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 一種無人機挂載的泵吸式水樣采集装置

 
【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、同步帶轮、同步帶、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、同步帶轮连接。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。 
 
主權項:
 
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)、同步帶轮A(2)、同步帶A(3)、从动锥齿轮(4)、同步帶轮B(5)、主动锥齿轮(6)、锥齿轮固定架(7)、底板(8)、同步帶轮C(9)、同步帶B(10)、齿条导轨(11)、齿条(12)、同步帶轮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)两端分别与同步帶轮(2)和转筒(30)连接;同步帶轮A(2)通过同步帶A(3)向同步帶轮B(5)进行动力传递,主动锥齿轮(6)与同步帶轮B(5)通过连接轴相连,从动锥齿轮(4)和同步帶轮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;同步帶轮C(13)通过同步帶B(10)与同步帶轮D(13)形成同步帶传动;同步帶轮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,同步帶轮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,同步帶轮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)、同步帶轮A(2)、同步帶A(3)、从动锥齿轮(4)、同步帶轮B(5)、主动锥齿轮(6)、锥齿轮固定架(7)、底板(8)、同步帶轮C(9)、同步帶B(10)、齿条导轨(11)、齿条(12)、同步帶轮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)两端分别与同步帶轮(2)和转筒(30)连接;同步帶轮A(2)通过同步帶A(3)向同步帶轮B(5)进行动力传递,主动锥齿轮(6)与同步帶轮B(5)通过连接轴相连,从动锥齿轮(4)和同步帶轮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;同步帶轮C(13)通过同步帶B(10)与同步帶轮D(13)形成同步帶传动;同步帶轮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,同步帶轮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,同步帶轮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,与两轴相连的同步帶轮(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帶轮,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,当同步帶轮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.根據權利要求1所述的一種泵吸式水樣采集裝置,其特征在于:所述轉筒(30)整體呈圓柱形,中段較粗用于軟管(32)的纏繞放置,轉筒(30)正轉時將軟管(32)下方用于水樣采集,轉筒(30)反轉時在導向圓環(20)的輔助下將軟管(32)進行纏繞收納,中段內部爲中空,所述轉筒(30)的兩端較細且開孔,其中一端爲通孔,用于和旋轉接頭(29)進水口進行固定,軟管(32)通過水管接頭(31)與旋轉接頭(29)進水口相連接,轉筒(30)另一端的孔用于和雙軸步進電機(1)的軸進行配合連接;所述旋轉接頭(29)分爲進水口和出水口兩端,旋轉接頭(29)的兩端允許在工作時進行相對轉動,本發明中旋轉接頭的進水端與轉筒(30)連接,跟隨轉筒(30)同時進行旋轉,旋轉接頭的出水端和旋轉接頭固定座(28)進行固定,工作時保持靜止;所述蠕動泵(27)固定于L型的蠕動泵固定座(26)上,蠕動泵(27)的進水口與旋轉接頭(29)的出水口通過硬管(22)相連接,蠕動泵(27)的出水口與電磁閥A(23)和電磁閥B(24)的進水口相連;所述電磁閥A(23)固定于底板上,所述電磁閥B(24)固定于電磁閥固定架(25)上,電磁閥固定架(25)呈C型,通過螺釘連接固定于底板(8)上;所述水樣收集瓶(21)固定于底板(8)上,用于收集從電磁閥B(24)流經的水樣。
 
一種無人機挂載的泵吸式水樣采集装置
技術領域
 
本发明涉及水样采集技術領域,尤其涉及一種無人機挂載的泵吸式水樣采集装置。
 
背景技術
 
現階段,無人機水樣采集裝置在河流湖泊的水質監測中廣泛使用,但目前市面上的采水裝置缺少采集水管的收放機構,容易造成采水過程中産生不穩定影響,導致精度降低。目前公開號爲CN105842009A的專利公開了“水質監測無人機水樣采集裝置”,其通過在無人機的下方設置采水裝置,實現了對湖泊中水樣的自動采集,不再需要工作人員乘船去采集水樣,有效的減輕了工作人員的勞動強度,爲湖泊水樣采集帶來了便利;但其在實際應用有一些不足,如:沒有解決水管的收放問題,且進行多次采樣時沒有對水管進行潤洗,容易造成水樣混雜,導致精度降低。
 
發明內容
 
为了解决上述问题,本发明提供了一種無人機挂載的泵吸式水樣采集装置,用于解决背景技術中提到的问题。
 
本發明采用了如下技術方案:
 
一種無人機挂載的泵吸式水樣采集装置,包括双轴步进电机1、同步帶轮A2、同步帶A3、从动锥齿轮4、同步帶轮B5、主动锥齿轮6、锥齿轮固定架7、底板8、同步帶轮C9、同步帶B10、齿条导轨11、齿条12、同步帶轮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1两端分别与同步帶轮2和转筒30连接;同步帶轮A2通过同步帶A3向同步帶轮B5传递动力,主动锥齿轮6与同步帶轮B5通过连接轴相连,从动锥齿轮4和同步帶轮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;同步帶轮C13通过同步帶B10与同步帶轮D13形成同步帶传动。
 
本发明中的同步帶轮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,同步帶轮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,同步帶轮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。
 
