CN116165359B - 一种自控采样的无人船数据智能收集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人船技术领域，提供了一种自控采样的无人船数据智能收集系统，包括数据智能收集系统和岸基收集系统和船体，且数据收集智能系统由水样采集模块、船体动力驱动模块、水质水文传感器模块、航行监控采集模块、无线通信模块和船体主控制器组成，所述船体的数量为两个，且两个船体的顶部均固定安装有安装架，安装架的相对侧之间固定有安装板，船体的顶部和安装板的顶部中间位置固定安装有顶框，本发明中通过水质水文传感器和船体控制器来进行水质的自控采样和智能收集操作，并对不同深度的水质进行采样和智能分析处理，避免在分析时出现交叉感染的问题，防止相邻两次采集的水体会出现混合的现象。

Description

一种自控采样的无人船数据智能收集系统

技术领域

本发明涉及无人船技术领域，尤其涉及一种自控采样的无人船数据智能收集系统。

背景技术

无人采样船是一种通过遥控方式或者自主航行方式，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人。它融合了船体设计、动力与推进系统、船控、通信、人工智能、模式识别、计算机软硬件、软件与算法、远程监控、计算机网络等综合技术，可实现整个水上作业过程的“智能化"、“网络化”与“无人化”。

无人采样船的关键技术在于感知、导航和控制这三个方向。感知技术为无人船提供了眼睛和耳朵；导航技术用来接近或规避某些目标，相当于航迹规划或者是综合避障；控制技术就是无人船的运动姿态进行航线、航向的控制。其中，智能控制系统的性能，直接影响着无人船航行的操纵性、经济性和安全性。该系统总结了人的操舵规律，在测量中，自动控制无人船的航速与航向，使无人船精准沿预定测线运行，可克服各种干扰，使无人船自动、稳定地运行，是实现无人船自动作业和自动回归的核心技术。

经检索，专利公开号为CN216771182U的可定深采样无人船装置，包括无人船、螺旋桨、缆绳、小水泵，所述无人船的表面设置有遥控装置可以控制螺旋桨转动和缆绳的收放，所述缆绳的下端固定连接有采样器，所述采样器为细长的圆柱体，所述采样器的内部开设有采集仓，所述采集仓的内部滑动连接有活塞，所述活塞上固定连接有伸缩管，所述采集仓的内部还设置有阀门、锁块、密封槽，所述锁块和密封槽在阀门的移动轨迹上，使得阀门关闭时将其上侧的采集仓密封。在实现该方案的过程中发现现有技术中存在如下问题没有得到良好的解决：现有技术中在通过无人船进行水体收集采样时，往往需要对不同深度的水体进行采样处理，即将不同深度的水体设置在不同的采样瓶中进行收集处理，但是由于相邻采样瓶之间并未设置有较好的防交叉感染的结构，使得相邻两次采集的水体会出现混合的现象，从而影响后续的数据分析，因此，亟需设计一种自控采样的无人船数据智能收集系统来解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种自控采样的无人船数据智能收集系统，旨在解决在对不同深度的水体进行智能分析时会出现交叉感染的问题。

本发明是这样实现的，一种自控采样的无人船数据智能收集系统，包括数据智能收集系统和岸基收集系统和船体，且数据收集智能系统由水样采集模块、船体动力驱动模块、水质水文传感器模块、航行监控采集模块、无线通信模块和船体主控制器组成，所述船体的数量为两个，且两个船体的顶部均固定安装有安装架，安装架的相对侧之间固定有安装板，船体的顶部和安装板的顶部中间位置固定安装有顶框，所述水样采集模块包括设置在顶框底部中间位置的吊框，且顶框的内部与吊框的顶部之间设置有高度调节组件，所述吊框的底部内壁转动连接有中心轴，且中心轴的顶部固定有集水盘，集水盘的外壁与吊框的内壁之间设置有旋转机构，所述集水盘的圆周开设有等距离分布的集水槽，且集水槽的内壁一端顶部通过销轴连接有密封门，所述吊框的外壁开设有等距离分布的第一导水口，且第一导水口的位置与集水槽的内壁相交错，其中一个第一导水口的一侧与集水盘的外壁之间设置有开门组件，所述水质水文传感器模块包括等距离固定安装在集水槽内的水质水文传感器。

