CN215339059U - 一种无人机与无人船协同的水质检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无人机与无人船协同的水质检测装置，包括无人机和无人船，所述无人船表面设置有停落坪，所述无人机包括机体、降落架和采水装置；所述无人机通过采水装置进行水样的采集，通过降落架停落在停落坪上；所述无人船内设置有样品存放空间，样品存放空间设置在停落坪正下方，无人机降落后，采水装置采集的水样进入样品存放空间内储存。本实用新型利用无人船、无人机等新兴技术改造传统人工水质采样，减小复杂水域水质采样的困难性，减少人力成本，提高采水作业的安全性，并且使采样样品更符合检测要求，从而提高水质检测精度。本装置设计合理，结构简单，操作方便，实用性强，使用安全，推广前景广阔。

Description

一种无人机与无人船协同的水质检测装置

技术领域

本实用新型属于水样采集技术领域，具体涉及一种无人机与无人船协同的水质检测装置。

背景技术

无人机与无人船在军事、水文观测、环境监测、编队表演等领域的应用日益广泛，在危险工作环境下，无人机与无人船成为了完成任务目标的可靠手段。

供分析河流天然水化学成分的水样，一般在水文站测流断面中泓水面下0.2～0.5米采取，断面开阔时应当增加采样点。岸边采样点须设在水流通畅处。必要时还可在不同深度分层取样。进行河流水质野外调查时，应在顺直河道主流位置取样。否则，也应尽量远离岸边，在流速较大地点采样。

在对复杂水域进行水质采样时，人工驾船有一定的危险；在湍急水流处，无人船也很难平稳完成采样任务；如今常见的水质采样无人机续航能力不足，无法在一次飞行任务中完成多次采样。

如专利号CN208979094U公开的一种水质采样无人机，在进行水样采集时，无人机带动采样器飞行至预定位置，然后卷绳下降，使得采样器到达水面对水样进行采集，采集完成后，盘线器对卷绳进行收拉，使得取样器向上运动，运动至箱体下方时，第一驱动电机动作，带动丝杠转动，使得两个L形挂钩与取样器上的圆环匹配，对取样器起到固定作用，然后无人机飞回。这样设置可以避免无人机接触水面，避免无人机不必要的损坏，延长无人机的使用寿命。该系统着重研究了如何防止无人机在进行水质采样时被水花溅射，突出了水质采样系统的安全性，结构简单易操作，但是不能一次性对不同深度的水域进行采样，采样方式不符合国家要求，不能很好的完成水文观测任务。

如专利号CN105571904B公开的一种水质采样无人机，所述水样采集装置包括潜水泵、压力液位传感器和软管，其中潜水泵和压力液位传感器安装在一起，能够实时获知潜水泵处于液面以下的深度，实现定深采样；用于水样传输的软管一端和潜水泵的出水端连接，软管的中间部分缠绕在样品储存装置的外壁。还包括分样装置，分样装置的进样口和软管联接，分样装置多个出样口分别和样品储存装置的各层的进样口连接，实现将水样存储到样品储存装置的不同层。样品储存装置包括多层可拆卸塑料瓶，每一层和上一层之间通过螺纹相连。当旋转样品储存时，在潜水泵的重力下，潜水泵会自动下降，同时伸缩杆会同步的收缩，实现水样采集装置下放；当反向旋转样品储存时，软管会在样品储存装置的外壁缠绕，同时伸缩杆会同步的伸长，实现了水样采集装置的收取。该系统的采样器装置较为完善，但未解决样品储存装置的装卸和无人机续航问题，实际运行中无人机携带大量样品时，续航能力较差，可能会出现无人机电量不足的危险；同时整个采样装置过大，无法保证无人机完成任务后平稳降落。

因此，发明一种安全可靠，续航能力强的无人水质采样系统是十分有必要的。本专利正是针对这些问题，提出了一种无人机与无人船协同的水质检测装置，将无人船与无人机协同应用在水质采样，提高了无人水质采样系统的续航能力和复杂任务完成能力，从而提高复杂水域水质采样效率，减少人力投入。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种无人机与无人船协同的水质检测装置，以解决应用在水质采样领域的无人机采样效率低下、不安全，无人船无法进入复杂水域进行水质采样的问题。

