一种城市排水排污巡检无人机装置的制作方法

1.本实用新型涉及城市排水排污设施的巡检设备，具体的说是一种城市排水排污巡检无人机装置。


背景技术：

2.城市排水设施是城市重要的基础设施之一，是城市防洪排涝、水安全、水污染防治的重要保障体系。排水设施是否完好、功能是否健全，将直接关系到人民生活质量，关系到城市经济和社会的可持续发展，关系到和谐社会的建设。现如今，我国大部分城市基础设施仍存在总量不足、标准不高、运行管理粗放等问题。由于资金和管理投入不足，许多城市排水管道和排水口老化严重，出现了堵塞、淤积、黑臭水体、污水横流、河面垃圾漂浮物、违法排污、城市内涝等严重的社会环境问题，给人们的生活带来了极大的不便。各种污水和雨水管网最终都会有排水口和受纳水体，可对排水口的排放水量和水质实施监控巡检，从而评估和预测排水系统的运行情况，这对于提高城市排水设施规划、建设、管理和应急水平，具有重要意义。然而，目前缺乏日常巡检所需的设备系统，相关的工作基本靠人力实现，效率低，效果差；而且，城市排水排污设施存在大量工作人员难以抵达的位置，无法有效对这些位置的水体直接进行取样。为了实现更高效和全面的排水设施巡检，开发智能水巡检系统势在必行。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种城市排水排污巡检无人机装置，以解决城市排水排污设施存在大量工作人员难以抵达的位置，无法有效对这些位置的水体直接进行取样的问题。
4.解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
5.一种城市排水排污巡检无人机装置，其特征在于，包括：无人机和取样机械臂；
6.所述取样机械臂的结构为：第一旋转传动组件固定在所述无人机的主体底部，第一步进电机的电机轴通过第一旋转传动组件连接第一摆臂的上端；第二旋转传动组件固定在第一摆臂的下端，第二步进电机的电机轴通过第二旋转传动组件连接第二摆臂的上端；第三旋转传动组件固定在第二摆臂的下端，第三步进电机的电机轴通过第三旋转传动组件连接第三摆臂的上端；第四旋转传动组件固定在第三摆臂的下端，第四步进电机的电机轴通过第四旋转传动组件连接夹紧机构；所述夹紧机构能够夹紧或松开用于对水体进行取样的采样瓶。
7.其中，无人机可以采用现有的商业化无人机，也可以基于现有的无人机结构经过改造来使用；夹紧机构可以采用现有的电动或手动夹紧机构；取样机械臂的四台步进电机可以通过无人机自带的通信单元也可以通过新增专用的通信单元接收控制信号。
8.本实用新型的城市排水排污巡检无人机装置的使用方式如下：
9.在使用本实用新型的城市排水排污巡检无人机装置对城市排水排污设施存在危
险和难以涉足的位置进行水体取样时，首先，用夹紧机构夹紧采样瓶，在控制取样机械臂切换至折叠状态的情况下，控制无人机飞抵需取样水体的位置，并停在该位置的水面上方30～40cm的高度；其次，控制取样机械臂切换至展开状态，以使得夹紧机构所夹紧的采样瓶降低至水面以下；然后，控制第四步进电机驱动夹紧机构向上摆动，以使得前述位置的水体进入采样瓶内；最后，控制取样机械臂切换至折叠状态，并控制无人机飞回后，使夹紧机构松开采样瓶，即能够获取到城市排水排污设施存在危险和难以涉足位置的水体水样。
10.其中，所述展开状态为：参见图3，控制第一步进电机通过第一旋转传动组件驱动第一摆臂向下摆动，控制第二步进电机通过第二旋转传动组件驱动第二摆臂向下摆动，控制第三步进电机通过第三旋转传动组件驱动第三摆臂向下摆动。
11.所述折叠状态为：参见图1和图4，控制第一步进电机通过第一旋转传动组件驱动第一摆臂向上摆动，控制第二步进电机通过第二旋转传动组件驱动第二摆臂向上摆动，控制第三步进电机通过第三旋转传动组件驱动第三摆臂向上摆动，以使得第一摆臂、第二摆臂和第三摆臂均贴近无人机的主体底部。