更进一步的，所述开门组件包括固定在其中一个第一导水口一侧的U型撑杆，且U型撑杆的一侧内壁铰接有V型活动板，V型活动板的一侧与U型撑杆的一侧内壁之间固定有第一弹簧，所述V型活动板的一端开设有球形槽，且球形槽的内壁卡接有活动球，活动球贴合在集水盘的圆周外壁上。

更进一步的，所述集水槽的底部内壁固定有密封垫，且密封垫紧贴在密封门的底面，集水槽的内壁一侧固定有贴合在密封门一侧外壁的呈门型的密封条，所述集水槽的顶部内壁固定有弧形筒，且密封门的另一侧固定有插接在弧形筒内的弧形杆，弧形杆的顶端与弧形筒的顶部内壁之间固定有第二弹簧，弧形杆的圆心位置和弧形筒的圆心位置与密封门的转动端重合。

更进一步的，所述旋转机构包括固定在集水盘底部的齿圈，且齿圈的一侧啮合有齿盘，吊框的顶部内壁一端固定安装有用于驱动齿盘旋转的防水式的步进电机。

更进一步的，所述吊框的底部开设有等距离呈环形分布的第二导水口，且吊框的底部固定安装有配重座。

更进一步的，所述顶框靠近中间位置的四周内壁之间固定有隔板，且隔板的底部中间位置固定有安装座，所述高度调节组件包括固定安装在安装座底部的收卷筒，且收卷筒的内壁转动连接有收卷盘，收卷筒的一端固定安装有用于驱动收卷盘的收卷电机，所述收卷筒的底部中间位置、顶框的底部中间位置和安装板的中间位置均开设有插孔，且收卷盘的外壁绕设有穿过插孔的吊带，吊带的底部与吊框的顶部固定连接。

更进一步的，所述航行监控采集模块包括固定安装在顶框一端顶部的第一摄像头和固定在安装座底部一端的固定板，且固定板的一侧底部固定安装有第二摄像头，所述吊带的表面设置有刻度线，且第二摄像头的位置与刻度线的位置相对应。

更进一步的，所述船体动力驱动模块包括设置在船体内部的直流电机，且直流电机的输出轴机械连接有螺旋桨，所述船体主控制器包括固定安装在隔板顶部中间位置的船体控制器，所述无线通信模块包括开设在顶框顶部中间位置的安装口，且安装口的内壁固定安装有信号源，信号源与船体控制器以及岸基收集系统之间进行电连接。

更进一步的，所述水质水文传感器与船体控制器之间通信电连接有穿过吊框的信号线，且信号线上设置有电滑环，所述顶框的底部内壁一侧固定安装有蓄电池，且蓄电池与第一摄像头、信号源、直流电机、船体控制器、水质水文传感器、收卷电机、步进电机以及第二摄像头之间进行电连接。

更进一步的，所述顶框的另一端开设有检修口，且检修口的内壁设置有检修板，检修板上开设有多个散热口，两个所述船体的底部一端均固定有支撑架，且两个船体的顶部一端固定有同一个U型提架。

采用以上结构后，本发明相较于现有技术，具备以下优点：

本发明中，通过设置的数据智能收集系统和岸基收集系统和船体，且数据收集智能系统由水样采集模块、船体动力驱动模块、水质水文传感器模块、航行监控采集模块、无线通信模块和船体主控制器组成整个自控采样的无人船数据智能收集系统，使得水分进入到水样采集模块内的集水槽内，通过水质水文传感器和船体控制器来进行水质的自控采样和智能收集操作；

本发明中，通过高度调节组件降低水质采样模块的高度，使得第二摄像头采集吊带上不同刻度线的位置，对不同深度的水质进行采样和智能分析处理，即在不同深度水深中，利用旋转机构内的步进电机带动齿盘、齿圈和集水盘旋转，通过第一弹簧的伸缩作用调节V型活动板和活动球的转动角度，并在活动球的挤压作用下将密封门打开，使得这一深度的水分进入到集水槽内，并继续旋转，使得活动球脱离密封门，使得密封门关闭，配合密封条和密封垫保持集水槽的密封性能，此时通过水质水文传感器进行水质分析操作，同理，在对另一个深度水深进行采样和智能分析时，再通过步进电机旋转集水盘，此时可使得另一深度的水分进入下一个集水槽中进行采样和分析处理，使得整个无人船数据智能收集系统能够对不同深度的水体进行采样和分析处理，并使得不同深度的水分处于不同的集水槽中，避免在分析时出现交叉感染的问题，防止相邻两次采集的水体会出现混合的现象，提高整个系统对水分分析的效果。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的整体剖视图。

