套筒的外侧，多个所述联动摆臂分别转动连接于多个U形轴座的内部，多个所述支撑杆分别转动连接于多个联动摆臂远离U形轴座的一端。

进一步的，所述浮力板受到的浮力小于采样模组整体的重力。

进一步的，所述联动摆臂的两侧均设置有限位块，所述支撑杆靠近限位块的一端设置有止转面，用于限制支撑杆的转动角度，使得多个支撑杆之间能形成支撑结构。

进一步的，所述冲洗机构包括冲洗水泵和抽水管，所述冲洗水泵固定于外壳的内部，所述冲洗水泵的输出端和冲洗套筒外侧的冲洗孔通过水管相连接，所述抽水管固定于冲洗水泵的输入端，且所述抽水管远离冲洗水泵的一端延伸至外壳的外部。

进一步的，所述样本存放盒的外侧均匀装配有多个与存放腔相适配的卸料门，所述样本存放盒和封盖板以及样本存放盒和卸料门之间均装配有密封条。

本发明取得的技术效果为：

本发明通过第一电机带动采样螺旋杆运转对底泥进行采样，并通过封盖板存储于存放腔内，由第二电机带动转向套筒和采样管转动，使得装置能将不同的底泥样本存储于不同的存放腔内，进而使得装置出航一次能采集多次底泥样本，避免了无人机频繁返航，提高了采样效率，降低了采样成本；

本发明通过浮力板淹没到水内，通过浮力板受到的浮力带动其向上移动，无需额外为浮力板提供驱动力，降低结构的复杂性；

本发明通过浮力板受到浮力后带动支撑杆移动，多个支撑杆之间形成支架，通过支架为采样模组提供支撑，使得装置能够稳定的对底泥进行采样，避免装置采样时发生晃动或者倾倒；

本发明在每一次采样完毕后，通过第一电机带动采样螺旋杆反向转动，同时，启动冲洗水泵抽取水域内的水对冲洗套筒、采样套筒以及转向套筒的内部进行冲洗，避免采样时残留的底泥混合到后续采集的样本内，使得底泥样本检测结果更加准确。

附图说明

图1是本发明整体的结构示意图；

图2是本发明采集模组整体的机构示意图；

图3是本发明采集模组的结构剖视图；

图4是本发明采集模组内部的结构示意图；

图5是本发明外壳内部的结构示意图；

图6是本发明样本存放盒内部的结构示意图；

图7是本发明采样机构的整体机构示意图；

图8是本发明采样机构的结构爆炸图；

图9是本发明支撑机构的结构示意图；

图10是本发明图9中A处的局部放大图；

图11是本发明支撑机构展开后的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、无人机主体；2、收放模组；3、外壳；4、样本存放盒；5、控制元件；6、电源；7、第一电机；8、采样螺旋杆；9、冲洗套筒；10、采样套筒；11、第二电机；12、直齿轮；13、转向套筒；14、直齿圈；15、封盖板；16、采样管；17、支撑套筒；18、U形轴座；19、浮力板；20、联动摆臂；21、支撑杆；22、限位块；23、冲洗水泵；24、抽水管；25、卸料门。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

请参阅图1所示，一种应用于开阔水域的采样检测无人机，包括无人机主体1和收放模组2，无人机主体1配套使用的有一远程控制器，收放模组2装配于无人机主体1上。

具体的，收放模组2至少包括有收放电机，固定于收放电机输出端的卷线筒以及缠绕于卷线筒外侧的收放绳索，由于上述设计属于现有的成熟技术，在此就不做赘述。

收放模组2的下端装配有用于采集底泥的采样模组，收放模组2用于调节采样模组的位置。

请参阅图2-图6所示，采样模组包括：

外壳3，固定于收放模组2的下端；

样本存放盒4，固定于外壳3的下端，样本存放盒4的内部设置有多个分隔板，多个分隔板呈环形均匀分布在样本存放盒4的内部，且相邻的两个分隔板之间形成存放腔，多个存放腔依次标号为：1号存放腔、2号存放腔、……、N号存放腔，样本存放盒4用于存放采样机构采集的底泥样本；

