CN104729879B - 水下采样系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下采样系统，应用于水下采样作业领域，包括设有控制装置和收放装置的母船、水下机器人、及采样装置，其中，所述水下采样系统还包括一锚体，所述收放装置至少包括吊机和设有第一线缆的卷线装置，所述卷线装置上的所述第一线缆的一端与所述吊机连接，所述第一线缆的另一端与所述锚体连接，所述水下机器人通过第二线缆与所述第一线缆相活动连接，所述采样装置设置于所述水下机器人上，且所述控制装置至少分别与所述收放装置、水下机器人、及采样装置相控制连接。本发明大大提高了水下机器人在水下的机动性和活动范围，从而拓展了采样装置获取采样位置范围，更加有利于水下底泥样本的采集。

Description

水下采样系统

技术领域

本发明涉及底泥采样技术领域，主要是指对水下底泥进行采样的技术领域，更加具体地来讲，尤其是涉及一种水下采样系统。

背景技术

在环境监测、科学研究等过程中，采集河流、湖泊、水库、海洋等水体的沉积物底泥的采样装置，常用的有抓斗采泥器、多管式采泥器等，这些采样装置不具备独立运动调节能力，操作者从母船上投放到水中后，受水流的冲击影响较大，采集的位置随机，难以获得满意的采样结果，因此采样成功率不高。

为了增加采样装置的机动能力，近年来有文献阐明了将机器人技术运动到采样装置，通过水下机器人来寻找采样位置的方法，但水下机器人的螺旋桨式推进方式容易被水草等水下物体缠绕，并且随着水深的增加，水下机器人需要拖拽的线缆也随之变长，从而产生大的阻力，影响水下机器人的运动能力，实际效果并不理想。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种水下采样系统，用于解决现有水下采样技术中，水下机器人缺乏机动性的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

一种水下采样系统，包括设有控制装置和收放装置的母船、水下机器人、及采样装置，其中，所述水下采样系统还包括一锚体，所述收放装置至少包括吊机和设有第一线缆的卷线装置，所述卷线装置上的所述第一线缆的一端与所述吊机连接，所述第一线缆的另一端与所述锚体连接，所述水下机器人通过第二线缆与所述第一线缆相活动连接，所述采样装置设置于所述水下机器人上，且所述控制装置至少分别与所述收放装置、水下机器人、及采样装置相控制连接。

优选地，在上述水下采样系统中，所述水下机器人为有缆遥控潜水器或无缆遥控潜水器。

优选地，在上述水下采样系统或者优选方案中，所述第一线缆为钢缆或者锚链。

优选地，在上述水下采样系统或者优选方案中，所述第二线缆为收缩线缆，这样可以避免在第二线缆过长时与水下物体相缠绕，从而限制水下机器人的行进或移动。

如上所述，本发明具有以下有益效果：本发明通过锚体来连接收线装置上的第一线缆，从而形成牵引，使得水下机器人可以通过第二线缆来在第一线缆上上下移动，同时第二线缆使得水下机器人能够在以第一线缆为轴心来横向移动，大大提高了水下机器人在水下的机动性和活动范围，从而拓展了采样装置获取采样位置范围，更加有利于水下底泥样本的采集。

附图说明

图1显示为本发明水下采样系统的原理图。

图2显示为本发明水下采样系统中水下机器人和采样装置的结构示意图。

图3显示为所述主舱体的结构示意图。

图4显示为所述气瓶的结构示意图。

附图标号说明

1 母船

11 控制装置

12 收放装置

121 吊机

122 卷线装置

1221 第一线缆

2 水下机器人

21 主舱体

211 摄像头

212 传感器

213 声呐

22 推进器

23 气瓶

231 排气阀

232 进水阀

233 隔板

24 配重块

25 线缆。

3 采样装置

4 锚体

5 第二线缆

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在在环境监测、科学研究等过程中，需要进行底泥采样。其中，所谓的底泥，是指水体沉积物，也即为了研究排入水体的污染物在底泥中的积累、分布、转化和迁移的规律，需要采集底泥样品。

