CN109470508A - 一种土壤探测仿生机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种土壤探测仿生机器人，包括壳体、打孔部、前挖掘部、信息收集部、后挖掘部和缆线施放部，可以在一定的土质环境下，在不同的深度进行运动；外壳设计为仿生流线型，减少行进的阻力；打孔部旋转进行打孔工作；前挖掘部疏松土层并向后挖掘土壤；后挖掘部提供向前的推力，起到辅助挖掘推进的作用；信息收集部用于采集外界环境信息和土壤信息；缆线施放部实现在挖掘的通道中布置线缆，具有使用方便、结构紧凑、运行平稳等特点；采用仿生学原理，实时探测当前土壤环境，在挖掘时具有较高的效率；本发明机器人在地下土质检测、土壤环境勘探、电缆、光缆、煤气管道的非开挖铺设以及检修中可以得到广泛应用。

Description

一种土壤探测仿生机器人
技术领域
本发明属于机器人领域，具体涉及一种土壤探测仿生机器人。
背景技术
随着精准农业的大范围普及与快速发展，应用新技术加强对土壤信息的采集与管理，对土壤后期管理和农业研究具有重要的作用，传统的土壤信息采用人工方式采集，存在采样位置不准确，采样数据不够全面等缺陷。因此亟须一种可以在土壤中挖掘前行，可以采集多位置、不同深度的土壤样本并进行数据采样分析，可以进行实时反馈，能够增加子数据的全面性与可靠性的土壤勘探机器人。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种土壤探测仿生机器人，该土壤探测仿生机器人解决了传统的土壤信息采用人工方式采集，存在采样位置不准确和采样数据不够全面的问题。
上述的目的通过以下的技术方案实现：一种土壤探测仿生机器人，包括壳体、打孔部、两个前挖掘部、信息收集部、两个后挖掘部、夯实部、电路控制部和缆线施放部；
所述打孔部位于壳体的头部，打孔部包括直流电机、锥齿轮组、钻头和齿轮钻头连接轴，直流电机水平放置且与钻头放置方向相垂直，直流电机的轴与锥齿轮组通过键连接，锥齿轮组与钻头通过齿轮钻头连接轴相连接；
所述前挖掘部位于壳体的上部，前挖掘部包括挖掘用直流电机、传动机构、挖掘足和前挖掘足固定杆，前挖掘足固定杆与挖掘足相连接，挖掘用直流电机与挖掘足通过传动机构相连接；
所述信息收集部包括外部环境信息收集部和土壤信息收集部，外部信息收集部位于壳体的上部内侧，外部信息收集部包括外部信息采集传感器和传感器固定板，外部信息采集传感器安装在传感器固定板上，壳体的顶面设有透气口，透气口上安装有透气隔档件，外部信息采集传感器通过透气口可以与外界环境相通；土壤信息收集部位于壳体的中部内侧，土壤信息收集部包括电化学传感器、土壤存储箱、土壤采集漏斗、直线电机、直线电机推板和挡板，电化学传感器设置在土壤存储箱内，壳体的顶面设有土壤进口，土壤采集漏斗设置在土壤进口上，土壤采集漏斗的下端与土壤存储箱相连通，直线电机与挡板通过直线电机推板相连接，直线电机通过控制直线电机推板带动挡板移动，从而控制土壤采集漏斗的开关与闭合；壳体内设有信息收集器，外部信息收集部的外部信息采集传感器和土壤信息收集部的电化学传感器均与信息收集器相电性连接；
所述后挖掘部位于壳体的下部，后挖掘部包括挖掘用直流电机、传动机构、挖掘足和后挖掘足固定杆，后挖掘足固定杆与挖掘足相连接，挖掘用直流电机与挖掘足也通过传动机构相连接；
所述缆线施放部位于壳体的下部内侧，缆线施放部包括储缆箱和储缆箱盖，储缆箱盖盖合在储缆箱上。
所述夯实部位于所述壳体的头部上方，所述夯实部包括偏心轮电机和偏心轮，所述偏心轮电机与所述偏心轮通过键连接。
所述电路控制部位于所述壳体内，所述电路控制部包括电路控制箱，所述电路控制箱与所述直流电机、所述挖掘用直流电机、所述偏心轮电机相电性连接。
进一步地，所述传动机构包括曲柄、连杆、滑块和导轨，所述挖掘用直流电机的轴与所述曲柄的一端相固接，所述曲柄与所述连杆通过键连接，所述连杆与所述滑块相连接，所述滑块滑动连接在所述导轨上，所述滑块和所述挖掘足之间连接有长轴。
进一步地，所述外部信息采集传感器包括湿度传感器、温度传感器和压力传感器，所述湿度传感器、所述温度传感器和所述压力传感器均与所述信息收集器相电性连接。
进一步地，所述储缆箱分成上下两层，上层用来施放接收直流电信号的线缆，下层用来施放想要铺设的线缆；储缆箱的中间设有用于缠绕线缆的圆柱形长管。