12.从而，本实用新型能够通过无人机飞抵城市排水排污设施存在危险和难以涉足的位置，并能够通过取样机械臂带动采样瓶对这些位置的水体直接进行准确有效的取样，以能够准确的对水体水质进行检测，提高城市排水排污巡检的效率，减少巡检采样的风险。
13.优选的：所述夹紧机构采用能够相对靠近或远离的第一夹指和第二夹指对所述采样瓶进行夹紧，所述第一夹指和第二夹指用于与采样瓶接触的内侧壁覆盖有pvc防滑塑料，以能够更稳定的对采样瓶进行夹取。
14.优选的：所述采样瓶采用玻璃采样瓶或塑料采样瓶，且所述采样瓶的容积在200ml以内。
15.优选的：所述第一摆臂、第二摆臂和第三摆臂在水平方向上相互错开，以能够最大程度的进行折叠。
16.优选的：所述取样机械臂采用不锈钢材料制成，以适应在城市排水排污设施的使用。
17.优选的：所述城市排水排污巡检无人机装置设有两根所述取样机械臂，以能够在同一时间对同一水体位置进行两份水体样本的采样；且该两根取样机械臂优选设置在下述高清摄像头的两侧。
18.作为本实用新型的优选实施方式：所述无人机的主体底部安装有高清摄像头，所述无人机的顶部安装有通信单元，所述无人机的内部安装有处理器，所述高清摄像头和通信单元分别与所述处理器电性连接，以使得高清摄像头拍摄到的照片能够通过通信单元传输到地面的控制站和数据分析平台，以通过照片获悉排水口、水源地、水功能区、河湖等基本信息，实现对河流、河涌、湖泊等城市水体的巡检。
19.其中，所述高清摄像头优选至少具有1200万像素分辨率，至少具有10倍焦距调整范围；所述通信单元优选采用5g通信单元；所述通信单元和处理器也可以用于取样机械臂的控制信号传输。
20.优选的：所述无人机的顶面安装有用于为无人机充电的光伏板供电系统，以延长无人机的续航时间。
21.另外，所述无人机也可以加装额外的大容量电池，以进一步延长无人机的续航时
间，适应城市排水排污巡检的需求。
22.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
23.第一，本实用新型采用搭载有取样机械臂的无人机，能够通过无人机飞抵城市排水排污设施存在危险和难以涉足的位置，并能够通过取样机械臂带动采样瓶对这些位置的水体直接进行准确有效的取样，以提高城市排水排污巡检的效率，减少巡检采样的风险。
24.第二，本实用新型能够通过高清摄像头拍摄到照片，并能够通过通信单元传输到地面，实现对河流、河涌、湖泊等城市水体的巡检。
附图说明
25.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：
26.图1为本实用新型的城市排水排污巡检无人机装置的立面结构示意图；
27.图2为本实用新型的城市排水排污巡检无人机装置的俯视结构示意图；
28.图3为本实用新型中取样机械臂处于展开状态时的结构示意图；
29.图4为本实用新型中取样机械臂处于折叠状态时的结构简图。
具体实施方式
30.下面结合实施例及其附图对本实用新型进行详细说明，以帮助本领域的技术人员更好的理解本实用新型的实用新型构思，但本实用新型权利要求的保护范围不限于下述实施例，对本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型之实用新型构思的前提下，没有做出创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
31.实施例一
32.如图1至图4所示，本实用新型公开的是一种城市排水排污巡检无人机装置，包括：无人机1和取样机械臂2；
33.所述取样机械臂2的结构为：第一旋转传动组件2-2固定在所述无人机1的主体底部1a，第一步进电机2-1的电机轴通过第一旋转传动组件2-2连接第一摆臂2-3的上端；第二旋转传动组件2-5固定在第一摆臂2-3的下端，第二步进电机2-4的电机轴通过第二旋转传动组件2-5连接第二摆臂2-6的上端；第三旋转传动组件2-8固定在第二摆臂2-6的下端，第三步进电机2-7的电机轴通过第三旋转传动组件2-8连接第三摆臂2-9的上端；第四旋转传动组件2-11固定在第三摆臂2-9的下端，第四步进电机2-10的电机轴通过第四旋转传动组件2-11连接夹紧机构2-12；所述夹紧机构2-12能够夹紧或松开用于对水体进行取样的采样瓶3。
