CN107957354B - 一种水下机器人海底泥土采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下机器人领域，具体地说是一种水下机器人海底泥土采样装置，包括安装法兰、连杆、主动摇杆、采样筒和蜗轮蜗杆驱动组件，在安装法兰上设有第一铰接支架和第二铰接支架，在采样筒上固设有两对固定夹具，其中第一铰接支架与设置于采样筒前端的一对固定夹具铰接，第二铰接支架、连杆、主动摇杆依次铰接，且所述主动摇杆远离所述连杆的一端与采样筒上的另一对固定夹具铰接，主动摇杆通过所述蜗轮蜗杆驱动组件驱动摆动，采样筒前端设有活塞腔封盖法兰，安装法兰上设有限位块，所述连杆在采样筒完全展开时和所述第二铰接支架呈一条直线，所述限位块与所述活塞腔封盖法兰的外缘相抵。本发明方便水下机器人进行海底泥土采样，结构简单实用。

Description

一种水下机器人海底泥土采样装置

技术领域

本发明涉及水下机器人领域，具体地说是一种水下机器人海底泥土采样装置。

背景技术

海底泥土采样在海洋资源勘查领域有着十分重要的意义。传统的海底泥土采样方法主要是通过实验船配合绞车和大型泥土采样器进行采样作业，这种采样方式需要消耗大量的人力、物力和时间，各项成本投入极大，而且存在采样范围小、触底检测不够灵活准确、不适宜在深海海底进行采样等缺陷，如果能够利用水下机器人进行海底泥土采样工作，将会节省各方面成本，但这需要对海底泥土采样装置进行重新设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下机器人海底泥土采样装置，方便水下机器人进行任意深度海底泥土采样勘察，并且当水下机器人不进行泥土采样操作时，本发明可折叠缩回，从而减小水下机器人的航行阻力，方便水下机器人布放回收操作并节省存储运输占用空间。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种水下机器人海底泥土采样装置，包括安装法兰、连杆、主动摇杆、采样筒和蜗轮蜗杆驱动组件，在所述安装法兰上固设有第一铰接支架和第二铰接支架，在所述采样筒上固设有两对固定夹具，其中所述第一铰接支架与设置于采样筒前端的一对固定夹具铰接，所述第二铰接支架、连杆、主动摇杆依次铰接，且所述主动摇杆远离所述连杆的一端与采样筒上的另一对固定夹具铰接，所述主动摇杆通过所述蜗轮蜗杆驱动组件驱动摆动，所述采样筒前端设有活塞腔封盖法兰，所述安装法兰上设有限位块，所述连杆在所述采样筒完全展开时和所述第二铰接支架呈一条直线，且所述限位块与所述活塞腔封盖法兰的外缘相抵。

所述采样筒前端设有活塞腔封盖法兰、活塞推杆和活塞止动板，在所述活塞腔封盖法兰中部设有一个内部中空的凸起部，所述活塞止动板固设于所述凸起部中，在所述活塞止动板上设有多个通孔，所述活塞推杆的一端设有堵块，且所述堵块设置于所述凸起部中，所述活塞推杆的另一端则穿过所述凸起部的头端伸出至所述凸起部外。

所述凸起部头端呈锥状，所述堵块表面呈与所述凸起部头端的锥状完全契合的锥面，并且在所述锥面上设有橡胶面。

所述主动摇杆上设有一个限位柱，当采样筒完全折起时，所述连杆与所述限位柱相抵。

所述第一铰接支架呈勾状，所述第二铰接支架呈直线状。

所述第一铰接支架和第二铰接支架分别通过链接杆与所述采样筒前端的固定夹具以及所述连杆铰接，且所述链接杆端部设有开口销，在所述链接杆上设有火工品。

所述安装法兰固装于水下机器人的底部框架上。

所述蜗轮蜗杆驱动组件设置于所述与主动摇杆铰接的固定夹具上。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明的采样筒、安装法兰、连杆和主动摇杆形成四连杆机构实现采样筒的展开和收拢，当采样筒处于展开状态时，机构处于四连杆死点位置，且采样筒前端法兰与安全法兰上的限位块处于限位锁紧状态，保证装置在采样过程中不会自动缩回脱离泥土，同时始终保持垂直姿态进行泥土采样，另外所述主动摇杆通过一个具有自锁功能的蜗轮蜗杆驱动组件驱动摆动，进一步保证所述四连杆机构不会在外力作用下折起，结构形式简单、功能实用。

2、本发明中的采样筒通过展开、收拢功能，不仅可以减小水下机器人整体外形尺寸，保证其总体设计指标，还能降低机器人水下航行时的阻力，同时进一步方便水下机器人的布放、回收操作，有效保证海底泥土采样任务的顺利实现。

3、本发明可以通过螺栓连接安装在水下机器人的底部框架上，可以根据实际需要安装一套或者多套，在取样需求较大的海洋区域可以灵活布置，高效取样。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1中采样筒前端示意图，

