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 一种无人机挂载的泵吸式水样采集装置

 
【请公布号:CN113447316A;申请权利人: 杭州存览科技有限公司;发明设计人:丁涛; 高奇石; 黄宇栋;】
 
摘要:
 
本发明公开了一种泵吸式水样采集装置,包括双轴步进电机、同步带轮、同步带、从动锥齿轮、主动锥齿轮、连接轴、锥齿轮固定架、底板、齿条导轨、齿条、齿轮固定架、齿轮、不完全齿轮导向圆环、电磁阀、电磁阀固定架、蠕动泵固定座、蠕动泵、旋转接头固定座、旋转接头、转筒、水管接头、电机安装座。所述双轴步进电机两端分别与转筒、同步带轮连接。所述转筒上缠绕有软管,通过电机的旋转将软管放入水中,再启动蠕动泵和电磁阀进行水样采集。本发明包含了软管卷绕机构,该机构可通过导向圆环将水管均匀缠绕于滚筒上。本发明可以搭载在无人船或无人机上,在复杂环境下进行自动水样采集,提高了采集效率并降低采集时的风险。 
 
主权项:
 
1.一种泵吸式水样采集装置,其特征在于:包含双轴步进电机(1)、同步带轮A(2)、同步带A(3)、从动锥齿轮(4)、同步带轮B(5)、主动锥齿轮(6)、锥齿轮固定架(7)、底板(8)、同步带轮C(9)、同步带B(10)、齿条导轨(11)、齿条(12)、同步带轮D(13)、齿轮固定架(14)、主动齿轮(15)、从动齿轮A(16)、从动齿轮B(17)、不完全齿轮A(18)、不完全齿轮B(19)、导向圆环(20)、水样收集瓶(21)、硬管(22)、电磁阀A(23)、电磁阀B(24)、电磁阀固定架(25)、蠕动泵固定座(26)、蠕动泵(27)、旋转接头固定座(28)、旋转接头(29)、转筒(30)、水管接头(31)、软管(32)和电机安装座(33);所述双轴步进电机(1)两端分别与同步带轮(2)和转筒(30)连接;同步带轮A(2)通过同步带A(3)向同步带轮B(5)进行动力传递,主动锥齿轮(6)与同步带轮B(5)通过连接轴相连,从动锥齿轮(4)和同步带轮C(13)通过连接轴相连,安装于各自的锥齿轮固定架(7)上,锥齿轮固定架(7)焊接于底板(8)上,从动锥齿轮(4)和主动锥齿轮(5)相啮合,以实现动力的传递;同步带轮C(13)通过同步带B(10)与同步带轮D(13)形成同步带传动;同步带轮D(13)、主动齿轮(15)、从动齿轮A(16)、从动齿轮B(17)、不完全齿轮A(18)、不完全齿轮B(19)安装于齿轮固定架(14)上,齿轮固定架(14)焊接于底板(8)上,同步带轮D(13)和主动齿轮(15)同轴连接固定,不完全齿轮A(18)和从动齿轮A(16)同轴连接固定,从动齿轮B(17)和不完全齿轮B(19)同轴连接固定,同步带轮D(13)带动主动齿轮(15)旋转,主动齿轮(15)的上部与从动齿轮A(16)啮合,主动齿轮(15)的下部与从动齿轮B(17)啮合,主动齿轮(15)旋转时带动从动齿轮A(16)和从动齿轮B(17)一起旋转,不完全齿轮A(18)和不完全齿轮B(19)分别与齿条(12)的上齿面和下齿面啮合,齿条(12)安装于两个齿条导轨(11)上,齿条导轨(11)焊接于底板(8)上,为齿条(12)提供导向作用;齿条(12)的侧面焊接有导向圆环(20),转筒(30)上缠绕的软管(32)穿过导向圆环(20),从底板(8)上的孔向下垂落;双轴步进电机(1)通过电机安装座(33)上的四个螺钉孔进行固定,电机安装座(33)通过螺钉连接固定在底板(8);转筒(30)的两侧分别和双轴步进电机(1)和旋转接头(29)连接,转筒(30)中部缠绕有软管(32),软管(32)的一端进行下放,另一段和水管接头(31)连接,水管接头(31)和旋转接头(29)的进水口相连,旋转接头(29)的出水口使用硬管(22)和蠕动泵(27)的进水口相连,蠕动泵(27)通过蠕动泵固定座(26)上的四个螺钉孔进行固定,蠕动泵固定座(26)通过螺钉连接固定在底板(8)上;蠕动泵(27)的出水口分别连接到电磁阀A(23)、电磁阀B(24)的进水口,电磁阀A(23)的出水口连出至下方,作用为润洗管道、排尽管中原有的液体,电磁阀B(24)的出水口与水样收集瓶(21)的内部连接,用于将收集的水样存放至瓶中,以上水管连接方式主要采用硬管(22)与水管接头(31)搭配。
 
