CN109085013B

CN109085013B - 基于区域单元布点的柱状土壤样本连续采样装置及机器人

Info

Publication number: CN109085013B
Application number: CN201811157096.7A
Authority: CN
Inventors: 刘兆云
Original assignee: Suzhou Huanyou Testing Co ltd
Current assignee: Suzhou Huanyou Testing Co.,Ltd.
Priority date: 2018-09-30
Filing date: 2018-09-30
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2038-09-30
Also published as: CN109085013A

Abstract

本发明公开了基于区域单元布点的柱状土壤样本连续采样装置及机器人，主要涉及土壤监测设备领域。包括取样铲机构、主机机构、取样行程机构、车体，所述车体为具备遥控控制和/或能够设定预定路线的小车，主机机构能够连续依次夹持取样铲机构，使取样铲机构与取样行程机构连接完成多次取样。本发明的有益效果在于：实现单元代表区域内多个布点取样点之间的连续、自动取样，解决了土壤检测环节中的人工占用较大问题、效率低下问题、耗时较长问题、以及人员健康安全问题。

Description

基于区域单元布点的柱状土壤样本连续采样装置及机器人

技术领域

本发明涉及土壤监测设备领域，具体是基于区域单元布点的柱状土壤样本连续采样装置及机器人。

背景技术

土壤环境监测，是指了解土壤环境质量状况的重要措施。以防治土壤污染危害为目的，对土壤污染程度、发展趋势的动态分析测定。包括土壤环境质量的现状调查、区域土壤环境背景值的调查、土壤污染事故调査和污染土壤的动态观测。土壤环境监测一般包括准备、布点、采样、制样、分析测试、评价等步骤。质量控制/质量保证应该贯穿始终。

土壤样品的采集是土壤检测的一个重要环节，采集有代表性的土壤，是如实反映客观情况，是测配土壤改造方法的先决条件。因此，选择代表性的区域和土壤，并采用适当的采样手段，都是土壤检测的重要环节。

在对取样技术措施控制过程中，对于代表区域内的采样布点，如果要提高对于情况反应的客观性和准确性，其主要的方法就是广泛布点，并提高采样数量，通过布点和合理性和概率的协调，获得对客观数据的接近。然而，由于采样的目标土壤单元区域往往面积较大，如大片的农田、草原等，故采样的布点的丰富，直接造成了采样工作的大幅增加和效率的降低，相对于取样过程，在各个布点间跑点往往更占用人工和耗费时间，而一个检测项目相对布点的要求往往难以投入足够的人力和周期，造成二者之间的队里，使只能放弃或偏重一边，造成了监测初期的主要矛盾和难题。

同时，在许多的采样区域，自然环境恶劣，甚至存在许多危险，勘察人员在跑点途中不但要面对各种恶劣的自然环境，还可能存在安全隐患，危害个人的健康和安全。

综上所述，土壤检测在设定区域单元内进行多布点取样操作，对于工作人员的劳动量、耗时、健康、安全都存在难以克服的矛盾，如果能够提高土壤采样阶段的自动化，则会避让上述问题和矛盾，取得行业发展的平衡。但是，现有技术的取样装置，只能够部分的辅助人工操作，仍然无法解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于区域单元布点的柱状土壤样本连续采样装置及机器人，它能够彻底摆脱人工的取样，实现单元代表区域内多个布点取样点之间的连续、自动取样，解决了土壤检测环节中的人工占用较大问题、效率低下问题、耗时较长问题、以及人员健康安全问题。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

基于区域单元布点的柱状土壤样本连续采样装置，包括：

1)取样铲机构，

所述取样铲机构包括外筒和内铲，所述外筒为圆柱形的筒壳，所述外筒的顶部为敞口结构，所述外筒的侧壁上设有U型槽，所述外筒的底面上设有挡板，所述挡板为半圆形或类半圆形，所述内铲包括自上而下依次连接的连接盘、连接柱、铲筒、铲头，所述铲筒的顶面设有标记块，所述标记块与铲头的中轴位置相冲齐，所述铲头为截面不超过半圆的C形铲；

2)主机机构，

所述主机机构包括回型筒壳，所述回型筒壳的底面设有承重板，所述承重板的一端居中的设有能够使铲头贯穿的下铲口，且所述承重板设置有下铲口的一端定义为前端，

所述回型筒壳内设有与其固定连接的安装条板，所述安装条板与下铲口相邻的一端可转动的安装有控制轮，所述控制轮为十字结构的星型轮，所述控制轮通过第一电机驱动且其每次转动1/4圆周，

所述控制轮与安装条板之间还设有下调整轮，所述下调整轮设置于控制轮的前端且可转动的安装在安装条板上，所述下调整轮能够与位于回型筒壳前端的外筒的外壁相接触，所述下调整轮通过第二电机驱动，所述回型筒壳前侧的内壁上居中的安装有用于判断U型槽是否冲齐的第一探头，所述第一探头与第二电机信号连接，

