基于无人机的海水自动取样装置的制作方法

本实用新型涉及海水取样领域，尤其涉及一种基于无人机的海水自动取样装置。

背景技术：

取样是科研工作者日常工作的重要环节，从大量物品或材料中抽取少数做样品，样品的代表性就至关重要。如果样品受到污染，不仅会使测得结果有很大的误差，甚至会得到完全相反的结论。对于海水取样，目前使用最多的是船舶实地采样，因为船舶前去必然会导致海水的混合及污染，所以存在一定的误差；并且船舶出海调查取样的成本过高，不利于多次长期采样工作。对于复杂的水域环境，如沼泽、湿地或有害藻类狙击区域等，采用无人船很难到达，无法完成相关工作。

在专利号201420430386.5的中国实用新型/发明专利申请中，在取水部件吸水管的末端需要增加额外的重锤保证吸水管能下沉到水面以下，增加了整个采样装置的重量。本发明不需增加其它装置或是增大重量，而是通过采样杯巧妙的力学设计实现下沉。

在专利[CN 203975222 U]提出了一种采用水泵和吸管高空抽取水样的采样无人机，这种方法的优点是可以源源不断地获取样品，但缺点是:1采用泵抽取方式，当水体污染物较多时，采样管路容易堵塞，如果发生堵塞无法及时检测。2采样管路长时间容易滋生各种微生物，需要定期清洗或更换软管。3某些测量指标如溶解氧在抽取过程中会发生显著变化，

在专利CN104458329A，发明创造的名称为无人机水面定点自动采样系统，包括采水器、升降机构和控制电路部分。该申请案的无人机水面定点自动采样系统的采水器同样只能够进行一次水样采集。

另外，有一个上述专利共同的问题，没有考虑到载重。目前的多轴无人机载重有限，加大载重不仅影响安全性而且牺牲了续航时间。对于在海洋上取样来说，一定的续航是必须要保证的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于无人机的海水自动取样装置。

本实用新型采用的技术方案为：一种基于无人机的海水自动取样装置，包括多旋翼无人机、自动升降装置和取样装置，所述取样装置通过自动升降装置安装在多旋翼无人机的下方；

所述自动升降装置包括三相异步电机、电机驱动器和电机控制器，所述三相异步电机与电机驱动器、电机控制器连接；所述电机控制器安装在固定盘上，三相异步电机、电机驱动器固定在平板上，平板通过扎带或者螺丝安装到固定盘下面，所述固定盘安装在多旋翼无人机下方；这样就可以实现海水自动取样功能，并且拆卸方便，进一步增加了该设计的便利性；

所述取样装置包括多个绕线轮、吊杆、钓鱼线和取样桶，所述绕线轮的轮面为圆环状，中心区域为中空状态，绕线轮通过中心区域套在三相异步电机的电机轴上；

所述钓鱼线绕在绕线轮上，钓鱼线通过定滑轮末端系住所述取样桶上方的把手，所述取样桶内部一侧设有空腔，空腔的外壁为大密度材料壁；所述取样桶在内部没有盛满水的情况下重心偏移在到桶一侧而倾斜，当桶内有四分之三的水时，重心回到桶中心。所述取样装置的取样桶可以替换为其它取样器材，此处以取样桶为例，当需要取样海表面泄露的石油膜或者其它样品时可采用其它特制的器材。

所述电机轴上有两排可控制凸起，可控制凸起与电机控制器连接，所述可控制凸起内部有弹簧，通过电机控制器控制凸起，能够实现让任意取样桶进行取样，也就实现了多次取样。所述绕线轮互不干扰，在电机轴可控制凸起的作用下与电机轴紧密结合，此时可以跟随电机旋转。

作为优选，所述多旋翼无人机可以选择载重在1KG以上、轴距650MM到850MM的六轴无人机，因为六轴无人机稳定性较好。

作为优选，所述三相异步电机选用42步进电机，既能保证足够的拉力又能减小体积与载重。电机驱动器可以使用相配套的驱动器，电机控制器通过单片机自主开发，所述电机控制器可以实现任意时间的电机开关以及电机的正转与反转。所述电机控制器与数传连接，将地面段信号发送到无人机端，加上数传的益处在于可以实现无人机远距离的采样。

有益效果：本实用新型不仅可以实现多次的海水取样，而且取样装置简单，减小了无人机的载重负担，该实用新型适合自组多轴无人机使用，因整套采样装置不足一公斤，相比于其他无人机水质采样装置轻的多，具有更高的使用价值。

附图说明

图1是基于无人机的海水自动取样装置整体图

图2是是自动取样装置整体结构图。

图3是取样装置结构图。

图4是绕线轮示意图。

图5是电机驱动结构图。

图6是电机轴结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1-6所示，一种基于无人机的海水自动取样装置，包括多旋翼无人机、自动升降装置和取样装置，所述取样装置通过自动升降装置安装在多旋翼无人机的下方；

所述自动升降装置包括三相异步电机1、电机驱动器2和电机控制器3，所述三相异步电机1与电机驱动器2、电机控制器3连接，电机在驱动器的控制下转动，控制器控制电机开始转动、停止转动和正转反转等；

所述电机控制器3安装在固定盘15上，三相异步电机1、电机驱动器2固定在平板10上，平板10上有小孔，平板10通过扎带或者螺丝安装到固定盘15下面，所述固定盘15安装在多旋翼无人机下方；

所述取样装置包括多个绕线轮5、吊杆7、钓鱼线12和取样桶6，所述绕线轮5的轮面11为圆环状，中心区域13为中空状态，绕线轮5通过中心区域套在三相异步电机1的电机轴4上，这样设计的好处是可以根据实际情况需要实用具体数目的绕线轮，减少了载重，更加方便；电机轴4上有多个绕线轮5，需要说明的是，绕线轮5内径比电机轴4大。

所述钓鱼线12绕在绕线轮5上，在电机的旋转驱动下实现放线和收线功能，钓鱼线具体长度按照自己需要制定，钓鱼线能够承受1KG左右的重量；

所述钓鱼线12通过定滑轮末端系住所述取样桶上方的把手16，所述取样桶6内部一侧设有空腔9，空腔9的外壁为大密度材料壁8，在取样桶6下方取样时，桶因为大密度材料壁处的质量较重而重心偏移，这样桶落水时是倾斜的，水可以由此进入桶中。当取样桶中的水达到一定高度时，因大密度材料壁8处有空腔9，重心开始偏移到桶中心位置，这样当完成取样上升时，就不会因为重心偏移而倾泻样品。

所述电机轴4上有两排可控制凸起14，可控制凸起14与电机控制器3连接，通过电机控制器3控制凸起，能够实现让任意取样桶进行取样，也就实现了多次取样。所述可控制凸起14的作用在于，在电机控制器的操控下外凸或内嵌。所述可控制凸起14内部有弹簧。当绕线轮5需要套在或者取下电机轴4上时，可控制凸起14内嵌。当需要海水取样时，每次可以放下一个或者多个取样桶，实现的方式就是通过两侧可控制凸起14外凸来紧密固定住绕线轮5，这样连着该绕线轮的取样桶就会在电机旋转的作用下被放下，而可控制凸起14没有外凸而是内嵌的对应绕线轮5因没有与电机轴4紧密连接则无法跟随旋转。

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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。