图3为本发明的侧面剖视图。

图4为本发明的吊框结构示意图。

图5为本发明的集水盘俯视剖面图。

图6为本发明的集水盘侧视剖面图。

图7为本发明的吊框仰视图。

图8为本发明的顶框剖视图。

图9为本发明的系统流程图。

附图标记：

1、船体；2、顶框；3、支撑架；4、安装架；5、安装板；6、第一摄像头；7、信号源；8、检修板；9、U型提架；10、螺旋桨；11、吊框；12、U型撑杆；13、第一导水口；14、集水盘；15、齿圈；16、隔板；17、船体控制器；18、蓄电池；19、收卷筒；20、集水槽；21、水质水文传感器；22、配重座；23、密封门；24、收卷盘；25、吊带；26、收卷电机；27、步进电机；28、齿盘；29、活动球；30、第一弹簧；31、V型活动板；32、刻度线；33、弧形筒；34、密封垫；35、密封条；36、弧形杆；37、中心轴；38、第二弹簧；39、第二导水口；40、安装座；41、固定板；42、第二摄像头。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了对本发明实施例进行有效说明，以下参照附图对本申请实施例进行详细阐述。

参照图1-图9，一种自控采样的无人船数据智能收集系统，包括数据智能收集系统和岸基收集系统和船体1，且数据收集智能系统由水样采集模块、船体动力驱动模块、水质水文传感器模块、航行监控采集模块、无线通信模块和船体主控制器组成，船体1的数量为两个，且两个船体1的顶部均固定安装有安装架4，安装架4的相对侧之间固定有安装板5，船体1的顶部和安装板5的顶部中间位置固定安装有顶框2，水样采集模块包括设置在顶框2底部中间位置的吊框11，且顶框2的内部与吊框11的顶部之间设置有高度调节组件，吊框11的底部内壁转动连接有中心轴37，且中心轴37的顶部固定有集水盘14，集水盘14的外壁与吊框11的内壁之间设置有旋转机构，集水盘14的圆周开设有等距离分布的集水槽20，且集水槽20的内壁一端顶部通过销轴连接有密封门23，吊框11的外壁开设有等距离分布的第一导水口13，且第一导水口13的位置与集水槽20的内壁相交错，其中一个第一导水口13的一侧与集水盘14的外壁之间设置有开门组件，水质水文传感器模块包括等距离固定安装在集水槽20内的水质水文传感器21，通过高度调节组件降低水质采样模块的高度，使得整个无人船数据智能收集系统能够对不同深度的水体进行采样和分析处理，并使得不同深度的水分处于不同的集水槽20中，避免在分析时出现交叉感染的问题。

进一步的，开门组件包括固定在其中一个第一导水口13一侧的U型撑杆12，且U型撑杆12的一侧内壁铰接有V型活动板31，V型活动板31的一侧与U型撑杆12的一侧内壁之间固定有第一弹簧30，V型活动板31的一端开设有球形槽，且球形槽的内壁卡接有活动球29，活动球29贴合在集水盘14的圆周外壁上。

进一步的，集水槽20的底部内壁固定有密封垫34，且密封垫34紧贴在密封门23的底面，集水槽20的内壁一侧固定有贴合在密封门23一侧外壁的呈门型的密封条35，集水槽20的顶部内壁固定有弧形筒33，且密封门23的另一侧固定有插接在弧形筒33内的弧形杆36，弧形杆36的顶端与弧形筒33的顶部内壁之间固定有第二弹簧38，弧形杆36的圆心位置和弧形筒33的圆心位置与密封门23的转动端重合。

进一步的，旋转机构包括固定在集水盘14底部的齿圈15，且齿圈15的一侧啮合有齿盘28，吊框11的顶部内壁一端固定安装有用于驱动齿盘28旋转的防水式的步进电机27。

进一步的，吊框11的底部开设有等距离呈环形分布的第二导水口39，且吊框11的底部固定安装有配重座22，通过配重座22保持吊框11在水位以下的稳定性能。

进一步的，顶框2靠近中间位置的四周内壁之间固定有隔板16，且隔板16的底部中间位置固定有安装座40，高度调节组件包括固定安装在安装座40底部的收卷筒19，且收卷筒19的内壁转动连接有收卷盘24，收卷筒19的一端固定安装有用于驱动收卷盘24的收卷电机26，收卷筒19的底部中间位置、顶框2的底部中间位置和安装板5的中间位置均开设有插孔，且收卷盘24的外壁绕设有穿过插孔的吊带25，吊带25的底部与吊框11的顶部固定连接。

