一種用于環(huán)境樣品采集的無人機(jī)吊艙及采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無人機(jī)采樣裝置，尤其涉及一種用于環(huán)境樣品采集的無人機(jī)吊艙及采集方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)環(huán)境污染的重視和對(duì)環(huán)境污染研究的不斷加強(qiáng)，環(huán)境樣品采集的需求不斷增加。傳統(tǒng)的環(huán)境樣品采集主要分為人工攜帶采集儀的現(xiàn)場(chǎng)采集和固定點(diǎn)樣品采集。這兩種采集方式各有利弊，前者靈活性高，但人力成本和時(shí)間成本較高，同時(shí)采集精度底；后者雖然采集精度高，但固定投資較大，同時(shí)該采集方法需要占用土地和持續(xù)維護(hù)。對(duì)于普通的科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)來說這兩種樣品采集方式均成本過高，且當(dāng)采集地為危險(xiǎn)環(huán)境時(shí)，人工采集有較大風(fēng)險(xiǎn)。近年來，旋翼無人機(jī)得到了快速的發(fā)展，我國(guó)也開放了低空飛行權(quán)限，這些都使得無人機(jī)的使用越來越廣泛了。無人機(jī)在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面已經(jīng)有較多的嘗試，無人機(jī)的低成本和易操作性也可以滿足了一般科研團(tuán)隊(duì)和環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)部門對(duì)環(huán)境樣品采集的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種輕便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操控的用于環(huán)境樣品采集的無人機(jī)吊艙及采集方法。
[0004]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]—種用于環(huán)境樣品采集的無人機(jī)吊艙，包括無人機(jī)控制系統(tǒng)和懸掛在無人機(jī)上的樣品采集裝置，所述樣品采集裝置包括吊艙殼體和置于吊艙殼體內(nèi)的負(fù)壓采樣器，該負(fù)壓采樣器具有一伸出吊艙殼體之外的采集臂6，在負(fù)壓采樣器的負(fù)壓作用下，通過采集臂6將樣品抽吸至負(fù)壓采樣管內(nèi)。
[0006]所述負(fù)壓采樣器包括:轉(zhuǎn)盤3、轉(zhuǎn)盤3的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、設(shè)置在轉(zhuǎn)盤3中心的采集針4和以采集針4為中心向四周呈放射狀分布在轉(zhuǎn)盤3上的多個(gè)負(fù)壓采樣管2 ;所述采集針4安裝在采集臂6的上端部；當(dāng)轉(zhuǎn)盤3每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)檔位時(shí)，采集針4連通一個(gè)負(fù)壓采樣管2，并在負(fù)壓采樣管2的負(fù)壓作用下，樣品通過采集臂6被吸入負(fù)壓采樣管2內(nèi)儲(chǔ)存。采樣管2由避光聚四氟乙烯筒體和高緊密度密封泡沫組成。
[0007]采集臂6為多節(jié)伸縮結(jié)構(gòu)，通過采集臂伸縮控制裝置實(shí)現(xiàn)采集臂6的伸縮，采集臂6的下端部安裝用于濾除空氣或水中雜質(zhì)的過濾遮流罩7。
[0008]所述吊艙殼體包括一個(gè)上殼體1和一個(gè)與上殼體1扣合的下殼體5。
[0009]驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與停止的控制系統(tǒng)。
[0010]一種采集水體或空氣樣品的方法，步驟如下:
[0011](1)首先在基地將吊艙殼體懸掛于無人機(jī)上；
[0012](2)通過無人機(jī)控制系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定采樣計(jì)劃；
[0013](3)啟動(dòng)無人機(jī)到達(dá)制定地點(diǎn)、高度；通過無人機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)采集臂伸縮控制裝置，使采集臂6自動(dòng)伸出下殼體5 ;
[0014](4)無人機(jī)控制系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)盤3的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)檔位，此時(shí)采集針4接通負(fù)壓采樣管2，水體樣品或者空氣樣品在負(fù)壓抽吸作用下被吸入負(fù)壓采樣管2內(nèi)并儲(chǔ)存；完成一個(gè)樣品米集；
[0015](5)重復(fù)步驟(4)，完成下一個(gè)樣品采集；
[0016](6)完成采樣后，采集臂伸縮控制裝置控制采集臂6收縮至下殼體5內(nèi)，采集結(jié)束；通過無人機(jī)控制系統(tǒng)，使無人機(jī)返回基地。