进一步地，所述壳体的尾部设有用于线缆施放的圆形开口；壳体内设置挖掘直流电机固定板、信息收集器固定板、储缆箱固定板、电路控制箱固定板，用于分别支撑、固定直流电机、信息收集器、储缆箱、电路控制箱。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明土壤探测仿生机器人在连接好电缆后下放到一定深度的土层中，通上电源；打孔部旋转，进行打孔工作；前挖掘部疏松土层并向后挖掘土壤；后挖掘部提供向前的推力，起到辅助挖掘推进的作用；信息收集部用于采集外界环境信息和土壤信息；缆线施放部，能够实现在挖掘的通道中布置线缆的工作，具有使用方便、结构紧凑、运行平稳特点。
2.本发明土壤探测仿生机器人的挖掘足采用仿生昆虫设计，由两部分组成，上半部分为松土部分，用于挖掘时把周围的土层变得松动，下半部分为挖掘部分，用于土壤的挖掘与推进，这样的组合可以使得挖掘效率得到很大的提高，并且减少了能耗。
3.本发明土壤探测仿生机器人的外壳具有集成化的仿生流线结构，在挖掘前进的同时，可以尽量的减少行进的阻力，使得其在运动过程中更加平稳。
4.本发明土壤探测仿生机器人的夯实部能够将打孔部所挖的孔进行夯实，从而得到一个较为稳定的工作空间，防止该土壤探测仿生机器人在通道中卡死。
5.本发明土壤探测仿生机器人的电路控制部能够控制各个电机的转速，从而达到调整挖掘速度的效果。
6.本发明土壤探测仿生机器人的传动机构采用曲柄、连杆、滑块和导轨组合的形式，具有结构简单和传动效率高的优点。
7.本发明土壤探测仿生机器人利用温度、湿度、电化学、压力四种传感器进行土壤信息的收集，并设计由直线电机控制的土壤信息收集部分进行土壤样本采集，可快速存储土壤样本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的正面剖视图；
图3为本发明的侧面剖视图；
图4为本发明的正视图；
图5为本发明的左视图；
图6为本发明中土壤信息收集部的结构示意图；
图中：1、壳体；2、前挖掘足固定杆；3、挖掘足；4、直流电机；5、锥齿轮组；6、钻头；7、齿轮钻头连接轴；8、储缆箱；9、土壤存储箱；10、偏心轮电机；11、偏心轮；12、挖掘直流电机固定板；13、电路控制箱；14、滑块；15、曲柄；16、连杆；17、后挖掘足固定杆；18、导轨；19、储缆箱盖；20、电化学传感器；21、湿度传感器；22、温度传感器；23、压力传感器；24、信息收集器；25、信息收集器固定板；26、电路控制箱固定板；27、储缆箱固定板；28、土壤采集漏斗；29、直线电机；30、直线电机推板；31、挡板；32、传感器固定板；33、挖掘用直流电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1-6所示，本发明提供的一种土壤探测仿生机器人，包括壳体1，还包括打孔部、两个前挖掘部、信息收集部、两个后挖掘部、夯实部、电路控制部和缆线施放部；外壳1设计为集成化的仿生流线型，在挖掘前进的同时，可以尽量的减少行进的阻力，使得其在运动过程中更加平稳；采用两个前挖掘部和两个后挖掘部，便于挖掘前进。
所述打孔部位于壳体1的头部，打孔部包括直流电机4、锥齿轮组5、钻头6和齿轮钻头连接轴7，直流电机4水平放置且与钻头6放置方向相垂直，直流电机4的轴与锥齿轮组5通过键连接，锥齿轮组5与钻头6通过齿轮钻头连接轴7相连接。
所述前挖掘部位于壳体1的上部，前挖掘部包括挖掘用直流电机33、传动机构、挖掘足3和前挖掘足固定杆2，前挖掘足固定杆2与挖掘足3相连接，挖掘用直流电机33与挖掘足3通过传动机构相连接。
所述信息收集部包括外部环境信息收集部和土壤信息收集部，外部信息收集部位于壳体1的上部内侧，外部信息收集部包括外部信息采集传感器和传感器固定板32，外部信息采集传感器安装在传感器固定板32上，壳体1的顶面设有透气口，透气口上安装有透气隔档件，外部信息采集传感器通过透气口可以与外界环境相通；所述透气隔档件可以采用纱网实现，满足透气和隔档的作用。