要求:
 
1.一种泵吸式水样采集装置,其特征在于:包含双轴步进电机(1)、同步带轮A(2)、同步带A(3)、从动锥齿轮(4)、同步带轮B(5)、主动锥齿轮(6)、锥齿轮固定架(7)、底板(8)、同步带轮C(9)、同步带B(10)、齿条导轨(11)、齿条(12)、同步带轮D(13)、齿轮固定架(14)、主动齿轮(15)、从动齿轮A(16)、从动齿轮B(17)、不完全齿轮A(18)、不完全齿轮B(19)、导向圆环(20)、水样收集瓶(21)、硬管(22)、电磁阀A(23)、电磁阀B(24)、电磁阀固定架(25)、蠕动泵固定座(26)、蠕动泵(27)、旋转接头固定座(28)、旋转接头(29)、转筒(30)、水管接头(31)、软管(32)和电机安装座(33);所述双轴步进电机(1)两端分别与同步带轮(2)和转筒(30)连接;同步带轮A(2)通过同步带A(3)向同步带轮B(5)进行动力传递,主动锥齿轮(6)与同步带轮B(5)通过连接轴相连,从动锥齿轮(4)和同步带轮C(13)通过连接轴相连,安装于各自的锥齿轮固定架(7)上,锥齿轮固定架(7)焊接于底板(8)上,从动锥齿轮(4)和主动锥齿轮(5)相啮合,以实现动力的传递;同步带轮C(13)通过同步带B(10)与同步带轮D(13)形成同步带传动;同步带轮D(13)、主动齿轮(15)、从动齿轮A(16)、从动齿轮B(17)、不完全齿轮A(18)、不完全齿轮B(19)安装于齿轮固定架(14)上,齿轮固定架(14)焊接于底板(8)上,同步带轮D(13)和主动齿轮(15)同轴连接固定,不完全齿轮A(18)和从动齿轮A(16)同轴连接固定,从动齿轮B(17)和不完全齿轮B(19)同轴连接固定,同步带轮D(13)带动主动齿轮(15)旋转,主动齿轮(15)的上部与从动齿轮A(16)啮合,主动齿轮(15)的下部与从动齿轮B(17)啮合,主动齿轮(15)旋转时带动从动齿轮A(16)和从动齿轮B(17)一起旋转,不完全齿轮A(18)和不完全齿轮B(19)分别与齿条(12)的上齿面和下齿面啮合,齿条(12)安装于两个齿条导轨(11)上,齿条导轨(11)焊接于底板(8)上,为齿条(12)提供导向作用;齿条(12)的侧面焊接有导向圆环(20),转筒(30)上缠绕的软管(32)穿过导向圆环(20),从底板(8)上的孔向下垂落;双轴步进电机(1)通过电机安装座(33)上的四个螺钉孔进行固定,电机安装座(33)通过螺钉连接固定在底板(8);转筒(30)的两侧分别和双轴步进电机(1)和旋转接头(29)连接,转筒(30)中部缠绕有软管(32),软管(32)的一端进行下放,另一段和水管接头(31)连接,水管接头(31)和旋转接头(29)的进水口相连,旋转接头(29)的出水口使用硬管(22)和蠕动泵(27)的进水口相连,蠕动泵(27)通过蠕动泵固定座(26)上的四个螺钉孔进行固定,蠕动泵固定座(26)通过螺钉连接固定在底板(8)上;蠕动泵(27)的出水口分别连接到电磁阀A(23)、电磁阀B(24)的进水口,电磁阀A(23)的出水口连出至下方,作用为润洗管道、排尽管中原有的液体,电磁阀B(24)的出水口与水样收集瓶(21)的内部连接,用于将收集的水样存放至瓶中,以上水管连接方式主要采用硬管(22)与水管接头(31)搭配。
 