本实用新型采用以下技术方案：

一种无人机与无人船协同的水质检测装置，包括无人机和无人船，所述无人船表面设置有停落坪，所述无人机包括机体、降落架和采水装置；所述无人机通过采水装置进行水样的采集，通过降落架停落在停落坪上；所述无人船内设置有样品存放空间，样品存放空间设置在停落坪正下方，无人机降落后，采水装置采集的水样进入样品存放空间内储存。

进一步的，所述采水装置包括水泵、水样储存器、夹具、夹具控制舵机和吸水管；所述水泵和夹具控制舵机设置在无人机下方；所述夹具与夹具控制舵机连接，用于夹持水样储存器，夹具控制舵机控制夹具的角度，以完成夹具夹持或放下水样储存器的操作；所述吸水管与水泵的进水口连接，水泵的出水口通过出水管与水样储存器连通，吸水管采集的水样通过出水管进入水样储存器，最终水样储存器进入样品存放空间。

进一步的，所述采水装置还包括放管舵机，所述放管舵机设置在无人机下方，用于控制吸水管下降的角度，从而控制吸水管在水下采样的深度。

进一步的，所述水泵与吸水管相连的管路上设置流量传感器，以监测水样的流量，达到预定流量自动停止采样。

进一步的，所述样品存放空间内部设置有传送装置，所述传送装置上设置若干个水样储存器，水样储存器在传送装置的带动下移动以调整位置；所述采水装置通过夹具夹持空的水样储存器进行采样，并将采样后的水样储存器卸在传送装置上。

进一步的，所述样品存放空间设置有货舱门，所述货舱门在水样储存器装卸过程中向两侧滑动开启，在无人机起飞后自动关闭。

进一步的，所述停落坪上设置有电磁铁，无人机降落时，其降落架被电磁铁吸引固定。

进一步的，所述停落坪上设置有无线充电装置，以便于为停落在无人船上的无人机充电。

进一步的，所述水样储存器上设置有凸缘，以便于夹具夹持；所述水样储存器的进水口与出水管的尺寸相互适配。

进一步的，所述吸水管采用硬塑料材质。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型通过无人机和无人船的配合，减少了无人机不必要的飞行距离；同时无人船搭载的无线充电装置可以在无人机停靠时为无人机无线充电从而提高续航能力；

（2）本实用新型无人船设置样品存放空间，可携带存放采集好的水样储存器，并通过传送装置进行水样储存器的位置调换，一方面可多次执行复杂水域的采样任务，实现同时取多个样品的目的，多次采集更符合水质检测的国家标准，提高数据的可靠性；另一方面也可避免水样洒落或者污染；样品存放空间上方设计有可自动向两侧滑动的舱门，当无人机执行采样任务时关闭，能够有效防止灰尘和雨水进入；

（3）本实用新型利用无人船、无人机等新兴技术改造传统人工水质采样，减小复杂水域水质采样的困难性，减少人力成本，提高采样效率和采水作业的安全性，并且使采样样品更符合检测要求，从而提高水质检测精度。本实用新型设计合理，结构简单，操作方便，实用性强，使用安全，推广前景广阔。

附图说明：

图1为本实用新型实施例结构正视图；

图2为本实用新型实施例结构侧视图；

图3为本实用新型实施例结构俯视图；

附图中的标号为：1、无人机；2、放管舵机；3、夹具；4、吸水管；5、降落架；6、无线充电装置；7、传送装置；8、夹具控制舵机；9、水泵；10、水样储存器；11、货舱门；12、无人船；13、样品存放空间；14、凸缘；15、出水管。