具体的，外壳3的内部还设置有控制元件5和电源6，控制元件5用于控制采样模组中电气元件的启停，电源6能够为采样模组中的电气元件提供电能。

可以理解的，控制元件5的内部集成有处理器、存储模块、数据传输模块，数据传输模块为以下中的至少一项：4G模块、5G模块。

其中，处理器用于发送指令；存储模块用于存储数据；数据传输模块用于接受和发送信号。

采样机构，装配于外壳3上，用于采集底泥样本；

请参阅图7-图8所示，采样机构包括第一电机7、采样螺旋杆8、冲洗套筒9、采样套筒10和切换单元，第一电机7固定于外壳3的内部，采样螺旋杆8固定于第一电机7的输出端，且采样螺旋杆8和外壳3转动连接，冲洗套筒9固定于外壳3的下端，采样套筒10设置于冲洗套筒9的下端，切换单元设置于冲洗套筒9和采样套筒10之间，且切换单元通过密封轴承可转动设置于采样套筒10和转向套筒13的外侧。

具体的，启动第一电机7，使得第一电机7的输出端转动，通过第一电机7和采样螺旋杆8的固定连接，使得第一电机7带动采样螺旋杆8转动，通过采样螺旋杆8的转动，底泥在转向套筒13的内部从下端向上端移动，进而对底泥进行采集。

切换单元包括第二电机11、直齿轮12、转向套筒13、直齿圈14、封盖板15和采样管16，第二电机11固定于外壳3的内部，直齿轮12固定于第二电机11的输出端，转向套筒13通过密封轴承转动设置于冲洗套筒9和采样套筒10的外侧，直齿圈14固定于转向套筒13的外侧，且直齿圈14和直齿轮12啮合连接，封盖板15固定于转向套筒13的底部，采样管16设置于转向套筒13和封盖板15之间，且采样管16的两端分别贯穿转向套筒13和封盖板15。

具体的，启动第二电机11，使得第二电机11的输出端转动，通过第二电机11和直齿轮12的固定连接，使得第二电机11带动直齿轮12转动，通过直齿轮12和直齿圈14的啮合连接，使得直齿轮12带动直齿圈14转动，通过直齿圈14和转向套筒13的固定连接，使得直齿圈14带动转向套筒13转动，进而使得转向套筒13带动封盖板15和采样管16转动，采样管16转动到相邻的存放腔的上端后，即可将不同的底泥样本存放于不同的存放腔内。

进一步的，采样管16内部靠近转向套筒13的一端设置有一压力阀，避免采样模组淹没于水内之后，水流入到存放腔内部，采样模组采集的底泥填满冲洗套筒9、采样套筒10以及转向套筒13的内部后，其内部的底泥对压力阀进行挤压，当挤压的压力大于压力阀的设定值后，压力阀开启，底泥通过采样管16流入到存放腔内部。

采样螺旋杆8远离第一电机7的一端延伸出采样套筒10的下端，便于采集底泥样本；

冲洗套筒9的外侧开设有冲洗孔，且冲洗孔通过管道连接在冲洗机构上；

冲洗机构，装配于外壳3上，用于每一次采样完毕后，对采样机构内部进行冲洗。

请参阅图3所示，冲洗机构包括冲洗水泵23和抽水管24，冲洗水泵23固定于外壳3的内部，冲洗水泵23的输出端和冲洗套筒9外侧的冲洗孔通过水管相连接，且冲洗水泵23和控制元件5通过导线电性连接，抽水管24固定于冲洗水泵23的输入端，且抽水管24远离冲洗水泵23的一端延伸至外壳3的外部。

具体的，每一次采样完毕后，启动第一电机7，使得第一电机7反向转动，进而使得第一电机7带动采样螺旋杆8反向转动，同时启动冲洗水泵23，通过冲洗水泵23的运转，水域内的水通过抽水管24进入到冲洗套筒9内部，配合采样螺旋杆8的反向转动，对采样螺旋杆8表面、冲洗套筒9内壁、采样套筒10内壁以及转向套筒13内壁残留的底泥进行冲洗，避免残留的底泥混入到后续采集的样本内，降低样本混合的可能，提高数据的准确性。