2.根据权利要求1所述的一种泵吸式水样采集装置,其特征在于:所述双轴步进电机(1)两端各有一个输出轴,两端输出的转速保持一致,与两轴相连的同步带轮(2)和转筒(30)具有相同转速;所述锥齿轮固定架(7)采用底座加两根固定柱设计,固定柱上开设孔以供轴连接,两板中间位置安装有同步带轮,一侧安装锥齿轮;所述从动锥齿轮(4)和主动锥齿轮(6)端面模数相等、两齿轮的压力角相等;所述齿轮固定架(14)采用底座加三根固定柱设计,固定柱上开设孔以供轴连接,其中主动齿轮(15)、从动齿轮A(16)和从动齿轮B(17)安装于同一平面内,主动齿轮(15)从动齿轮A(16)安装于主动齿轮(15)上部并与其啮合,从动齿轮B(17)安装于主动齿轮(15)下部并与其啮合,当同步带轮D(13)带动主动齿轮(15)转动时,从动齿轮A(16)和从动齿轮B(17)的旋转方向保持相反,不完全齿轮A(18)与从动齿轮A(16)连接,不完全齿轮B(19)与从动齿轮B(17)连接,因此不完全齿轮A(18)和不完全齿轮B(19)保持相反的旋转方向;所述不完全齿轮A(18)、不完全齿轮B(19)和齿条(12)具有相同的齿形和模数,齿条的(12)上齿面和不完全齿轮A(18)啮合,齿条的(12)下齿面和不完全齿轮B(19)啮合,齿条的两端呈方形,可从齿条导轨(11)的方孔中穿过,两侧的齿条导轨(11)为齿条(12)提供导向作用,不完全齿轮A(18)和不完全齿轮B(19)的转动将齿条分别向左侧和右侧推动,以此实现齿条的往复运动;齿条(12)的侧面焊接有一个导向圆环(20),其作用为推动软管(32)在转筒(30)转动时进行缠绕;齿轮间的传动比须保证齿条(12)的往复运动具有合适的速度,该速度能够使软管(32)均匀紧密地缠绕多圈于转筒(30)上。
 
3.根据权利要求1所述的一种泵吸式水样采集装置,其特征在于:所述转筒(30)整体呈圆柱形,中段较粗用于软管(32)的缠绕放置,转筒(30)正转时将软管(32)下方用于水样采集,转筒(30)反转时在导向圆环(20)的辅助下将软管(32)进行缠绕收纳,中段内部为中空,所述转筒(30)的两端较细且开孔,其中一端为通孔,用于和旋转接头(29)进水口进行固定,软管(32)通过水管接头(31)与旋转接头(29)进水口相连接,转筒(30)另一端的孔用于和双轴步进电机(1)的轴进行配合连接;所述旋转接头(29)分为进水口和出水口两端,旋转接头(29)的两端允许在工作时进行相对转动,本发明中旋转接头的进水端与转筒(30)连接,跟随转筒(30)同时进行旋转,旋转接头的出水端和旋转接头固定座(28)进行固定,工作时保持静止;所述蠕动泵(27)固定于L型的蠕动泵固定座(26)上,蠕动泵(27)的进水口与旋转接头(29)的出水口通过硬管(22)相连接,蠕动泵(27)的出水口与电磁阀A(23)和电磁阀B(24)的进水口相连;所述电磁阀A(23)固定于底板上,所述电磁阀B(24)固定于电磁阀固定架(25)上,电磁阀固定架(25)呈C型,通过螺钉连接固定于底板(8)上;所述水样收集瓶(21)固定于底板(8)上,用于收集从电磁阀B(24)流经的水样。
 