34.其中，无人机1可以采用现有的商业化无人机，也可以基于现有的无人机结构经过改造来使用；夹紧机构2-12可以采用现有的电动或手动夹紧机构；取样机械臂2的四台步进电机可以通过无人机1自带的通信单元也可以通过新增专用的通信单元接收控制信号。
35.本实用新型的城市排水排污巡检无人机装置的使用方式如下：
36.在使用本实用新型的城市排水排污巡检无人机装置对城市排水排污设施存在危险和难以涉足的位置进行水体取样时，首先，用夹紧机构2-12夹紧采样瓶3，在控制取样机械臂2切换至折叠状态的情况下，控制无人机1飞抵需取样水体的位置，并停在该位置的水面上方30～40cm的高度；其次，控制取样机械臂2切换至展开状态，以使得夹紧机构2-12所
夹紧的采样瓶3降低至水面以下；然后，控制第四步进电机2-10驱动夹紧机构2-12向上摆动，以使得前述位置的水体进入采样瓶3内；最后，控制取样机械臂2切换至折叠状态，并控制无人机1飞回后，使夹紧机构2-12松开采样瓶3，即能够获取到城市排水排污设施存在危险和难以涉足位置的水体水样。
37.其中，所述展开状态为：参见图3，控制第一步进电机2-1通过第一旋转传动组件2-2驱动第一摆臂2-3向下摆动，控制第二步进电机2-4通过第二旋转传动组件2-5驱动第二摆臂2-6向下摆动，控制第三步进电机2-7通过第三旋转传动组件2-8驱动第三摆臂2-9向下摆动。
38.所述折叠状态为：参见图1和图4，控制第一步进电机2-1通过第一旋转传动组件2-2驱动第一摆臂2-3向上摆动，控制第二步进电机2-4通过第二旋转传动组件2-5驱动第二摆臂2-6向上摆动，控制第三步进电机2-7通过第三旋转传动组件2-8驱动第三摆臂2-9向上摆动，以使得第一摆臂2-3、第二摆臂2-6和第三摆臂2-9均贴近无人机1的主体底部1a。
39.从而，本实用新型能够通过无人机1飞抵城市排水排污设施存在危险和难以涉足的位置，并能够通过取样机械臂2带动采样瓶3对这些位置的水体直接进行准确有效的取样，以能够准确的对水体水质进行检测，提高城市排水排污巡检的效率，减少巡检采样的风险。
40.以上为本实施例一的基本实施方式，可以在该基本实施方式的基础上做进一步的优化、改进和限定：
41.优选的：所述夹紧机构2-12采用能够相对靠近或远离的第一夹指2-12a和第二夹指2-12b对所述采样瓶3进行夹紧，所述第一夹指2-12a和第二夹指2-12b用于与采样瓶3接触的内侧壁覆盖有pvc防滑塑料，以能够更稳定的对采样瓶3进行夹取。
42.优选的：所述采样瓶3采用玻璃采样瓶或塑料采样瓶，且所述采样瓶3的容积在200ml以内。
43.优选的：所述第一摆臂2-3、第二摆臂2-6和第三摆臂2-9在水平方向上相互错开，以能够最大程度的进行折叠。
44.优选的：所述取样机械臂2采用不锈钢材料制成，以适应在城市排水排污设施的使用。
45.优选的：所述城市排水排污巡检无人机装置设有两根所述取样机械臂2，以能够在同一时间对同一水体位置进行两份水体样本的采样；且该两根取样机械臂2优选设置在下述高清摄像头4的两侧。
46.实施例二
47.在上述实施例一的基础上，本实施例二还采用了以下优选的实施方式：
48.所述无人机1的主体底部1a安装有高清摄像头4，所述无人机1的顶部安装有通信单元5，所述无人机1的内部安装有处理器，所述高清摄像头4和通信单元5分别与所述处理器电性连接，以使得高清摄像头4拍摄到的照片能够通过通信单元5传输到地面的控制站和数据分析平台，以通过照片获悉排水口、水源地、水功能区、河湖等基本信息，实现对河流、河涌、湖泊等城市水体的巡检。