具体实施方式：

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1-3，本实用新型实施例提供一种无人机与无人船协同的水质检测装置，包括无人机1和无人船12，所述无人船12表面设置有停落坪，所述无人机1包括机体、降落架5和采水装置；所述无人机1通过采水装置进行水样的采集，通过降落架5停落在停落坪上；所述无人船12内设置有样品存放空间13，样品存放空间13设置在停落坪正下方，无人机降落后，采水装置采集的水样进入样品存放空间13内储存。

本实用新型实施例中，所述采水装置包括水泵9、水样储存器10、夹具3、夹具控制舵机8和吸水管4；所述水泵9和夹具控制舵机8设置在无人机1下方；所述夹具3与夹具控制舵机8连接，用于夹持水样储存器10，夹具控制舵机8控制夹具3的角度，以完成夹具3夹持或放下水样储存器10的操作；所述吸水管4与水泵9的进水口连接，水泵9的出水口通过出水管15与水样储存器10连通，吸水管4下放到预定深度后，水泵9开始工作。吸水管4采集的水样通过出水管15进入水样储存器10，最终水样储存器10进入样品存放空间13；所述采水装置还包括放管舵机2，所述放管舵机2设置在无人机1下方，用于控制吸水管4下降的角度，从而控制吸水管4在水下采样的深度，所述吸水管4采用硬塑料材质，不需要在进水口固定重物，方便吸水管4潜入预定水深；所述水泵9与吸水管4相连的管路上设置流量传感器，以监测水样的流量，达到预定流量自动停止采样。

本实用新型实施例中，所述样品存放空间13内部设置有传送装置7，所述传送装置7上设置若干个水样储存器10，水样储存器10在传送装置7的带动下移动以调整位置，方便夹具3抓取；所述采水装置通过夹具3夹持空的水样储存器10进行采样，并将采样后的水样储存器10卸在传送装置7上；所述样品存放空间13设置有货舱门11，所述货舱门11在水样储存器10装卸过程中向两侧滑动开启，在无人机1起飞后自动关闭，能够有效避免灰尘和雨水的污染。

本实用新型实施例中，所述停落坪上设置有电磁铁，无人机1降落时，其降落架5被通电的电磁铁吸引固定，从而达到行驶中保持稳定的目的；当无人机1需要执行任务时，停止通电，电磁铁对降落架5的吸引力消失；所述停落坪上设置有无线充电装置6，无人机上设置无线充电感应模块，无线充电装置6为停落在无人船12上的无人机1充电，从而提高无人机的续航能力。

本实用新型实施例中，所述水样储存器10上设置有凸缘14，以便于夹具3夹持；所述水样储存器10的进水口与出水管15的尺寸相互适配，避免水样污染。

无人船和无人机均设置GPS和通信模块，能够精确导航、避障和停靠，可以在安全合适的水域定点，同时也可与地面站联络，实时发送数据给服务器报告运输情况和故障等。无人船内由蓄电池模块和电机模块驱动航行，蓄电池同时也为无人船全部用电系统供电。无人船内部有电机驱动传送带使水样储存器传送至设定位置。

本实用新型的运行过程：

无人船12搭载无人机1并装载所需数量的水样储存器10航行至合适水域，随后地面站规划好最优的采样顺序，将采样任务定位发送给无人机1。无人机1接收到开始信号，控制夹具控制舵机8使夹具3夹持水样储存器10的凸缘14。无人机1在完成水样储存器10装填并且接收到第一个任务点路线信号后进行飞行自检，确认后电磁铁断电，无人机1启动，通过GPS定位导航至预定采样点。

当无人机1航行至预定目标，切换至定点模式，降落到距水面1米处悬停，地面站向采水控制器发送采水指令。收到采水指令后，控制吸水管4角度的放管舵机2开始动作，当吸水管4末端进水口位置在水下0.2-0.5米处时，放管舵机2停止动作。随后，水泵9开始吸水，由管路上连接的流量传感器控制吸水量，抽满一个水样储存器10时停止水泵9的工作，同时放管舵机2转动收起吸水管，无人机1开始返航，通过GPS信号飞行至无人船12附近粗略的位置，再通过视觉追踪进行精准降落。降落后，控制夹具3的夹具控制舵机8松开水样储存器10使之放入无人船12内部的预留空位，无人船12内部的电机驱动传送带转动，使空的水样储存器10传送至无人机1下方的设定位置，完成本次采水任务。