一种无人机挂载的泵吸式水样采集装置
技术领域
 
本发明涉及水样采集技术领域,尤其涉及一种无人机挂载的泵吸式水样采集装置。
 
背景技术
 
现阶段,无人机水样采集装置在河流湖泊的水质监测中广泛使用,但目前市面上的采水装置缺少采集水管的收放机构,容易造成采水过程中产生不稳定影响,导致精度降低。目前公开号为CN105842009A的专利公开了“水质监测无人机水样采集装置”,其通过在无人机的下方设置采水装置,实现了对湖泊中水样的自动采集,不再需要工作人员乘船去采集水样,有效的减轻了工作人员的劳动强度,为湖泊水样采集带来了便利;但其在实际应用有一些不足,如:没有解决水管的收放问题,且进行多次采样时没有对水管进行润洗,容易造成水样混杂,导致精度降低。
 
发明内容
 
为了解决上述问题,本发明提供了一种无人机挂载的泵吸式水样采集装置,用于解决背景技术中提到的问题。
 
本发明采用了如下技术方案:
 
一种无人机挂载的泵吸式水样采集装置,包括双轴步进电机1、同步带轮A2、同步带A3、从动锥齿轮4、同步带轮B5、主动锥齿轮6、锥齿轮固定架7、底板8、同步带轮C9、同步带B10、齿条导轨11、齿条12、同步带轮D13、齿轮固定架14、主动齿轮15、从动齿轮A16、从动齿轮B17、不完全齿轮A18、不完全齿轮B19、导向圆环20、水样收集瓶21、硬管22、电磁阀A23、电磁阀B24、电磁阀固定架25、蠕动泵固定座26、蠕动泵27、旋转接头固定座28、旋转接头29、转筒30、水管接头31、软管32和电机安装座33;所述双轴步进电机1两端分别与同步带轮2和转筒30连接;同步带轮A2通过同步带A3向同步带轮B5传递动力,主动锥齿轮6与同步带轮B5通过连接轴相连,从动锥齿轮4和同步带轮C13通过连接轴相连,两者安装于各自的锥齿轮固定架7上,锥齿轮固定架7焊接于底板8上,从动锥齿轮4和主动锥齿轮5相啮合,以实现动力的传递;同步带轮C13通过同步带B10与同步带轮D13形成同步带传动。
 
本发明中的同步带轮D13、主动齿轮15、从动齿轮A16、从动齿轮B17、不完全齿轮A18、不完全齿轮B19安装于齿轮固定架14上,齿轮固定架14焊接于底板8上,同步带轮D13和主动齿轮15同轴连接固定,不完全齿轮A18和从动齿轮A16同轴连接固定,从动齿轮B17和不完全齿轮B19同轴连接固定,同步带轮D13带动主动齿轮15旋转,主动齿轮15的上部与从动齿轮A16啮合,主动齿轮15的下部与从动齿轮B17啮合,主动齿轮15旋转时带动从动齿轮A16和从动齿轮B17一起旋转,不完全齿轮A18和不完全齿轮B19分别与齿条12的上齿面和下齿面啮合,齿条12安装于两个齿条导轨11上,齿条导轨11焊接于底板8上,为齿条12提供导向作用;齿条12的侧面焊接有导向圆环20,转筒30上缠绕的软管32穿过导向圆环20,穿过底板8的孔向下自然垂落,下部连接有杂质过滤器。
 