[0017]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0018]本發(fā)明充分利用了無人機(jī)智能飛行的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境樣品采樣的自動(dòng)化，能突破樣品采集的時(shí)間和地域限制，可以在危險(xiǎn)環(huán)境下完成樣品采集。吊艙采用了負(fù)壓采樣器，包括轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、設(shè)置在轉(zhuǎn)盤中心的采集針和以采集針為中心向四周呈放射狀分布在轉(zhuǎn)盤上的多個(gè)負(fù)壓采樣管；采集針安裝在采集臂的上端部；當(dāng)轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)檔位時(shí)，采集針連通一個(gè)負(fù)壓采樣管，并在負(fù)壓采樣管的負(fù)壓作用下，樣品通過采集臂被吸入負(fù)壓采樣管內(nèi)儲(chǔ)存。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕便、操控方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，無人機(jī)一次飛行，可對(duì)多個(gè)相同或者不相同的樣品進(jìn)行采集，避免了現(xiàn)有采樣器使用采樣栗提供動(dòng)力，結(jié)構(gòu)復(fù)雜操控不靈活等缺點(diǎn)，大大降低了機(jī)械故障，減輕了無人機(jī)負(fù)重，使樣品的采集更加精準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易Ο
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所述樣品采集裝置的裝配示意圖。
[0020]圖2為圖1中樣品采集裝置懸掛在無人機(jī)上的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0022]實(shí)施例
[0023]如圖1、2所示。本發(fā)明用于環(huán)境樣品采集的無人機(jī)吊艙，包括無人機(jī)控制系統(tǒng)和懸掛在無人機(jī)上的樣品采集裝置，所述樣品采集裝置包括吊艙殼體和置于吊艙殼體內(nèi)的負(fù)壓采樣器，該負(fù)壓采樣器具有一伸出吊艙殼體之外的采集臂6，在負(fù)壓采樣器的負(fù)壓作用下，通過采集臂6將樣品抽吸至負(fù)壓采樣管內(nèi)。
[0024]所述負(fù)壓采樣器包括:轉(zhuǎn)盤3、轉(zhuǎn)盤3的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、設(shè)置在轉(zhuǎn)盤3中心的采集針4和以采集針4為中心向四周呈放射狀分布在轉(zhuǎn)盤3上的多個(gè)負(fù)壓采樣管2 ;所述采集針4安裝在采集臂6的上端部；當(dāng)轉(zhuǎn)盤3每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)檔位時(shí)，采集針4連通一個(gè)負(fù)壓采樣管2，并在負(fù)壓采樣管2的負(fù)壓作用下，樣品通過采集臂6被吸入負(fù)壓采樣管2內(nèi)儲(chǔ)存。該轉(zhuǎn)盤3的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與停止的控制系統(tǒng)。
[0025]所述采集臂6為多節(jié)伸縮結(jié)構(gòu)，通過采集臂伸縮控制裝置實(shí)現(xiàn)采集臂6的伸縮，采集臂6的下端部安裝用于濾除空氣或水中雜質(zhì)的過濾遮流罩7。在采集空氣樣品時(shí)，可以避免無人機(jī)懸停時(shí)導(dǎo)致氣流變化影響采集樣品的代表性；在采集水體樣品時(shí)，采集臂6可以采集不同深度水層的樣品，同時(shí)避免水流導(dǎo)致的采集偏差。
[0026]所述吊艙殼體包括一個(gè)上殼體1和一個(gè)與上殼體1扣合的下殼體5。
[0027]本發(fā)明所述采集裝置的通訊接口與無人機(jī)控制系統(tǒng)連接，由無人機(jī)向其提供控制、通訊和電力。
[0028]本發(fā)明采集水體或空氣樣品時(shí)，可通過如下步驟實(shí)現(xiàn):
[0029](1)首先在基地將吊艙殼體懸掛于無人機(jī)上；
[0030](2)通過無人機(jī)控制系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定采樣計(jì)劃，如時(shí)間、地點(diǎn)等參數(shù)；
[0031](3)啟動(dòng)無人機(jī)到達(dá)制定地點(diǎn)、高度；通過無人機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)采集臂伸縮控制裝置，使采集臂6自動(dòng)伸出下殼體5 ;
[0032](4)無人機(jī)控制系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)盤3的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)檔位，此時(shí)采集針4接通負(fù)壓采樣管2，水體樣品或者空氣樣品在負(fù)壓抽吸作用下被吸入負(fù)壓采樣管2內(nèi)并儲(chǔ)存；完成一個(gè)樣品米集；
[0033](5)重復(fù)步驟(4)，完成下一個(gè)樣品采集；
[0034](6)完成采樣后，采集臂伸縮控制裝置控制采集臂6收縮至下殼體5內(nèi)，采集結(jié)束；通過無人機(jī)控制系統(tǒng)，使無人機(jī)返回基地。
