CN108692984B - 一种水下机器人海水采样装置 - 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水采样装置，包括采样筒、安装法兰、连杆和摇杆，所述安装法兰上固设有两个铰接支架，其中第一铰接支架与采样筒前端的固定夹具铰接，第二铰接支架、连杆、摇杆依次铰接，所述摇杆远离所述连杆的一端与采样筒后端的固定夹具铰接，所述摇杆通过一个驱动组件驱动摆动；采样筒内设有一个活塞盘，在安装法兰上设有主动电磁铁，在活塞盘外侧活塞杆的端部设有从动电磁铁，装置采样时所述主动电磁铁和从动电磁铁相对，所述凹槽底面设有带单向阀的流道孔，所述活塞盘上设有锁紧机构。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。

Description

一种水下机器人海水采样装置

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水采样装置。

背景技术

海水采样在海洋资源勘查领域有着十分重要的意义。传统的海水采样方法主要是通过缆绳的收放与实验船配合绞车进行采样作业，每次都需要重复进行缆绳收放以与实验船全程配合完成工作，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点，如果能够利用水下机器人进行海水采样工作，将会节省各方面成本，但这需要对海水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水采样装置，方便水下机器人进行任意深度、任意海域海水采样勘察，并且当水下机器人不进行采样操作时，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：

一种水下机器人海水采样装置，包括采样筒、安装法兰、连杆和摇杆，安装法兰安装在水下机器人上，在所述安装法兰上固设有两个铰接支架，其中第一铰接支架与设置于采样筒前端的固定夹具铰接，第二铰接支架、连杆、摇杆依次铰接，所述摇杆远离所述连杆的一端与设置于采样筒后端的固定夹具铰接，所述摇杆通过一个驱动组件驱动摆动；所述采样筒内设有一凹槽，所述凹槽内设有活塞盘，在所述安装法兰上设有主动电磁铁，在所述活塞盘外侧活塞杆的端部设有从动电磁铁，且当所述采样筒转动至轴向与所述安装法兰轴向平行的位置时，所述主动电磁铁和从动电磁铁相对，所述凹槽底面设有一流道孔，在所述流道孔中设有单向阀，所述活塞盘上设有锁紧机构,所述活塞盘通过所述锁紧机构锁定移动范围。

在所述第一铰接支架上设有限位凸块，当所述采样筒转动至轴向与所述安装法兰轴向平行的位置时，所述限位凸块与所述采样筒相抵。

所述安装法兰一侧设有抱箍，所述主动电磁铁通过所述抱箍固定。

所述凹槽的槽口形成所述采样筒的筒口，所述活塞盘靠近所述采样筒的筒口一侧设有活塞杆。

所述活塞盘在装置未采样时落在所述凹槽底面上，且所述流道孔通过所述活塞盘挡住。

所述锁紧机构包括锁紧销和限位弹簧，在所述凹槽侧壁上设有一圈锁紧槽，所述活塞盘移动时，所述锁紧销的头端与所述采样筒内的凹槽侧壁相抵并压缩所述限位弹簧，所述活塞盘移动至所述锁紧槽位置时，所述锁紧销通过所述限位弹簧作用插入到所述锁紧槽中。

所述锁紧机构设有锁紧螺母，所述锁紧螺母设置于所述活塞盘上，在所述锁紧螺母内设有插槽，所述锁紧销插装入所述插槽中，所述锁紧销前端设有头端，在所述锁紧销上套设有限位弹簧，且所述限位弹簧两端分别与所述锁紧螺母表面以及所述头端底面相抵。

所述头端为锥状。

所述锁紧槽靠近所述凹槽底面一侧设有一圈导向斜面。

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，机构处于限位凸块的限位位置，保证装置在采样过程中活塞杆上的从动电磁铁与主动电磁铁始终处于同心状态，此时也是吸力最大的姿态，这种姿态下进行海水采样效率高、速度快，另外所述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、本发明在活塞盘的圆周边缘设有多组锁紧机构，所述锁紧机构内的锁紧销可以自动插入采样筒内凹槽上的锁紧槽中，实现活塞盘的自动锁紧，另外在活塞盘圆周外侧设有密封圈充分保证海水密封采样。