所述安装条板上还可转动的安装有带轮，所述带轮上缠绕有回型皮带，所述回型皮带居中的设置于回型筒壳内的轴线上，所述回型皮带设置于控制轮的后方，所述回型皮带与回型筒壳之间形成通道，所述通道的宽度与外筒相适应，通过所述回型皮带的定向转动能够搓动外筒向前端移动，

所述安装条板上还设有T型架，所述T型架的前端安装有上调整轮，所述上调整轮能够与位于回型筒壳前端的铲筒外壁相接触并驱动铲筒转动，所述上调整轮通过第三电机驱动，所述T型架的前端还安装有第二探头，所述第二探头与第三电机信号连接且用于判断标记块是否与探头冲齐，

3)取样行程机构，

所述取样行程机构包括立架、行程导轨、行程丝杠、升降滑台，所述立架固定在回型筒壳上，所述行程导轨和行程丝杠沿高度方向竖直的安装在立架上，所述行程导轨上的滑块和行程丝杠上的丝母均固定在升降滑台上，

所述升降滑台与回型筒壳相邻的一端设有定位架，所述定位架的外端设有上定位盘，所述上定位盘与被控制轮限制在回型筒壳前端的取样铲机构的连接盘上下对应，所述升降滑台的下方设有轨道架，所述轨道架内滑动连接有调节杆，所述调节杆与回型筒壳相邻的一端设有下定位盘，所述下定位盘上设有用于使连接柱穿过的让位槽，调节杆的顶面设有齿条，所述升降滑台上安装有第一齿轮，所述第一齿轮与齿条相啮合，所述第一齿轮通过第四电机驱动，控制下定位盘的伸缩，使下定位盘探出时冲齐于上定位盘的下方。

所述承重板的顶面为自后端向前端下倾的斜面，且所述承重板的前端设有凸台，所述凸台与承重板之间设有坡面。

所述回型皮带的外表面设有竖直设置的齿形纹理。

区域单元内全自动土壤取样机器人，包括车体和土壤样本连续采样装置，所述车体为具备遥控控制和/或能够设定预定路线的小车，所述回型筒壳固定安装在车体上。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

通过在通道中预先放置多个取样铲机构，从而能够依靠自身控制轮、上调整轮和下调整轮对所载取样铲装置进行控制，从而实现使其逐个取柱状土样的功能。所述回型皮带定向转动能够搓动多个外筒向前端移动，所述控制轮转动一次1/4周，将取样铲机构逐个的限位夹持在回型筒壳的前端，所述下调整轮能够搓动外筒转动调整位置使U型槽一侧冲前，所述上调整轮能够搓动铲筒转动调整位置使铲头在后侧，从而能够避开挡板自下铲口插入地面取样。

所述取样行程机构与主机机构配合，当控制轮将一个取样铲机构转动至主机机构前端，其位置正好与上定位盘冲齐，通过在定位架上设置距离开关或者红外传感器等探头组件，可以联动第一齿轮转动，从而使下定位盘伸出与上定位盘上下对齐，并将连接盘夹在中间，实现两个机构的连接，随后随着升降滑台的下降和上升，完成一个柱状样本的土壤取样过程。取样完成后下定位盘收回同时上调整轮转动使挡板挡住铲头，完成样本的保存。并通过控制轮转到回型皮带的另一侧。

本装置及机器人，通过上述结构及操作，能够彻底摆脱人工的取样。实现单元代表区域内多个布点取样点之间的连续、自动取样，只要设定好路程或通过遥控手段，就能够实现全自动全流程取样。解决了土壤检测环节中的人工占用较大问题、效率低下问题、耗时较长问题、以及人员健康安全问题。

附图说明

附图1是本发明实施例1的示意图。

附图2是本发明实施例1的的俯视图。

附图3是本发明附图2的A-A剖面图。

附图4是本发明的内部结构示意图。

附图5是本发明的取样铲机构拆分示意图。

附图中所示标号：

1、外筒；2、U型槽；3、挡板；4、连接盘；5、连接柱；6、铲筒；7、铲头；8、标记块；9、回型筒壳；10、承重板；11、下铲口；12、安装条板；13、控制轮；14、下调整轮；15、带轮；16、回型皮带；17、T型架；18、上调整轮；19、立架；20、行程导轨；21、行程丝杠；22、升降滑台；23、定位架；24、上定位盘；25、轨道架；26、调节杆；27、下定位盘；28、第一齿轮；29、让位槽。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

实施例1：基于区域单元布点的柱状土壤样本连续采样装置，包括：

1)取样铲机构，

所述取样铲机构包括外筒1和内铲。

所述外筒1为圆柱形的筒壳，所述外筒1的顶部为敞口结构，所述外筒1的侧壁上设有U型槽2，所述U型槽2的顶侧开口，用于方便在取样行程机构控制内铲上下取样的时候，给连接的架体让位出形成空间。所述外筒1的底面上设有挡板3，所述挡板3为半圆形，从而形成半圆形的缺口，方便内铲下铲。

所述内铲包括自上而下依次连接的连接盘4、连接柱5、铲筒6、铲头7，所述铲筒6的顶面设有标记块8，所述标记块8与铲头7的中轴位置相冲齐，所述铲头7为截面是半圆的C形铲，且所述铲头7的底端设有倾斜的铲面；

