一种水质采样无人机的智能化水质采样方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107192583A(43)申请公布日2017.09.22(21)申请号201710636723.4(22)申请日2017.07.31(71)申请人过成康地址241000安徽省芜湖市鸠江区电力二村九幢602室(72)发明人过成康(51)Int.Cl.G01N1/16(2006.01)G05D1/10(2006.01)B64C39/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种水质采样无人机的智能化水质采样方法(57)摘要本发明公开了一种水质采样无人机的智能化水质采样方法，该无人机包括无人飞行器、采样控制系统、采样杯，其中采样控制系统包括电机固定板、卷线轴、中控板、自锁电机、联轴器、转速编码器、采样电机、回位挡板、回位缓冲器、水位定高探头、自锁齿轮、采样杯拉绳和回位开关。通过定高使无人机稳定的停留在水面上特定高度，然后通过控制卷线轴的转动圈数使采样杯精确的到达水面下指定位置，最后通过回位感应和自锁机制确保采满水样的采样杯牢固的停留在无人机的底部中心位置。整个水样采集过程能够通过编程自动完成和返航，无需人工干预。这个系统的最大优点就是可靠稳定、智能简便、符合标准的采样流程。CN107192583ACN107192583A权利要求书1/2页1.一种水质采样无人机的智能化水质采样方法，其特征在于：包括如下步骤：开始采样前，先在地图上或现场确定需要采样的具体地点，将整个无人机水质采样器系统放在采样点的航程内；如果无人飞行器是自动导航，无人飞行器根据路线规划起飞前往采样地点；否则飞行人员在地面控制无人飞行器前往采样地点；当无人飞行器到达采样点上空后，飞行人员在地面控制软件上点击“开始采样”，采样过程开始；无人飞行器读取采样控制系统传来的水面高度信息，根据当前高度无人飞行器自动调整垂直高度直到稳定到预设高度；采样控制系统控制自锁电机解除对自锁齿轮的锁定，然后启动采样电机，卷线轴开始放线，同时采样控制系统不断读取转速编码器的数值计算最新的放线长度，当计算到采样杯已经浸入到水下特定深度时，采样控制系统停止采样电机，并等待一段时间让采样杯充满水样，之后采样控制系统再次启动采样电机反向转动，卷线轴开始收线，当采样杯到达回位挡板，采样杯抵住回位缓冲器让回位开关闭合，采样控制系统停止采样电机，自锁电机启动对自锁齿轮进行锁定；无人飞行器自动返航或者有飞行人员地面遥控返航。2.根据权利要求1所述的一种水质采样无人机，其特征在于：包括无人飞行器、采样控制系统和采样杯；其中采样控制系统包括定高子系统、收放绳子系统、电机圈数计算子系统、回位子系统、中央控制子系统以及装配子系统；收放绳子系统包括采样电机、联轴器、卷线轴和采样杯拉绳；电机圈数计算子系统包括转速编码器，转速编码器可以实时获取采样电机的转动圈数，转动圈数乘以卷线轴的卷线周长即可得到放线的长度，从而控制采样杯的下降高度；回位子系统包括回位缓冲器，回位开关，自锁齿轮和自锁电机；中央控制子系统包括中控板，所述中控板上设有单片机、PH复合玻璃电极、499ADO溶氧量传感器、CA3140运算放大器、二个ADC0832A/D转换器以及一个LCD液晶显示屏；其中所述PH复合玻璃电极和499ADO溶氧量传感器的信号输入端分别连接至对应CA3140运算放大器的信号输入端，所述CA3140运算放大器输出的放大信号经过ADC0832A/D转换器转换成数字信号后输入所述单片机的多个不同的水质采样信号输入端，所述单片机通过对应端口分别向所述LCD显示器、扫描驱动电路以及报警电路输出控制信号；装配子系统包括电机固定板和回位挡板；采样电机和自锁齿轮固定在电机固定板上，回位缓冲器、回位开关固定在回位挡板上。3.如权利要求2所述的一种水质采样无人机，其特征在于：回位缓冲器包括弹簧以及弹簧两边的圆盘，当采样杯上升碰到回位缓冲期的下圆盘，下圆盘挤压弹簧，弹簧挤压上圆盘，上圆盘最后挤压限位开关，当弹簧的压力达到一定程度时，限位开关闭合，闭合信号传到中央控制子系统，中央控制子系统知道采样杯已经回位，停止采样杯的上升。4.如权利要求2所述的一种水质采样无人机，其特征在于：在采样电机停止运行后，中央控制子系统会控制自锁电机推动自锁头和自锁齿轮进行咬合，使自锁齿轮无法旋转，由于自锁齿轮固定在采样电机的转轴上，采样电机的转轴因此被锁死，再下次采样开始前中央控制子系统会控制自锁电机远离自锁齿轮，自锁头与自锁齿轮松开，自锁电机的转轴可以自由转动。5.如权利要求2所述的一种水质采样无人机，其特征在于：采样杯通过采样杯拉绳上2CN107192583A权利要求书2/2页升和下降，采样杯拉绳缠绕在卷线轴上，卷线轴通过联轴器和采样电机连接在一起，卷线轴通过采样电