3、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，有效保证采样任务的顺利实现。

4、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为本发明的立体图，

图2为图1中本发明的主视图，

图3为图1中采样筒内部锁紧机构示意图，

图4为图1中采样筒内部结构示意图，

图5为图1中采样筒收拢状态示意图。

其中，1为抱箍、2为抱箍安装支架、3为从动电磁铁、4为第一铰接支架、5为安装法兰、6为连杆、7为摇杆、8为固定夹具、9为单向阀、10为采样筒、11为锁紧螺栓、12锁紧销、13为限位弹簧、14为锁紧螺母、15为密封圈、16为锁紧槽、17为活塞杆、18为限位凸块、19为主动电磁铁、20第二铰接支架，21为导向斜面，22为活塞盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～5所示，本发明包括采样筒10、安装法兰5、连杆6和摇杆7，其中安装法兰5固装于水下机器人的底部框架上，在所述安装法兰5上固设有第一铰接支架4和第二铰接支架20，在所述采样筒10上固设有两对固定夹具8，其中一对固定夹具8设置于采样筒10前端，另一对固定夹具8设置于所述采样筒10的后端，所述第一铰接支架4与设置于采样筒10前端的固定夹具8铰接，所述第二铰接支架20、连杆6、摇杆7依次铰接，所述摇杆7远离所述连杆6的一端与设置于采样筒10后端的固定夹具8铰接，所述采样筒10、安装法兰5、连杆6和摇杆7形成一个四连杆机构，当所述摇杆7摆动时即驱动所述采样筒10展开，如图4所示，在所述第一铰接支架4上设有限位凸块18，当所述采样筒10转动至与所述安装法兰5轴向平行的位置时，所述限位凸块18与所述采样筒10相抵实现限位，如图1和图5所示，采样完成后，所述摇杆7摆动带动连杆6折起，使采样筒10轴向与所述安装法兰5平行。

所述摇杆7通过一个驱动组件驱动摆动，所述驱动组件设置于采样筒10中后部并固定在与所述摇杆7铰接的固定夹具8上，本实施例中，所述驱动组件为蜗轮蜗杆驱动组件，所述蜗轮蜗杆驱动组件包括一个蜗轮蜗杆减速箱和一个电机，所述电机通过所述蜗轮蜗杆减速箱传递转矩，所述摇杆7通过一转轴与所述采样筒10后端的固定夹具8铰接，所述蜗轮蜗杆减速箱的动力输出轴与所述转轴固连，从而驱动所述摇杆7摆动，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10完全展开时，由采样筒10、安装法兰1、连杆4和摇杆7形成的四连杆机构不会在外力作用下折起。

如图1～5所示，所述采样筒10内设有一凹槽，且所述凹槽的槽口即形成所述采样筒10的筒口，在所述凹槽内设有一个可移动的活塞盘22，在所述活塞盘22靠近所述采样筒10的筒口一侧设有活塞杆17，在所述活塞杆17端部设有从动电磁铁3，在所述安装法兰5一侧设有主动电磁铁19，且如图4所示，当所述连杆6和摇杆7完全展开时，所述采样筒10的筒口面与所述安装法兰5平行，此时所述主动电磁铁19处于所述从动电磁铁3正上方，电磁铁通电吸附即带动所述活塞盘22上移，所述凹槽底面中部设有一流道孔，所述活塞盘22在装置未采样时落在所述凹槽底面上并挡住所述流道孔，在所述流道孔中设有单向阀9，当所述活塞盘22上移离开所述凹槽底面时，海水即由所述单向阀9流入采样筒10内，并充满所述活塞盘22与所述凹槽底面之间的空间，实现海水采样，为了保证筒内密封，在所述活塞盘22圆周外侧套设有密封圈15。

如图3～4所示，在所述活塞盘22的圆周边缘均布多个锁紧机构，所述锁紧机构包括锁紧销12、锁紧螺母14和限位弹簧13，所述锁紧螺母14设置于所述活塞盘22上，在所述锁紧螺母14内设有插槽，所述锁紧销12插装入所述插槽中，所述锁紧销12前端为锥状的头端，在所述锁紧销12上套设有限位弹簧13，且所述限位弹簧13两端分别与所述锁紧螺母14表面以及所述锥状头端底面相抵。当所述活塞盘22移动时，所述锁紧销12的头端与所述采样筒10内的凹槽侧壁相抵，从而压缩所述限位弹簧13。如图4所示，在所述凹槽中部设有一圈锁紧槽16，当所述活塞盘22移动至所述锁紧槽16位置时，所述锁紧销12即通过所述限位弹簧13作用插入到所述锁紧槽16中，从而锁定所述活塞盘22的位置，为了保证锁紧销12顺利滑入所述锁紧槽16内，在所述锁紧槽16靠近所述凹槽底面一侧设有一圈导向斜面21，所述锁紧销12的锥状头端可沿着所述导向斜面21插入所述锁紧槽16内。

如图1～5所示，每对固定夹具8通过锁紧螺栓11连接，所述安装法兰5一侧设有抱箍1，所述主动电磁铁19通过所述抱箍1固定，所述抱箍1通过一个抱箍安装支架2安装在所述安装法兰5上。