本发明中的双轴步进电机1通过电机安装座33上的四个螺钉孔进行固定,电机安装座33通过螺钉连接固定在底板8;转筒30的两侧分别和双轴步进电机1和旋转接头29连接,转筒30中部缠绕有软管32,软管32的一端进行下放,另一段和水管接头31连接,水管接头31和旋转接头29的进水口相连,旋转接头29的出水口使用硬管22和蠕动泵27的进水口相连,蠕动泵27通过蠕动泵固定座26上的四个螺钉孔进行固定,蠕动泵固定座26通过螺钉连接固定在底板8上;蠕动泵27的出水口分别连接到电磁阀A23、电磁阀B24的进水口,电磁阀A23的出水口连出至下方,作用为润洗管道、排尽管中原有的液体,电磁阀B24的出水口与水样收集瓶21的内部连接,用于将收集的水样存放至瓶中,以上水管连接方式主要采用硬管22与水管接头31搭配。
 
本发明中的双轴步进电机1两端各有一个输出轴,两端输出的转速保持一致,与两轴相连的同步带轮2和转筒30具有相同转速;所述锥齿轮固定架7采用底座加两根固定柱设计,固定柱上开设孔以供轴连接,两板中间位置安装有同步带轮,一侧安装锥齿轮;所述从动锥齿轮4和主动锥齿轮6端面模数相等、两齿轮的压力角相等;所述齿轮固定架14采用底座加三根固定柱设计,固定柱上开设孔以供轴连接,其中主动齿轮15、从动齿轮A16和从动齿轮B17安装于同一平面内,主动齿轮15从动齿轮A16安装于主动齿轮15上部并与其啮合,从动齿轮B17安装于主动齿轮15下部并与其啮合,当同步带轮D13带动主动齿轮15转动时,从动齿轮A16和从动齿轮B17的旋转方向保持相反,不完全齿轮A18与从动齿轮A16连接,不完全齿轮B19与从动齿轮B17连接,因此不完全齿轮A18和不完全齿轮B19保持相反的旋转方向。
 
本发明中的不完全齿轮A18、不完全齿轮B19和齿条12具有相同的齿形和模数,齿条的12上齿面和不完全齿轮A18啮合,齿条的12下齿面和不完全齿轮B19啮合,齿条的两端呈方形,可从齿条导轨11的方孔中穿过,两侧的齿条导轨11为齿条12提供导向作用,不完全齿轮A18和不完全齿轮B19的转动将齿条分别向左侧和右侧推动,以此实现齿条的往复运动;齿条12的侧面焊接有一个导向圆环20,其作用为推动软管32在转筒30转动时进行缠绕;齿轮间的传动比须保证齿条12的往复运动具有合适的速度,该速度能够使软管32均匀紧密地缠绕多圈于转筒30上。
 
本发明中的转筒30整体呈圆柱形,中段较粗用于软管32的缠绕放置,转筒30正转时将软管32下方用于水样采集,转筒30反转时在导向圆环20的辅助下将软管32进行缠绕收纳,中段内部为中空,所述转筒30的两端较细且开孔,其中一端为通孔,用于和旋转接头29进水口进行固定,软管32通过水管接头31与旋转接头29进水口相连接,转筒30另一端的孔用于和双轴步进电机1的轴进行配合连接;所述旋转接头29分为进水口和出水口两端,旋转接头29的两端允许在工作时进行相对转动,本发明中旋转接头的进水端与转筒30连接,跟随转筒30同时进行旋转,旋转接头的出水端和旋转接头固定座28进行固定,工作时保持静止;所述蠕动泵27固定于L型的蠕动泵固定座26上,蠕动泵27的进水口与旋转接头29的出水口通过硬管22相连接,蠕动泵27的出水口与电磁阀A23和电磁阀B24的进水口相连;所述电磁阀A23固定于底板上,所述电磁阀B24固定于电磁阀固定架25上,电磁阀固定架25呈C型,通过螺钉连接固定于底板8上;所述水样收集瓶21固定于底板8上,用于收集从电磁阀B24流经的水样。
 