在现有的底泥采样技术中，主要是通过在母船1上将水下机器人2和采样装置3放入水下进行随机采样，这样存在一定的盲目性。

目前的水下机器人，也称无人遥控潜水器，用于工作于水下的极限作业机器人，能潜入水中代替人完成某些操作，又称潜水器。它的工作方式是由水面母船1上的工作人员，通过连接潜水器的脐带提供动力，操纵或控制潜水器，通过水下电摄像头、声呐等专用设备进行观察，还能通过机械手，进行水下作业。目前，无人遥控潜水器主要有，有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种，其中，有缆遥控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。

具体地，如图1所示，示出了本发明水下采样系统的原理图，如图所示，所述水下采样系统包括：设有控制装置11和收放装置12的母船1、水下机器人2、采样装置3，所述水下采样系统还包括一锚体4，所述收放装置12至少包括吊机121和设有第一线缆1221的卷线装置122，所述卷线装置122上的所述第一线缆1221的一端与所述吊机121连接，所述第一线缆1221的另一端与所述锚体4连接，所述水下机器人2通过第二线缆5与所述第一线缆1221相活动连接，所述采样装置3设置于所述水下机器人2上，且所述控制装置11至少分别与所述收放装置12、水下机器人2、及采样装置3相控制连接。

进一步地，见图2，示出了本发明水下采样系统中水下机器人2和采样装置3的结构示意图，在上述水下采样系统中，所述采样装置3安装在所述水下机器人2上，其中，所述水下机器人2包括主舱体21、推进器22、气瓶23、配重块24、及第三线缆25，采样装置3安装在主舱体21下部，配重块24安装于采样装置3上，第三线缆25连接在采样装置3的顶部，所述配重块24为铅块，完全对称地安装于采样装置3的两侧，使得采样装置3的重心靠近下部，以使采用装置易于维持水平姿态。另外，所述采样装置3安装在主舱体21下部，该采样装置3朝向下方，所述配重块24对称地安装在采样装置3的两侧。

通过上述方案中的水下机器人，能实现零浮力状态下由操作人员控制寻找最佳采样位置，并通过改变净浮力来实现无扰动采样功能采样管封闭，且通过控制排气阀和进水阀的流量将装置维持在水平姿态，且便于通过进水阀调节姿势。

进一步地，如图，3，示出了所述主舱体的结构示意图，如图所示，主舱体21内完全密封地置有姿态传感器212、两个摄像头211、声呐213，用于监测采样装置3的姿态以及周围的环境，通过第三线缆25将采集的数据传给操作人员。

进一步如图4所示，示出了所述气瓶的结构示意图，如图4所示，所述气瓶23安装在主舱体21外侧顶部，气瓶23顶部设有2个排气阀231，气瓶23底部设置有2个排气阀231，排气阀231和进水阀232均为两个，分别靠近气瓶23前后两端，所述的排气阀231和排气阀231由控制器单独控制，在排气进水的时候能够分别调节流速和流量；气瓶23中间安装有隔板233，该隔板233将气瓶23内腔分隔为前后两部分，且前后两部分腔体的容积相同，前后两部分腔体均设有一个排气阀231和一个进水阀232。通过控制排气阀231和进水阀232的流量，可以调节气瓶23内两部分的进水量。从而改变装置的重心位置，以适应采样时采样管所受到的阻力变化。

具体地，采样装置3采用无动力驱动的方式，利用静压原理，采样时依靠气瓶23排气产生的竖直向下的净浮力插入沉积物中，可以实现沉积物无扰动。

更进一步地，所述收放装置12由控制装置11控制，操作者通过观察水下机器人2采集的影像信息控制收放速度。

为了是本领域的技术人员能够更好地理解本发明中的技术方案，下面将对所述水下采样系统的水下采样工作过程进行例举说明。

首先，操作者在母船1上通过收放装置12将锚体4直至河床，接着再将水下机器人2沿着收放装置12中卷线盘上的第一线缆1221投放进水中并开始下潜，直至下潜至接近锚体4附近；