49.其中，所述高清摄像头4优选至少具有1200万像素分辨率，至少具有10倍焦距调整范围；所述通信单元5优选采用5g通信单元；所述通信单元5和处理器也可以用于取样机械
臂2的控制信号传输。
50.以上为本实施例二的基本实施方式，可以在该基本实施方式的基础上做进一步的优化、改进和限定：
51.优选的：所述无人机1的顶面安装有用于为无人机1充电的光伏板供电系统，以延长无人机1的续航时间。
52.另外，所述无人机1也可以加装额外的大容量电池，以进一步延长无人机1的续航时间，适应城市排水排污巡检的需求。
53.本实用新型不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之中。

技术特征：
1.一种城市排水排污巡检无人机装置，其特征在于，包括：无人机(1)和取样机械臂(2)；所述取样机械臂(2)的结构为：第一旋转传动组件(2-2)固定在所述无人机(1)的主体底部(1a)，第一步进电机(2-1)的电机轴通过第一旋转传动组件(2-2)连接第一摆臂(2-3)的上端；第二旋转传动组件(2-5)固定在第一摆臂(2-3)的下端，第二步进电机(2-4)的电机轴通过第二旋转传动组件(2-5)连接第二摆臂(2-6)的上端；第三旋转传动组件(2-8)固定在第二摆臂(2-6)的下端，第三步进电机(2-7)的电机轴通过第三旋转传动组件(2-8)连接第三摆臂(2-9)的上端；第四旋转传动组件(2-11)固定在第三摆臂(2-9)的下端，第四步进电机(2-10)的电机轴通过第四旋转传动组件(2-11)连接夹紧机构(2-12)；所述夹紧机构(2-12)能够夹紧或松开用于对水体进行取样的采样瓶(3)。2.根据权利要求1所述城市排水排污巡检无人机装置，其特征在于：所述夹紧机构(2-12)采用能够相对靠近或远离的第一夹指(2-12a)和第二夹指(2-12b)对所述采样瓶(3)进行夹紧，所述第一夹指(2-12a)和第二夹指(2-12b)用于与采样瓶(3)接触的内侧壁覆盖有pvc防滑塑料。3.根据权利要求1所述城市排水排污巡检无人机装置，其特征在于：所述采样瓶(3)采用玻璃采样瓶或塑料采样瓶，且所述采样瓶(3)的容积在200ml以内。4.根据权利要求1所述城市排水排污巡检无人机装置，其特征在于：所述第一摆臂(2-3)、第二摆臂(2-6)和第三摆臂(2-9)在水平方向上相互错开。5.根据权利要求1所述城市排水排污巡检无人机装置，其特征在于：所述取样机械臂(2)采用不锈钢材料制成。6.根据权利要求1所述城市排水排污巡检无人机装置，其特征在于：所述城市排水排污巡检无人机装置设有两根所述取样机械臂(2)。7.根据权利要求1至6任意一项所述城市排水排污巡检无人机装置，其特征在于：所述无人机(1)的主体底部(1a)安装有高清摄像头(4)，所述无人机(1)的顶部安装有通信单元(5)，所述无人机(1)的内部安装有处理器，所述高清摄像头(4)和通信单元(5)分别与所述处理器电性连接。8.根据权利要求1所述城市排水排污巡检无人机装置，其特征在于：所述无人机(1)的顶面安装有用于为无人机(1)充电的光伏板供电系统。

技术总结
本实用新型公开了一种城市排水排污巡检无人机装置，包括：无人机和取样机械臂；取样机械臂由第一步进电机、第一旋转传动组件、第一摆臂、第二步进电机、第二旋转传动组件、第二摆臂、第三步进电机、第三旋转传动组件、第三摆臂、第四步进电机、第四旋转传动组件和夹紧机构组成。本实用新型采用搭载有取样机械臂的无人机，能够通过无人机飞抵城市排水排污设施存在危险和难以涉足的位置，并能够通过取样机械臂带动采样瓶对这些位置的水体直接进行准确有效的取样，以提高城市排水排污巡检的效率，减少巡检采样的风险。减少巡检采样的风险。减少巡检采样的风险。


技术研发人员：林远勤 罗港 杨凯霖 林旭 周新民 张琳
受保护的技术使用者：广州市河涌监测中心
技术研发日：2022.11.02
技术公布日：2023/5/14