[发明专利]一种基于无人机的河口湿地底泥样品智能采集装置

说明书

本发明公开了一种基于无人机的河口湿地底泥样品智能采集装置。涉及机器人、无人机与环境监测领域，特别涉及一种基于无人机的河口湿地底泥样品智能采集装置。所述系统包括地面控制站、无人机、采泥机器人。其特征在于：所述地面控制站用于航线规划，无人机状态监测；所述无人机用于携带采泥机器人至采集地点；所述采泥机器人用于底泥采集，其内部包括控制模块、传感器模块、驱动模块和采泥模块；控制模块为单片机，与传感器模块、驱动模块和采泥模块相连接；单片机接收传感器信号，发出驱动与采集信号，控制采泥机器人的整个底泥采集过程；采泥机器人采用航迹推算法，按Z字轨迹行走，逐步采集多个样本；采泥机器人上的电机驱动类似钻头的螺旋叶片钻入底泥，底泥通过螺旋叶片的空隙进入收集仓；采集结束后，无人机将采泥机器人带回。该装置解决了传统底泥样品人工采集方式中存在的不安全、不易到达采样点等问题，提高了底泥样品采集的灵活性和自动化程度。

技术领域

本发明涉及机器人、无人机与环境监测领域，特别涉及一种基于无人机的河口湿地底泥样品智能采集装置。

背景技术

入海河口湿地生态系统作为海陆过渡带，具有净化环境、调节气候等生态服务功能。近年来，随着我国工业的快速发展，污水的大量排放引发了河口湿地潮间带的环境问题。其中潮间带底泥中有机质、硫化物、油类、氮、磷、汞、镉、铅、砷以及难降解有机污染物的含量最高，监测潮间带底泥状况，进行采集检测，可以为环境治理提供有力数据支撑。

由于潮间带泥泞、易陷等原因，人工现场采集比较困难，所以需要机器设备进行协助。无人机灵活性高，对恶劣环境适应性强，并且具有一定的载重能力，可以作为携带底泥采集装置的载体。机器人的可操控性强，能够运行预先编制的采集程序，可以作为底泥采集装置。因此，通过无人机携带采泥机器人进行底泥采集可以很好的解决传统采集方法中的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现阶段潮间带人工底泥采集技术的问题，提供了一种基于无人机的河口湿地底泥样品智能采集装置，能够对潮间带这种人工不易到达地方进行底泥采集。

一种基于无人机的河口湿地底泥样品智能采集装置，包括采泥机器人、无人机、地面控制站。

所述地面控制站起到控制监测无人机飞行作用，遥控器控制无人机飞行时，地面控制站能监测其位置、高度、状态。同时，地面控制站也可以设定飞行地点、高度，规划无人机航线。

所述无人机内部包括飞行控制模块、GPS模块、电池、无线信号发射端，其作用为携带采泥机器人至采集现场。

所述采泥机器人包括机身部分、控制模块、采泥模块、传感器模块和驱动模块。

进一步地，控制模块为单片机。所述控制模块与采泥模块、传感器模块、驱动模块相连接。单片机接收传感器信号，发出驱动与采集信号，控制采泥机器人整个底泥采集过程。

进一步地，采泥模块包括电机(6)、螺旋叶片(7)、收集箱(4)。电机驱动类似钻头的螺旋叶片钻入底泥，底泥通过螺旋叶片的空隙进入收集箱。

进一步地，传感器模块包括编码器和陀螺仪。采泥机器人落地点为其静态基点，利用陀螺仪检测采泥机器人偏航角速度，进而推算出采泥机器人的实时偏行角度；利用编码器检测采泥机器人左右行走轮的旋转角速度，进而推算出采泥机器人整机的实时前进速度。根据实时偏航角度和整机实时前进速度确定采泥机器人行走的轨迹，最终实现Z字轨迹行走，采集多点样本。

进一步地，驱动模块包括行走轮前轮(1)、同步带(8)、减速电机(9)、带轮(10)、行走轮后轮(11)。两个减速电机独立控制，相互配合的驱动两侧行走轮，可以实现采泥机器人的前进、后退、左转和右转。

进一步地，采泥机器人机身被设计成分体双机身形式，相当于左右对称的两个船身，不仅可以减小在泥地上的压强，减少陷入泥中的危险，提高采泥机器人的行走稳定性，而且在涨潮时，可以产生浮力，使采泥机器人在水中浮起并保持平衡。