地面站发送第二个任务点后，无人机1以相同的步骤完成水体采样任务。如此往复，完成全部任务点的水体采样任务后，无人船12搭载无人机1回到岸边安全位置，结束本次水质采样。

无人船12顶部两侧电磁铁通电固定无人机降落架5，同时无人船12两侧无线充电装置6启动，与降落架内部装置通过电磁感应为无人机1无线充电，提高无人机1的续航能力，以免电量不足发生意外。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机与无人船协同的水质检测装置，其特征在于，包括无人机（1）和无人船（12），所述无人船（12）表面设置有停落坪，所述无人机（1）包括机体、降落架（5）和采水装置；所述无人机（1）通过采水装置进行水样的采集，通过降落架（5）停落在停落坪上；所述无人船（12）内设置有样品存放空间（13），样品存放空间（13）设置在停落坪正下方，无人机降落后，采水装置采集的水样进入样品存放空间（13）内储存。

2.根据权利要求1所述的无人机与无人船协同的水质检测装置，其特征在于，所述采水装置包括水泵（9）、水样储存器（10）、夹具（3）、夹具控制舵机（8）和吸水管（4）；

所述水泵（9）和夹具控制舵机（8）设置在无人机（1）下方；

所述夹具（3）与夹具控制舵机（8）连接，用于夹持水样储存器（10），夹具控制舵机（8）控制夹具（3）的角度，以完成夹具（3）夹持或放下水样储存器（10）的操作；

所述吸水管（4）与水泵（9）的进水口连接，水泵（9）的出水口通过出水管（15）与水样储存器（10）连通，吸水管（4）采集的水样通过出水管（15）进入水样储存器（10），最终水样储存器（10）进入样品存放空间（13）。

3.根据权利要求2所述的无人机与无人船协同的水质检测装置，其特征在于，所述采水装置还包括放管舵机（2），所述放管舵机（2）设置在无人机（1）下方，用于控制吸水管（4）下降的角度，从而控制吸水管（4）在水下采样的深度。

4.根据权利要求2所述的无人机与无人船协同的水质检测装置，其特征在于，所述水泵（9）与吸水管（4）相连的管路上设置流量传感器，以监测水样的流量。

5.根据权利要求2所述的无人机与无人船协同的水质检测装置，其特征在于，所述样品存放空间（13）内部设置有传送装置（7），所述传送装置（7）上设置若干个水样储存器（10），水样储存器（10）在传送装置（7）的带动下移动以调整位置；所述采水装置通过夹具（3）夹持空的水样储存器（10）进行采样，并将采样后的水样储存器（10）卸在传送装置（7）上。

6.根据权利要求5所述的无人机与无人船协同的水质检测装置，其特征在于，所述样品存放空间（13）设置有货舱门（11），所述货舱门（11）在水样储存器（10）装卸过程中向两侧滑动开启，在无人机（1）起飞后自动关闭。

7.根据权利要求1所述的无人机与无人船协同的水质检测装置，其特征在于，所述停落坪上设置有电磁铁，无人机（1）降落时，其降落架（5）被电磁铁吸引固定。

8.根据权利要求1所述的无人机与无人船协同的水质检测装置，其特征在于，所述停落坪上设置有无线充电装置（6），以便于为停落在无人船（12）上的无人机（1）充电。

9.根据权利要求2所述的无人机与无人船协同的水质检测装置，其特征在于，所述水样储存器（10）上设置有凸缘（14），以便于夹具（3）夹持；所述水样储存器（10）的进水口与出水管（15）的尺寸相互适配。

10.根据权利要求2所述的无人机与无人船协同的水质检测装置，其特征在于，所述吸水管（4）采用硬塑料材质。

Images