图3为图2中采样筒前端剖视图，

图4为图1中采样筒展开时的状态示意图，

图5为图1中本发明的立体图。

其中，1为安装法兰、2为第一铰接支架、3为第二铰接支架、4为连杆、5为主动摇杆、6为固定夹具、7为链接杆、8为开口销、9为采样筒、10为活塞推杆、11为活塞腔封盖法兰、12为活塞止动板、13为限位柱、14为转轴、15为限位块，16为凸起部，17为堵块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

本发明安装于水下机器人的底部框架上，如图1～5所示，本发明包括安装法兰1、连杆4、主动摇杆5和采样筒9，其中安装法兰1固装于水下机器人的底部框架上，如图1所示，在所述安装法兰1上固设有第一铰接支架2和第二铰接支架3，在所述采样筒9上固设有两对固定夹具6，其中一对固定夹具6设置于采样筒9前端，另一对固定夹具6设置于所述采样筒9本体的中部或后部，所述第一铰接支架2与设置于采样筒9前端的固定夹具6铰接，所述第二铰接支架3、连杆4、主动摇杆5依次铰接，且所述主动摇杆5远离所述连杆4的一端与设置于采样筒9中后部的固定夹具6铰接，本实施例中，所述第一铰接支架2呈勾状，所述第二铰接支架3呈直线状，所述采样筒9、安装法兰1、连杆4和主动摇杆5形成一个四连杆机构，当所述主动摇杆5摆动时即驱动所述采样筒9展开，如图1所示，所述采样筒9前端设有活塞腔封盖法兰11，而在所述安装法兰1上垂直焊接有一个限位块15，如图4所示，当所述采样筒9完全展开时，所述连杆4和安装法兰1上的第二铰接支架3呈一条直线，同时所述限位块15与所述活塞腔封盖法兰11的外缘相抵限位，此时所述安装法兰1与所述活塞腔封盖法兰11平行，采样完成后，所述主动摇杆5带动采样筒9折起缩回，如图1所示，当采样筒9完全折起时，所述安装法兰1与所述活塞腔封盖法兰11垂直。

所述主动摇杆5通过一个蜗轮蜗杆驱动组件驱动摆动，所述蜗杆蜗杆驱动组件安装在设置于采样筒9中后部并与所述主动摇杆5铰接的固定夹具6上，所述蜗轮蜗杆驱动组件包括一个蜗轮蜗杆减速箱和一个驱动装置，本实施例中，所述驱动装置为电机，所述驱动装置通过所述蜗轮蜗杆减速箱传递转矩，如图1所示，所述主动摇杆5通过一转轴14与所述采样筒9中后部的固定夹具6铰接，所述蜗轮蜗杆减速箱的动力输出轴与所述转轴14固连，所述蜗轮蜗杆减速箱中的蜗轮蜗杆减速机构具有自锁能力，当采样筒9完全展开时，由采样筒9、安装法兰1、连杆4和主动摇杆5形成的四连杆机构不会在外力作用下折起。

如图1所示，在所述主动摇杆5靠近所述连杆4一侧焊接有一个限位柱13，当采样筒9完全折起时，所述连杆4与所述限位柱13相抵，所述限位柱13起到限位作用。

如图1～3所示，所述采样筒9前端设有活塞腔封盖法兰11、活塞推杆10和活塞止动板12，其中如图3所示，在所述活塞腔封盖法兰11中部设有一个内部中空且头端呈锥状的凸起部16，所述活塞止动板12设置于所述凸起部16中，所述活塞止动板12与所述凸起部16底侧内壁为螺纹连接，并且在所述活塞止动板12上设有多个通孔，所述活塞推杆10的一端设有堵块17，且所述堵块17设置于所述凸起部16中，所述活塞推杆10的另一端则穿过所述凸起部16的头端并伸出至所述凸起部16外，所述堵块17体积大于所述凸起部16上供所述活塞推杆10穿过的头端孔的孔径，从而保证所述活塞推杆10无法脱离所述活塞腔封盖法兰11，且所述堵块17表面呈与所述凸起部16头端的锥状完全契合的锥面，并且在所述锥面上设有橡胶面，以保证密封。

采样时，采样筒9在水下机器人的驱动下压入泥土中，泥土将所述活塞推杆10推开，此时采样筒9内的空气通过活塞止动板12上的通孔排出并吸入泥土，当采样泥土充分压入采样筒9中后，采样筒9内的泥土会推动所述活塞推杆10提起，使活塞推杆10上的堵块17将所述凸起部16的头端孔重新堵住，由于所述堵块17表面呈与所述凸起部16头端的锥状完全契合的锥面，并且在所述锥面上设有橡胶面，从而有效保证密封，使进入采样筒9中的泥土不会流出。另外所述采样筒9末端呈锥状的设计也可以保证采样筒9能够在采样过程中易于采样，在回收过程中也易于与泥土分离。