具体的，冲洗孔的内部固定有一单向阀，单向阀的流向为：从冲洗机构流动至冲洗套筒9的内部，用于避免冲洗套筒9内部的介质流向冲洗机构。

请参阅图9-图11所示，支撑机构，设置于外壳3的下端，用于给采样机构提供支撑；

支撑机构包括支撑套筒17、多个U形轴座18、浮力板19、多个联动摆臂20和多个支撑杆21，支撑套筒17固定于采样套筒10的外侧，多个U形轴座18均匀设置于支撑套筒17的外侧，浮力板19滑动连接于支撑套筒17的外侧，多个联动摆臂20分别转动连接于多个U形轴座18的内部，多个支撑杆21分别转动连接于多个联动摆臂20远离U形轴座18的一端。

具体的，当浮力板19淹没于水中后，浮力板19受到水的浮力向上移动，进而使得浮力板19在支撑套筒17外侧移动并推动联动摆臂20转动，通过联动摆臂20和支撑杆21的转动连接，使得联动摆臂20带动支撑杆21移动并逐渐远离支撑套筒17，当联动摆臂20转动到最大角度时，多个支撑杆21之间形成支架，当多个支撑杆21形成的支架接触到底泥后，对采集模组提供支撑，进而使得装置能够稳定的对底泥进行采样，避免装置采样时发生晃动或者倾倒。

浮力板19受到的浮力小于采样模组整体的重力，用于避免浮力板19受到的浮力过大，导致采样模组无法下沉。

联动摆臂20的两侧均设置有限位块22，支撑杆21靠近限位块22的一端设置有止转面，用于限制支撑杆21的转动角度，使得多个支撑杆21之间能形成支撑结构。

请参阅图6所示，样本存放盒4的外侧均匀装配有多个与存放腔相适配的卸料门25，便于清洗存放腔内部和取出底泥样本，样本存放盒4和封盖板15以及样本存放盒4和卸料门25之间均装配有密封条，用于提高存放腔的密封性，降低水渗入的可能，避免泥水混合，影响样本准确性。

本发明的工作原理为：通过配套使用的远程控制器对无人机主体1进行操控，使得无人机主体1飞行到第一采样水域，通过收放模组2调整采样模组的位置，使得采样模组向下移动并淹没于水内；

当支撑机构淹没在水内之后，浮力板19受到浮力向上移动，进而使得支撑机构伸展开并对采样模组提供支撑；

启动第一电机7，通过采样机构的运转对第一采样水域的底泥进行采样，当采样套筒10和转向套筒13内部均灌满底泥后，底泥对采样管16内部的压力阀形成挤压，当挤压的压力大于压力阀的设定值后，压力阀开启，底泥通过采样管16流入到1号存放腔内部；采样完毕后，启动第一电机7，使得采样机构反向转动，同时启动冲洗水泵23，通过冲洗机构的运转，对采样螺旋杆8表面、冲洗套筒9内壁、采样套筒10内壁以及转向套筒13内壁残留的底泥进行冲洗；

通过配套使用的远程控制器对无人机主体1进行操控，使得无人机主体1飞行到第二采样水域，通过收放模组2调整采样模组的位置，使得采样模组向下移动并淹没于水内；

启动第二电机11，通过切换单元的运转，使得采样管16转动到2号存放腔的上端，启动第一电机7，通过采样机构的运转对第二采样水域的底泥进行采样并存放于2号存放腔内；

同上操作，对多个采样水域的底泥进行采样，进而使得装置能够一次性采集多种样本，提高了采集效率，降低了采集成本，使得装置更加实用。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

Claims (8)

1.一种应用于开阔水域的采样检测无人机，包括无人机主体（1）和收放模组（2），所述收放模组（2）装配于无人机主体（1）上；其特征在于：

所述收放模组（2）的下端装配有用于采集底泥的采样模组，所述收放模组（2）用于调节采样模组的位置；

其中，所述采样模组包括：

外壳（3），固定于所述收放模组（2）的下端；

采样机构，装配于所述外壳（3）上，用于采集底泥样本；

样本存放盒（4），固定于所述外壳（3）的下端，所述样本存放盒（4）的内部设置有多个分隔板，多个所述分隔板呈环形均匀分布在样本存放盒（4）的内部，且相邻的两个所述分隔板之间形成存放腔，所述样本存放盒（4）用于存放所述采样机构采集的底泥样本；