[0035]如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0036]本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于環(huán)境樣品采集的無人機(jī)吊艙，包括無人機(jī)控制系統(tǒng)和懸掛在無人機(jī)上的樣品采集裝置，其特征在于，所述樣品采集裝置包括吊艙殼體和置于吊艙殼體內(nèi)的負(fù)壓采樣器，該負(fù)壓采樣器具有一伸出吊艙殼體之外的采集臂(6)，在負(fù)壓采樣器的負(fù)壓作用下，通過采集臂(6)將樣品抽吸至負(fù)壓采樣管內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于環(huán)境樣品采集的無人機(jī)吊艙，其特征在于，所述負(fù)壓采樣器包括:轉(zhuǎn)盤(3)、轉(zhuǎn)盤(3)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、設(shè)置在轉(zhuǎn)盤(3)中心的采集針(4)和以采集針(4)為中心向四周呈放射狀分布在轉(zhuǎn)盤(3)上的多個(gè)負(fù)壓采樣管(2);所述采集針(4)安裝在采集臂出)的上端部；當(dāng)轉(zhuǎn)盤(3)每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)檔位時(shí)，采集針(4)連通一個(gè)負(fù)壓采樣管(2)，并在負(fù)壓采樣管(2)的負(fù)壓作用下，樣品通過采集臂(6)被吸入負(fù)壓采樣管(2)內(nèi)儲(chǔ)存。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于環(huán)境樣品采集的無人機(jī)吊艙，其特征在于，所述:采集臂(6)為多節(jié)伸縮結(jié)構(gòu)，通過采集臂伸縮控制裝置實(shí)現(xiàn)采集臂(6)的伸縮，采集臂(6)的下端部安裝用于濾除空氣或水中雜質(zhì)的過濾遮流罩(7)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于環(huán)境樣品采集的無人機(jī)吊艙，其特征在于，所述吊艙殼體包括一個(gè)上殼體(1)和一個(gè)與上殼體(1)扣合的下殼體(5)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于環(huán)境樣品采集的無人機(jī)吊艙，其特征在于，所述:驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與停止的控制系統(tǒng)。6.一種采集水體或空氣樣品的方法，其特征在于采用權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述用于環(huán)境樣品采集的無人機(jī)吊艙實(shí)現(xiàn)，步驟如下: (1)首先在基地將吊艙殼體懸掛于無人機(jī)上； (2)通過無人機(jī)控制系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定采樣計(jì)劃； (3)啟動(dòng)無人機(jī)到達(dá)制定地點(diǎn)、高度；通過無人機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)采集臂伸縮控制裝置，使采集臂(6)自動(dòng)伸出下殼體(5); (4)無人機(jī)控制系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)盤(3)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)盤(3)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)檔位，此時(shí)采集針(4)接通負(fù)壓采樣管(2)，水體樣品或者空氣樣品在負(fù)壓抽吸作用下被吸入負(fù)壓采樣管(2)內(nèi)并儲(chǔ)存；完成一個(gè)樣品采集； (5)重復(fù)步驟(4)，完成下一個(gè)樣品采集； (6)完成采樣后，采集臂伸縮控制裝置控制采集臂(6)收縮至下殼體(5)內(nèi)，采集結(jié)束；通過無人機(jī)控制系統(tǒng)，使無人機(jī)返回基地。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于環(huán)境樣品采集的無人機(jī)吊艙及采集方法，包括無人機(jī)控制系統(tǒng)和懸掛在無人機(jī)上的樣品采集裝置，樣品采集裝置包括吊艙殼體和置于吊艙殼體內(nèi)的負(fù)壓采樣器，該負(fù)壓采樣器具有一伸出吊艙殼體之外的采集臂，在負(fù)壓采樣器的負(fù)壓作用下，通過采集臂將樣品抽吸至負(fù)壓采樣管內(nèi)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕便、操控方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，無人機(jī)一次飛行，可對(duì)多個(gè)相同或者不相同的樣品進(jìn)行采集，避免了現(xiàn)有采樣器使用采樣泵提供動(dòng)力，結(jié)構(gòu)復(fù)雜操控不靈活等缺點(diǎn)，大大降低了機(jī)械故障，減輕了無人機(jī)負(fù)重，使樣品的采集更加精準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易。
【IPC分類】G01N1/14, G01N1/24
【公開號(hào)】CN105258978
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510650748
【發(fā)明人】牛曉君, 魏愛書
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年10月9日