2)主机机构，

所述主机机构包括回型筒壳9，所述回型筒壳9的底面设有承重板10，所述承重板10的一端居中的设有能够使铲头7贯穿的下铲口11，且所述承重板10设置有下铲口11的一端定义为前端。用于与取样行程机构相配合的一端。

所述回型筒壳9内设有安装条板12，安装条板12的底部通过连接杆固定在承重板10上。

所述安装条板12与下铲口11相邻的一端可转动的安装有控制轮13，所述控制轮13为十字结构的星型轮，所述控制轮13通过第一电机驱动且其每次转动1/4圆周。

所述控制轮13与安装条板12之间还设有下调整轮14，所述下调整轮14设置于控制轮13的前端且可转动的安装在安装条板12上，所述下调整轮14的周侧超过控制轮13凹陷曲面的最凹点且能够与位于回型筒壳9前端的外筒1的外壁相接触，从而能够推动前端的外筒1转动，所述下调整轮14通过第二电机驱动，所述下调整轮14的表面设有阻力齿。

所述回型筒壳9前侧的内壁上居中的安装有用于判断U型槽2是否冲齐的第一探头，所述第一探头与第二电机信号连接，控制下调整轮14转动，搓动外筒1转动直到外筒1上的U型槽2向前端冲齐。

所述安装条板12上还可转动的安装有带轮15，所述带轮15上缠绕有回型皮带16，所述回型皮带16居中的设置于回型筒壳9内的轴线上，所述回型皮带16设置于控制轮13的后方，所述回型皮带16与回型筒壳9之间形成通道，所述通道的宽度与外筒1相对应。

所述安装条板12上还设有T型架17，所述T型架17的前端安装有上调整轮18，所述上调整轮18能够与位于回型筒壳9前端的铲筒6外壁相接触并驱动铲筒6转动，所述上调整轮18通过第三电机驱动，所述T型架17的前端还安装有第二探头，所述第二探头与第三电机信号连接且用于判断标记块8是否与探头冲齐。

设置一排取样铲在回型皮带16的一侧，被控制轮13逐个夹持在主机机构的前端，通过下调整轮14调整外筒1转动使其U型槽2冲前，通过上调整轮18调整内铲使铲头7避开挡板3能够下铲。

3)取样行程机构，

所述取样行程机构包括立架19、行程导轨20、行程丝杠21、升降滑台22，所述立架19固定在回型筒壳9上，所述立架19的顶端设有顶板且底端设有底板，所述行程导轨20和行程丝杠21沿高度方向竖直的安装在顶板和底板之间，所述行程导轨20上的滑块和行程丝杠21上的丝母均固定在升降滑台22上。

所述升降滑台22与回型筒壳9相邻的一端设有定位架23，所述定位架23的外端设有上定位盘24，所述上定位盘24与被控制轮13限制在回型筒壳9前端的取样铲机构的连接盘4上下对应，所述升降滑台22的下方设有轨道架25，所述轨道架25内滑动连接有调节杆26，所述调节杆26与回型筒壳9相邻的一端设有下定位盘27，所述下定位盘27上设有用于使连接柱5穿过的让位槽29，调节杆26的顶面设有齿条，所述升降滑台22上安装有第一齿轮28，所述第一齿轮28与齿条相啮合，所述第一齿轮28通过第四电机驱动，控制下定位盘27的伸缩，使下定位盘27探出时冲齐于上定位盘24的下方。当控制轮13将取样铲夹持在主机前端后，连接盘4位于上定位盘24的底面且上下对其，在定位架23上可以设置用于探知连接盘4是否到位的接近开关或者红外探头，并将信号反馈至控制第一齿轮28的步进电机，从而控制第一齿轮28的转动，使下定位盘27的伸缩配合上定位盘24，将连接盘4夹在中间，控制其上下。

实施例2：区域单元内全自动土壤取样机器人，包括车体，所述车体包括车架、车轮及控制盒，所述车架上载有实施例1所述的基于区域单元布点的柱状土壤样本连续采样装置，所述控制盒用于对车体的行进路线进行控制，能够进行远程遥控和设定预定路线，且具备通讯功能，设置GPRS定位装置，使勘察人员能够及时了解和控制取土及跑点进程。

Claims

1.基于区域单元布点的柱状土壤样本连续采样装置，其特征在于，包括：

1)取样铲机构，

2)主机机构，

3)取样行程机构，

2.根据权利要求1所述基于区域单元布点的柱状土壤样本连续采样装置，其特征在于：所述承重板的顶面为自后端向前端下倾的斜面，且所述承重板的前端设有凸台，所述凸台与承重板之间设有坡面。

3.根据权利要求1所述基于区域单元布点的柱状土壤样本连续采样装置，其特征在于：所述回型皮带的外表面设有竖直设置的齿形纹理。

4.区域单元内全自动土壤取样机器人，其特征在于，包括车体和如权利要求1～3任一项所述的基于区域单元布点的柱状土壤样本连续采样装置，所述车体为具备遥控控制和/或能够设定预定路线的小车，所述回型筒壳固定安装在车体上。