进一步的，航行监控采集模块包括固定安装在顶框2一端顶部的第一摄像头6和固定在安装座40底部一端的固定板41，且固定板41的一侧底部固定安装有第二摄像头42，吊带25的表面设置有刻度线32，且第二摄像头42的位置与刻度线32的位置相对应，通过第一摄像头6便于观察船体1前部的航行状况，通过第二摄像头42便于观察刻度线32的示数，便于调节监测水深的位置。

进一步的，船体动力驱动模块包括设置在船体1内部的直流电机，且直流电机的输出轴机械连接有螺旋桨10，船体主控制器包括固定安装在隔板16顶部中间位置的船体控制器17，无线通信模块包括开设在顶框2顶部中间位置的安装口，且安装口的内壁固定安装有信号源7，信号源7与船体控制器17以及岸基收集系统之间进行电连接，通过直流电机驱动螺旋桨10，依靠螺旋桨10转速差实现船体1转向控制以及螺旋桨10的转动驱动船体1运行。

进一步的，水质水文传感器21与船体控制器17之间通信电连接有穿过吊框11的信号线，且信号线上设置有电滑环，顶框2的底部内壁一侧固定安装有蓄电池18，且蓄电池18与第一摄像头6、信号源7、直流电机、船体控制器17、水质水文传感器21、收卷电机26、步进电机27以及第二摄像头42之间进行电连接。

进一步的，顶框2的另一端开设有检修口，且检修口的内壁设置有检修板8，检修板8上开设有多个散热口，两个船体1的底部一端均固定有支撑架3，且两个船体1的顶部一端固定有同一个U型提架9。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案：通过设置的数据智能收集系统和岸基收集系统和船体，且数据收集智能系统由水样采集模块、船体动力驱动模块、水质水文传感器模块、航行监控采集模块、无线通信模块和船体主控制器组成整个自控采样的无人船数据智能收集系统，使得水分进入到水样采集模块内的集水槽20内，通过水质水文传感器21和船体控制器17来进行水质的自控采样和智能收集操作，在分析水质时，通过高度调节组件降低水质采样模块的高度，使得第二摄像头42采集吊带25上不同刻度线32的位置，对不同深度的水质进行采样和智能分析处理，即在不同深度水深中，利用旋转机构内的步进电机27带动齿盘28、齿圈15和集水盘14旋转，通过第一弹簧30的伸缩作用调节V型活动板31和活动球29的转动角度，并在活动球29的挤压作用下将密封门23打开，使得这一深度的水分进入到集水槽20内，并继续旋转，使得活动球29脱离密封门23，使得密封门23关闭，配合密封条35和密封垫34保持集水槽20的密封性能，此时通过水质水文传感器21进行水质分析操作，同理，在对另一个深度水深进行采样和智能分析时，再通过步进电机27旋转集水盘14，此时可使得另一深度的水分进入下一个集水槽20中进行采样和分析处理，使得整个无人船数据智能收集系统能够对不同深度的水体进行采样和分析处理，并使得不同深度的水分处于不同的集水槽20中，避免在分析时出现交叉感染的问题。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“固定”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自控采样的无人船数据智能收集系统，包括数据智能收集系统和岸基收集系统和船体（1），且数据收集智能系统由水样采集模块、船体动力驱动模块、水质水文传感器模块、航行监控采集模块、无线通信模块和船体主控制器组成，其特征在于，所述船体（1）的数量为两个，且两个船体（1）的顶部均固定安装有安装架（4），安装架（4）的相对侧之间固定有安装板（5），船体（1）的顶部和安装板（5）的顶部中间位置固定安装有顶框（2），所述水样采集模块包括设置在顶框（2）底部中间位置的吊框（11），且顶框（2）的内部与吊框（11）的顶部之间设置有高度调节组件，所述吊框（11）的底部内壁转动连接有中心轴（37），且中心轴（37）的顶部固定有集水盘（14），集水盘（14）的外壁与吊框（11）的内壁之间设置有旋转机构，所述集水盘（14）的圆周开设有等距离分布的集水槽（20），且集水槽（20）的内壁一端顶部通过销轴连接有密封门（23），所述吊框（11）的外壁开设有等距离分布的第一导水口（13），且第一导水口（13）的位置与集水槽（20）的内壁相交错，其中一个第一导水口（13）的一侧与集水盘（14）的外壁之间设置有开门组件，所述水质水文传感器模块包括等距离固定安装在集水槽（20）内的水质水文传感器（21）；