支撑机构，设置于所述外壳（3）的下端，用于给所述采样机构提供支撑；

冲洗机构，装配于所述外壳（3）上，用于每一次采样完毕后，对所述采样机构内部进行冲洗；

所述采样机构包括第一电机（7）、采样螺旋杆（8）、冲洗套筒（9）、采样套筒（10）和切换单元，所述第一电机（7）固定于外壳（3）的内部，所述采样螺旋杆（8）固定于第一电机（7）的输出端，且所述采样螺旋杆（8）和外壳（3）转动连接，所述冲洗套筒（9）固定于外壳（3）的下端，所述采样套筒（10）设置于冲洗套筒（9）的下端，所述切换单元设置于冲洗套筒（9）和采样套筒（10）之间，且所述切换单元通过密封轴承可转动设置于采样套筒（10）和转向套筒（13）的外侧；

所述切换单元包括第二电机（11）、直齿轮（12）、转向套筒（13）、直齿圈（14）、封盖板（15）和采样管（16），所述第二电机（11）固定于所述外壳（3）的内部，所述直齿轮（12）固定于第二电机（11）的输出端，所述转向套筒（13）通过密封轴承转动设置于冲洗套筒（9）和采样套筒（10）的外侧，所述直齿圈（14）固定于转向套筒（13）的外侧，且所述直齿圈（14）和直齿轮（12）啮合连接，所述封盖板（15）固定于转向套筒（13）的底部，所述采样管（16）设置于转向套筒（13）和封盖板（15）之间，且所述采样管（16）的两端分别贯穿转向套筒（13）和封盖板（15）；

所述采样管（16）内部靠近转向套筒（13）的一端设置有一压力阀，所述采样模组采集的底泥填满冲洗套筒（9）、采样套筒（10）以及转向套筒（13）的内部后，其内部的底泥对压力阀进行挤压，当挤压的压力大于所述压力阀的设定值后，所述压力阀开启，底泥通过所述采样管（16）流入到存放腔内部。

2.根据权利要求1所述的一种应用于开阔水域的采样检测无人机，其特征在于：所述采样螺旋杆（8）远离第一电机（7）的一端延伸出采样套筒（10）的下端。

3.根据权利要求1所述的一种应用于开阔水域的采样检测无人机，其特征在于：所述冲洗套筒（9）的外侧开设有冲洗孔，且所述冲洗孔通过管道连接在冲洗机构上。

4.根据权利要求1所述的一种应用于开阔水域的采样检测无人机，其特征在于：所述支撑机构包括支撑套筒（17）、多个U形轴座（18）、浮力板（19）、多个联动摆臂（20）和多个支撑杆（21），所述支撑套筒（17）固定于采样套筒（10）的外侧，多个所述U形轴座（18）均匀设置于支撑套筒（17）的外侧，所述浮力板（19）滑动连接于支撑套筒（17）的外侧，多个所述联动摆臂（20）分别转动连接于多个U形轴座（18）的内部，多个所述支撑杆（21）分别转动连接于多个联动摆臂（20）远离U形轴座（18）的一端。

5.根据权利要求4所述的一种应用于开阔水域的采样检测无人机，其特征在于：所述浮力板（19）受到的浮力小于采样模组整体的重力。

6.根据权利要求4所述的一种应用于开阔水域的采样检测无人机，其特征在于：所述联动摆臂（20）的两侧均设置有限位块（22），所述支撑杆（21）靠近限位块（22）的一端设置有止转面，用于限制支撑杆（21）的转动角度，使得多个支撑杆（21）之间能形成支撑结构。

7.根据权利要求3所述的一种应用于开阔水域的采样检测无人机，其特征在于：所述冲洗机构包括冲洗水泵（23）和抽水管（24），所述冲洗水泵（23）固定于外壳（3）的内部，所述冲洗水泵（23）的输出端和冲洗套筒（9）外侧的冲洗孔通过水管相连接，所述抽水管（24）固定于冲洗水泵（23）的输入端，且所述抽水管（24）远离冲洗水泵（23）的一端延伸至外壳（3）的外部。

8.根据权利要求1所述的一种应用于开阔水域的采样检测无人机，其特征在于：所述样本存放盒（4）的外侧均匀装配有多个与存放腔相适配的卸料门（25），所述样本存放盒（4）和封盖板（15）以及样本存放盒（4）和卸料门（25）之间均装配有密封条。

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