有益效果:本发明中的泵吸式水样采集装置采用了软管定深下放吸水的方式,相比其他同类装置增加了软管卷绕辅助机构,能够保证软管下放和回收过程的稳定性。
 
附图说明
 
一种无人机挂载的泵吸式水样采集装置
图1为本发明实施例中泵吸式水样采集装置整体结构示意图。
 
一种无人机挂载的泵吸式水样采集装置
图2为本发明实施例中软管卷绕辅助机构结构示意图。
 
一种无人机挂载的泵吸式水样采集装置
图3为本发明实施例中泵吸装置结构示意图。
 
图中:1、双轴步进电机;2、同步带轮A;3、同步带A;4、从动锥齿轮;5、同步带轮B;6、主动锥齿轮;7、锥齿轮固定架;8、底板;9、同步带轮C;10、同步带B;11、齿条导轨;12、齿条;13、同步带轮C;14、齿轮固定架;15、主动齿轮;16、从动齿轮A;17、从动齿轮B;18、不完全齿轮A;19、不完全齿轮B;20、导向圆环;21、水样收集瓶;22、硬管;23、电磁阀A;24、电磁阀B;25、电磁阀固定架;26、蠕动泵固定座;27、蠕动泵;28、旋转接头固定座;29、旋转接头;30、转筒;31、水管接头;32、软管;33、电机安装座。
 
具体实施方式
 
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
 
一种无人机挂载的泵吸式水样采集装置,包括双轴步进电机1、同步带轮A2、同步带A3、从动锥齿轮4、同步带轮B5、主动锥齿轮6、锥齿轮固定架7、底板8、同步带轮C9、同步带B10、齿条导轨11、齿条12、同步带轮D13、齿轮固定架14、主动齿轮15、从动齿轮A16、从动齿轮B17、不完全齿轮A18、不完全齿轮B19、导向圆环20、水样收集瓶21、硬管22、电磁阀A23、电磁阀B24、电磁阀固定架25、蠕动泵固定座26、蠕动泵27、旋转接头固定座28、旋转接头29、转筒30、水管接头31、软管32和电机安装座33。
 
所述泵吸式水样采集装置挂载于无人机平台上,由地面工作人员操控无人机飞至采样点。
 
工作人员发出信号,开始采水作业,双轴步进电机1开始旋转,与双轴步进电机1两轴相配合的转筒30和同步带轮A2随之一起转动,此时原本均匀绕卷于转筒30上的软管32将开始下放。
 
同步带轮A2通过同步带A3带动同步带B10旋转,和同步带B10同轴的主动锥齿轮6随之旋转;主动锥齿轮6带动啮合的从动锥齿轮4旋转,和从动锥齿轮4同轴的同步带轮C9随之旋转;同步带轮C9通过同步带B10带动同步带轮D13旋转,与同步带轮D13同轴的主动齿轮15随之旋转;主动齿轮15带动与其啮合的从动齿轮A16、从动齿轮B17转动,且它们的旋转方向相反,与它们同轴的不完全齿轮A18、不完全齿轮B19也将按不同的方向旋转。
 
在转筒30下放过程中,不完全齿轮A18和不完全齿轮A18将轮流和齿条12啮合;当不完全齿轮A18与齿条12啮合时,齿条12缓慢向左移动;当不完全齿轮B19与齿条12啮合时,齿条12缓慢向右移动;导向圆环20随齿条12同步运动,将绕卷与转筒30上的多层软管32稳定下放至所需深度后,双轴步进电机1停止转动。
 
开始水样采集作业,蠕动泵27和电磁阀A23通电运作,水依次经过软管32、旋转接头29、蠕动泵27、电磁阀A23,最后排出,由此完成水管的润洗,去除水管中原有的杂质,提高水样采集的精度。
 
润洗数秒后,电磁阀A23关闭,电磁阀B24启动,水依次经过软管32、旋转接头29、蠕动泵27、电磁阀B24,最后流至水样收集瓶21。
 
当达成收集目标后,蠕动泵27和电磁阀B24停止运作,双轴步进电机1开始反转,与双轴步进电机1两轴相配合的转筒30和同步带轮A2随之一起转动,具体运作过程同上文所述,最后效果是将软管32均匀多层地绕卷于转筒30上。
 
以上所述仅为本发明的最有效实施方案,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明工作原理的前提下,还可以做出适当的改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
 
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