所述开门组件包括固定在其中一个第一导水口（13）一侧的U型撑杆（12），且U型撑杆（12）的一侧内壁铰接有V型活动板（31），V型活动板（31）的一侧与U型撑杆（12）的一侧内壁之间固定有第一弹簧（30），所述V型活动板（31）的一端开设有球形槽，且球形槽的内壁卡接有活动球（29），活动球（29）贴合在集水盘（14）的圆周外壁上；

所述集水槽（20）的底部内壁固定有密封垫（34），且密封垫（34）紧贴在密封门（23）的底面，集水槽（20）的内壁一侧固定有贴合在密封门（23）一侧外壁的呈门型的密封条（35），所述集水槽（20）的顶部内壁固定有弧形筒（33），且密封门（23）的另一侧固定有插接在弧形筒（33）内的弧形杆（36），弧形杆（36）的顶端与弧形筒（33）的顶部内壁之间固定有第二弹簧（38），弧形杆（36）的圆心位置和弧形筒（33）的圆心位置与密封门（23）的转动端重合。

2.如权利要求1所述的一种自控采样的无人船数据智能收集系统，其特征在于，所述旋转机构包括固定在集水盘（14）底部的齿圈（15），且齿圈（15）的一侧啮合有齿盘（28），吊框（11）的顶部内壁一端固定安装有用于驱动齿盘（28）旋转的防水式的步进电机（27）。

3.如权利要求2所述的一种自控采样的无人船数据智能收集系统，其特征在于，所述吊框（11）的底部开设有等距离呈环形分布的第二导水口（39），且吊框（11）的底部固定安装有配重座（22）。

4.如权利要求3所述的一种自控采样的无人船数据智能收集系统，其特征在于，所述顶框（2）靠近中间位置的四周内壁之间固定有隔板（16），且隔板（16）的底部中间位置固定有安装座（40），所述高度调节组件包括固定安装在安装座（40）底部的收卷筒（19），且收卷筒（19）的内壁转动连接有收卷盘（24），收卷筒（19）的一端固定安装有用于驱动收卷盘（24）的收卷电机（26），所述收卷筒（19）的底部中间位置、顶框（2）的底部中间位置和安装板（5）的中间位置均开设有插孔，且收卷盘（24）的外壁绕设有穿过插孔的吊带（25），吊带（25）的底部与吊框（11）的顶部固定连接。

5.如权利要求4所述的一种自控采样的无人船数据智能收集系统，其特征在于，所述航行监控采集模块包括固定安装在顶框（2）一端顶部的第一摄像头（6）和固定在安装座（40）底部一端的固定板（41），且固定板（41）的一侧底部固定安装有第二摄像头（42），所述吊带（25）的表面设置有刻度线（32），且第二摄像头（42）的位置与刻度线（32）的位置相对应。

6.如权利要求5所述的一种自控采样的无人船数据智能收集系统，其特征在于，所述船体动力驱动模块包括设置在船体（1）内部的直流电机，且直流电机的输出轴机械连接有螺旋桨（10），所述船体主控制器包括固定安装在隔板（16）顶部中间位置的船体控制器（17），所述无线通信模块包括开设在顶框（2）顶部中间位置的安装口，且安装口的内壁固定安装有信号源（7），信号源（7）与船体控制器（17）以及岸基收集系统之间进行电连接。

7.如权利要求6所述的一种自控采样的无人船数据智能收集系统，其特征在于，所述水质水文传感器（21）与船体控制器（17）之间通信电连接有穿过吊框（11）的信号线，且信号线上设置有电滑环，所述顶框（2）的底部内壁一侧固定安装有蓄电池（18），且蓄电池（18）与第一摄像头（6）、信号源（7）、直流电机、船体控制器（17）、水质水文传感器（21）、收卷电机（26）、步进电机（27）以及第二摄像头（42）之间进行电连接。

8.如权利要求1所述的一种自控采样的无人船数据智能收集系统，其特征在于，所述顶框（2）的另一端开设有检修口，且检修口的内壁设置有检修板（8），检修板（8）上开设有多个散热口，两个所述船体（1）的底部一端均固定有支撑架（3），且两个船体（1）的顶部一端固定有同一个U型提架（9）。