接着，收放装置12停止动作，水下机器人2开始水平游动寻找合适的采样位置，并同时被第二线缆5所牵引着；

接着，待水下机器人2确定采样位置后，水下机器人2将驱动采样装置3压入水底，以进行采样作业。

最后，采样装置3压入水底后并完成采样后，母船1上的收放装置12收起第一线缆1221，同时第二线缆5也随之收起，同时，触发采样装置3并封闭，以封存所采集到的样本，然后，收放装置12继续动作，将水下机器人2、采样装置3及锚体4拉回，完成水下采样。

应当理解，以上对于本发明的说明，均是对其所涉及的改进点进行描述的，其中所涉及的现有技术，对于本领域的技术人员来讲，其是完全清楚地，为了避免重复，故上文并未予以赘述。

综上所述，本发明通过锚体4来连接收线装置上的第一线缆1221，从而形成牵引，使得水下机器人2可以通过第二线缆5来在第一线缆1221上上下移动，同时第二线缆5使得水下机器人2能够在以第一线缆1221为轴心来横向移动，大大提高了水下机器人2在水下的机动性和活动范围，从而拓展了采样装置3获取采样位置范围，更加有利于水下底泥样本的采集。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种水下采样系统，包括设有控制装置和收放装置的母船及采样装置，其特征在于，所述水下采样系统还至少包括一水下机器人和锚体，所述收放装置至少包括吊机和设有第一线缆的卷线装置，所述卷线装置上的所述第一线缆的一端与所述吊机连接，所述第一线缆的另一端与所述锚体连接，所述水下机器人通过第二线缆与所述第一线缆相活动连接，所述采样装置设置于所述水下机器人上，且所述控制装置至少分别与所述收放装置、水下机器人、及采样装置相控制连接；

所述水下机器人包括主舱体和安装在主舱体上的推进器，所述主舱体上还设置有配重块和气瓶，所述气瓶设置于所述主舱体外部，所述气瓶上设置有排气阀；

所述第一线缆为钢缆或者锚链；

所述第二线缆为一线缆收缩机构，所述线缆收缩机构设置于所述水下机器人上。

2.根据权利要求1所述的水下采样系统，其特征在于，所述水下机器人为有缆遥控潜水器或无缆遥控潜水器。

3.根据权利要求1所述的水下采样系统，其特征在于，所述配重块安装在主舱体下部，并靠近主舱体的重心位置，所述气瓶安装在主舱体顶部外侧，所述排气阀设置在气瓶顶部，所述气瓶底部还设置有进水阀。

4.根据权利要求3所述的水下采样系统，其特征在于，所述采样装置安装在主舱体下部，该采样装置朝向下方，所述配重块对称地安装在采样装置的两侧。

5.根据权利要求3所述的水下采样系统，其特征在于，所述排气阀和进水阀各具有两个，所述气瓶前后两端上各设有一个排气阀和一个进水阀，且所述排气阀和进水阀由控制器单独控制。

6.根据权利要求1所述的水下采样系统，其特征在于，所述气瓶中部设置有隔板，该隔板将气瓶内腔分隔为前后两部分，且前后两部分腔体的容积相同，前后两部分腔体均设有一个排气阀和一个进水阀。

7.根据权利要求1所述的水下采样系统，其特征在于，还包括第三线缆，所述第三线缆连接在采样装置顶部，所述主舱体内密封地设置有姿态传感器、摄像头和声呐，且所述摄像头为两个，一个水平设置，另一个垂直设置，所述声呐朝向下方，所述第三线缆分别与姿态传感器、摄像头和声呐通信连接。