本發明中的雙軸步進電機1通過電機安裝座33上的四個螺釘孔進行固定,電機安裝座33通過螺釘連接固定在底板8;轉筒30的兩側分別和雙軸步進電機1和旋轉接頭29連接,轉筒30中部纏繞有軟管32,軟管32的一端進行下放,另一段和水管接頭31連接,水管接頭31和旋轉接頭29的進水口相連,旋轉接頭29的出水口使用硬管22和蠕動泵27的進水口相連,蠕動泵27通過蠕動泵固定座26上的四個螺釘孔進行固定,蠕動泵固定座26通過螺釘連接固定在底板8上;蠕動泵27的出水口分別連接到電磁閥A23、電磁閥B24的進水口,電磁閥A23的出水口連出至下方,作用爲潤洗管道、排盡管中原有的液體,電磁閥B24的出水口與水樣收集瓶21的內部連接,用于將收集的水樣存放至瓶中,以上水管連接方式主要采用硬管22與水管接頭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,与两轴相连的同步帶轮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帶轮,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,当同步帶轮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。
 
本發明中的不完全齒輪A18、不完全齒輪B19和齒條12具有相同的齒形和模數,齒條的12上齒面和不完全齒輪A18齧合,齒條的12下齒面和不完全齒輪B19齧合,齒條的兩端呈方形,可從齒條導軌11的方孔中穿過,兩側的齒條導軌11爲齒條12提供導向作用,不完全齒輪A18和不完全齒輪B19的轉動將齒條分別向左側和右側推動,以此實現齒條的往複運動;齒條12的側面焊接有一個導向圓環20,其作用爲推動軟管32在轉筒30轉動時進行纏繞;齒輪間的傳動比須保證齒條12的往複運動具有合適的速度,該速度能夠使軟管32均勻緊密地纏繞多圈于轉筒30上。
 
本發明中的轉筒30整體呈圓柱形,中段較粗用于軟管32的纏繞放置,轉筒30正轉時將軟管32下方用于水樣采集,轉筒30反轉時在導向圓環20的輔助下將軟管32進行纏繞收納,中段內部爲中空,所述轉筒30的兩端較細且開孔,其中一端爲通孔,用于和旋轉接頭29進水口進行固定,軟管32通過水管接頭31與旋轉接頭29進水口相連接,轉筒30另一端的孔用于和雙軸步進電機1的軸進行配合連接;所述旋轉接頭29分爲進水口和出水口兩端,旋轉接頭29的兩端允許在工作時進行相對轉動,本發明中旋轉接頭的進水端與轉筒30連接,跟隨轉筒30同時進行旋轉,旋轉接頭的出水端和旋轉接頭固定座28進行固定,工作時保持靜止;所述蠕動泵27固定于L型的蠕動泵固定座26上,蠕動泵27的進水口與旋轉接頭29的出水口通過硬管22相連接,蠕動泵27的出水口與電磁閥A23和電磁閥B24的進水口相連;所述電磁閥A23固定于底板上,所述電磁閥B24固定于電磁閥固定架25上,電磁閥固定架25呈C型,通過螺釘連接固定于底板8上;所述水樣收集瓶21固定于底板8上,用于收集從電磁閥B24流經的水樣。
 
有益效果:本發明中的泵吸式水樣采集裝置采用了軟管定深下放吸水的方式,相比其他同類裝置增加了軟管卷繞輔助機構,能夠保證軟管下放和回收過程的穩定性。
 
附圖說明
 
一種無人機挂載的泵吸式水樣采集装置
圖1爲本發明實施例中泵吸式水樣采集裝置整體結構示意圖。
 
一種無人機挂載的泵吸式水樣采集装置
圖2爲本發明實施例中軟管卷繞輔助機構結構示意圖。
 
一種無人機挂載的泵吸式水樣采集装置
圖3爲本發明實施例中泵吸裝置結構示意圖。
 
图中:1、双轴步进电机;2、同步帶轮A;3、同步帶A;4、从动锥齿轮;5、同步帶轮B;6、主动锥齿轮;7、锥齿轮固定架;8、底板;9、同步帶轮C;10、同步帶B;11、齿条导轨;12、齿条;13、同步帶轮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。
 
具體實施方式
 
以下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述,但並不因此而限制本發明的保護範圍。
 
一種無人機挂載的泵吸式水樣采集装置,包括双轴步进电机1、同步帶轮A2、同步帶A3、从动锥齿轮4、同步帶轮B5、主动锥齿轮6、锥齿轮固定架7、底板8、同步帶轮C9、同步帶B10、齿条导轨11、齿条12、同步帶轮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。
 
所述泵吸式水樣采集裝置挂載于無人機平台上,由地面工作人員操控無人機飛至采樣點。
 
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和同步帶轮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。
 
同步帶轮A2通过同步帶A3带动同步帶B10旋转,和同步帶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同轴的同步帶轮C9随之旋转;同步帶轮C9通过同步帶B10带动同步帶轮D13旋转,与同步帶轮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。
 
在轉筒30下放過程中,不完全齒輪A18和不完全齒輪A18將輪流和齒條12齧合;當不完全齒輪A18與齒條12齧合時,齒條12緩慢向左移動;當不完全齒輪B19與齒條12齧合時,齒條12緩慢向右移動;導向圓環20隨齒條12同步運動,將繞卷與轉筒30上的多層軟管32穩定下放至所需深度後,雙軸步進電機1停止轉動。
 
開始水樣采集作業,蠕動泵27和電磁閥A23通電運作,水依次經過軟管32、旋轉接頭29、蠕動泵27、電磁閥A23,最後排出,由此完成水管的潤洗,去除水管中原有的雜質,提高水樣采集的精度。
 
潤洗數秒後,電磁閥A23關閉,電磁閥B24啓動,水依次經過軟管32、旋轉接頭29、蠕動泵27、電磁閥B24,最後流至水樣收集瓶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和同步帶轮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:对于本技術領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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