本发明的工作原理为：

本发明工作时，驱动组件驱动所述摇杆7摆动，使采样筒10转动至轴向与安装法兰5轴向平行的位置，此时所述安装法兰5上的主动电磁铁19处于所述从动电磁铁3上方，电磁铁通电吸附即带动所述活塞盘22上移，所述活塞盘22上移离开采样筒10内的凹槽底面时，海水即由所述单向阀9流入采样筒10内，并充满所述活塞盘22与所述凹槽底面之间的空间实现海水采样，在所述活塞盘22的圆周边缘均布多个锁紧机构，所述锁紧机构设有锁紧销12和限位弹簧13，当所述活塞盘22上移过程中，所述锁紧销12与采样筒10内凹槽的侧壁相抵并压缩所述限位弹簧13，当所述活塞盘22移动所述锁紧槽16的位置时，所述锁紧销12即在限位弹簧13作用下插入到锁紧槽16内，实现将活塞盘22锁定，然后电磁铁断电，并且驱动组件驱动所述摇杆7反向摆动收起采样筒10，所述采样筒10收起时轴向与所述安装法兰5面平行。

Claims (9)

1.一种水下机器人海水采样装置，其特征在于：包括采样筒(10)、安装法兰(5)、连杆(6)和摇杆(7)，安装法兰(5)安装在水下机器人上，在所述安装法兰(5)上固设有两个铰接支架，其中第一铰接支架(4)与设置于采样筒(10)前端的固定夹具(8)铰接，第二铰接支架(20)、连杆(6)、摇杆(7)依次铰接，所述摇杆(7)远离所述连杆(6)的一端与设置于采样筒(10)后端的固定夹具(8)铰接，所述摇杆(7)通过一个驱动组件驱动摆动；所述采样筒(10)内设有一凹槽，所述凹槽内设有活塞盘(22)，在所述安装法兰(5)上设有主动电磁铁(19)，在所述活塞盘(22)外侧活塞杆(17)的端部设有从动电磁铁(3)，且当所述采样筒(10)转动至轴向与所述安装法兰(5)轴向平行的位置时，所述主动电磁铁(19)和从动电磁铁(3)相对，所述凹槽底面设有一流道孔，在所述流道孔中设有单向阀(9)，所述活塞盘(22)上设有锁紧机构,所述活塞盘(22)通过所述锁紧机构锁定移动范围。

2.根据权利要求1所述的水下机器人海水采样装置，其特征在于：在所述第一铰接支架(4)上设有限位凸块(18)，当所述采样筒(10)转动至轴向与所述安装法兰(5)轴向平行的位置时，所述限位凸块(18)与所述采样筒(10)相抵。

3.根据权利要求1所述的水下机器人海水采样装置，其特征在于：所述安装法兰(5)一侧设有抱箍(1)，所述主动电磁铁(19)通过所述抱箍(1)固定。

4.根据权利要求1所述的水下机器人海水采样装置，其特征在于：所述凹槽的槽口形成所述采样筒(10)的筒口，所述活塞盘(22)靠近所述采样筒(10)的筒口一侧设有活塞杆(17)。

5.根据权利要求1或4所述的水下机器人海水采样装置，其特征在于：所述活塞盘(22)在装置未采样时落在所述凹槽底面上，且所述流道孔通过所述活塞盘(22)挡住。

6.根据权利要求1所述的水下机器人海水采样装置，其特征在于：所述锁紧机构包括锁紧销(12)和限位弹簧(13)，在所述凹槽侧壁上设有一圈锁紧槽(16)，所述活塞盘(22)移动时，所述锁紧销(12)的头端与所述采样筒(10)内的凹槽侧壁相抵并压缩所述限位弹簧(13)，所述活塞盘(22)移动至所述锁紧槽(16)位置时，所述锁紧销(12)通过所述限位弹簧(13)作用插入到所述锁紧槽(16)中。

7.根据权利要求6所述的水下机器人海水采样装置，其特征在于：所述锁紧机构设有锁紧螺母(14)，所述锁紧螺母(14)设置于所述活塞盘(22)上，在所述锁紧螺母(14)内设有插槽，所述锁紧销(12)插装入所述插槽中，所述锁紧销(12)前端设有头端，在所述锁紧销(12)上套设有限位弹簧(13)，且所述限位弹簧(13)两端分别与所述锁紧螺母(14)表面以及所述头端底面相抵。

8.根据权利要求7所述的水下机器人海水采样装置，其特征在于：所述头端为锥状。

9.根据权利要求6所述的水下机器人海水采样装置，其特征在于：所述锁紧槽(16)靠近所述凹槽底面一侧设有一圈导向斜面(21)。