如图1～2所示，所述第一铰接支架2和第二铰接支架3分别通过链接杆7与所述采样筒9前端的固定夹具6以及所述连杆4铰接，并且如图2所示，所述链接杆7端部设有开口销8实现该链接杆7的安装限位。本发明的链接杆7上设有火工品，所述火工品是指装有火药或炸药，受外界刺激或者经过电信号触发后产生燃烧或爆炸，以引燃火药、引爆炸药或做机械功的一次性使用的元器件或装置，此为本领域公知技术。本发明当采样过程发生装置卡死或陷入泥土过深时，可通过水下机器人悬停时的负载是否超出要求来判断是否将带有火工品的链接杆7引爆，从而将开口销8剪断并将链接杆7爆出，即通过水下机器人上的控制系统控制火工品单向爆破，爆破产生的轴向冲击力将开口销8剪断并使链接杆7本体轴向爆出，从而将采样筒9等装置进行过载抛弃，以保证水下机器人的安全回收。

本发明的工作原理为：

当水下机器人进行海底泥土采样时，本发明的蜗轮蜗杆驱动组件驱动主动摇杆5转动，将采样筒9展开，直到采样筒9与安装法兰1上的限位块15接触限位锁紧，此时采样筒9与水下机器人本体分离并保持垂直姿态，然后通过水下机器人悬停下压将采样筒9压入泥土中，泥土将采样筒9头端的活塞推杆10推开，采样筒9内的空气通过活塞止动板12上的通孔排出并吸入泥土，当采样泥土充分压入采样筒9内后，采样筒9内的泥土将活塞推杆10推起，使采样筒9重新密封，实现泥土采样任务，采样完成后，本发明的蜗轮蜗杆驱动组件驱动主动摇杆5转动，直到连杆4与主动摇杆5上的限位柱13接触限位锁紧，此时采样筒9与水下机器人本体平行收拢并保持水平姿态，保证水下机器人的总体指标和航行阻力最低。

Claims (8)

1.一种水下机器人海底泥土采样装置，其特征在于：包括安装法兰(1)、连杆(4)、主动摇杆(5)、采样筒(9)和蜗轮蜗杆驱动组件，在所述安装法兰(1)上固设有第一铰接支架(2)和第二铰接支架(3)，在所述采样筒(9)上固设有两对固定夹具(6)，其中所述第一铰接支架(2)与设置于采样筒(9)前端的一对固定夹具(6)铰接，所述第二铰接支架(3)、连杆(4)、主动摇杆(5)依次铰接，且所述主动摇杆(5)远离所述连杆(4)的一端与采样筒(9)上的另一对固定夹具(6)铰接，所述主动摇杆(5)通过所述蜗轮蜗杆驱动组件驱动摆动，所述采样筒(9)前端设有活塞腔封盖法兰(11)，所述安装法兰(1)上设有限位块(15)，所述连杆(4)在所述采样筒(9)完全展开时和所述第二铰接支架(3)呈一条直线，且所述限位块(15)与所述活塞腔封盖法兰(11)的外缘相抵。

2.根据权利要求1所述的水下机器人海底泥土采样装置，其特征在于：所述采样筒(9)前端设有活塞腔封盖法兰(11)、活塞推杆(10)和活塞止动板(12)，在所述活塞腔封盖法兰(11)中部设有一个内部中空的凸起部(16)，所述活塞止动板(12)固设于所述凸起部(16)中，在所述活塞止动板(12)上设有多个通孔，所述活塞推杆(10)的一端设有堵块(17)，且所述堵块(17)设置于所述凸起部(16)中，所述活塞推杆(10)的另一端则穿过所述凸起部(16)的头端伸出至所述凸起部(16)外。

3.根据权利要求2所述的水下机器人海底泥土采样装置，其特征在于：所述凸起部(16)头端呈锥状，所述堵块(17)表面呈与所述凸起部(16)头端的锥状完全契合的锥面，并且在所述锥面上设有橡胶面。

4.根据权利要求1所述的水下机器人海底泥土采样装置，其特征在于：所述主动摇杆(5)上设有一个限位柱(13)，当采样筒(9)完全折起时，所述连杆(4)与所述限位柱(13)相抵。

5.根据权利要求1所述的水下机器人海底泥土采样装置，其特征在于：所述第一铰接支架(2)呈勾状，所述第二铰接支架(3)呈直线状。

6.根据权利要求1所述的水下机器人海底泥土采样装置，其特征在于：所述第一铰接支架(2)和第二铰接支架(3)分别通过链接杆(7)与所述采样筒(9)前端的固定夹具(6)以及所述连杆(4)铰接，且所述链接杆(7)端部设有开口销(8)，在所述链接杆(7)上设有火工品。

7.根据权利要求1所述的水下机器人海底泥土采样装置，其特征在于：所述安装法兰(1)固装于水下机器人的底部框架上。

8.根据权利要求1所述的水下机器人海底泥土采样装置，其特征在于：所述蜗轮蜗杆驱动组件设置于与所述主动摇杆(5)铰接的固定夹具(6)上。