所述外部信息采集传感器包括湿度传感器21、温度传感器22和压力传感器23，能够收集外界环境中的湿度、温度和压力信息。土壤信息收集部位于壳体1的中部内侧，土壤信息收集部包括电化学传感器20、土壤存储箱9、土壤采集漏斗28、直线电机29、直线电机推板30和挡板31，电化学传感器20设置在土壤存储箱9内，壳体1的顶面设有土壤进口，土壤采集漏斗28设置在土壤进口上，土壤采集漏斗28的下端与土壤存储箱9相连通，直线电机29与挡板31通过直线电机推板30相连接，直线电机29通过控制直线电机推板30带动挡板31移动，从而控制土壤采集漏斗28的开关与闭合；壳体1内还设有信息收集器24，外部信息收集部的外部信息采集传感器和土壤信息收集部的电化学传感器20均与信息收集器24电性连接。
所述后挖掘部位于壳体1的下部，后挖掘部包括挖掘用直流电机33、传动机构、挖掘足3和后挖掘足固定杆17，后挖掘足固定杆17与挖掘足3相连接，挖掘用直流电机33与挖掘足3也通过传动机构相连接。
挖掘足采用仿生昆虫设计，由两部分组成，上半部分为松土部分，用于挖掘时把周围的土层变得松动，下半部分为挖掘部分，用于土壤的挖掘与推进，这样的组合可以使得挖掘效率得到很大的提高，并且减少了能耗。
所述缆线施放部位于壳体1的下部内侧，缆线施放部包括储缆箱8和储缆箱盖19，储缆箱盖19盖合在储缆箱8上；储缆箱8分成上下两层，上层用来施放接收直流电信号的线缆，下层用来施放想要铺设的线缆，使得储缆箱8内部空间布局合理；储缆箱8的中间设有用于缠绕线缆的圆柱形长管，便于安置线缆。
所述夯实部位于壳体1的头部上方，夯实部包括偏心轮电机10和偏心轮11，偏心轮电机10与偏心轮11通过键连接，夯实部能够将打孔部所挖的孔进行夯实，从而得到一个较为稳定的工作空间，防止该土壤探测仿生机器人在通道中卡死。
所述电路控制部位于壳体1内，电路控制部包括电路控制箱13，电路控制箱13与直流电机4、挖掘用直流电机33、偏心轮电机10电性连接，能够控制各个电机的转速，从而达到调整挖掘速度的效果。
进一步地，前挖掘部和后挖掘部的传动机构均可以采用以下形式：传动机构包括曲柄15、连杆16、滑块14和导轨18，直流电机4的轴与曲柄15的一端相固接，曲柄15与连杆16通过键连接，连杆16与滑块14相连接，滑块14滑动连接在导轨18上，滑块14和挖掘足3之间连接有长轴，该传动机构具有结构简单和传动效率高的优点。
进一步地，壳体1的尾部设有用于线缆施放的圆形开口，便于安置线缆；壳体1内也可以设置挖掘直流电机固定板12、信息收集器固定板25、储缆箱固定板27、电路控制箱固定板26，用于分别支撑、固定直流电机4、信息收集器24、储缆箱8、电路控制箱13。
本发明土壤探测仿生机器人的工作过程如下：机器人在连接好电缆后下放到一定深度的土层中，通上电源；打孔部旋转，进行打孔工作；前挖掘部疏松土层并向后挖掘土壤；后挖掘部提供向前的推力，起到辅助挖掘推进的作用；信息收集部用于采集外界环境信息和土壤信息；缆线施放部，能够实现在挖掘的通道中布置线缆的能够工作。
上述具体实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种土壤探测仿生机器人，其特征在于：包括壳体、打孔部、两个前挖掘部、信息收集部、两个后挖掘部、夯实部、电路控制部和缆线施放部；
所述打孔部位于壳体的头部，打孔部包括直流电机、锥齿轮组、钻头和齿轮钻头连接轴，直流电机水平放置且与钻头放置方向相垂直，直流电机的轴与锥齿轮组通过键连接，锥齿轮组与钻头通过齿轮钻头连接轴相连接；
所述前挖掘部位于壳体的上部，前挖掘部包括挖掘用直流电机、传动机构、挖掘足和前挖掘足固定杆，前挖掘足固定杆与挖掘足相连接，挖掘用直流电机与挖掘足通过传动机构相连接；
所述信息收集部包括外部环境信息收集部和土壤信息收集部，外部信息收集部位于壳体的上部内侧，外部信息收集部包括外部信息采集传感器和传感器固定板，外部信息采集传感器安装在传感器固定板上，壳体的顶面设有透气口，透气口上安装有透气隔档件，外部信息采集传感器通过透气口可以与外界环境相通；土壤信息收集部位于壳体的中部内侧，土壤信息收集部包括电化学传感器、土壤存储箱、土壤采集漏斗、直线电机、直线电机推板和挡板，电化学传感器设置在土壤存储箱内，壳体的顶面设有土壤进口，土壤采集漏斗设置在土壤进口上，土壤采集漏斗的下端与土壤存储箱相连通，直线电机与挡板通过直线电机推板相连接，直线电机通过控制直线电机推板带动挡板移动，从而控制土壤采集漏斗的开关与闭合；壳体内设有信息收集器，外部信息收集部的外部信息采集传感器和土壤信息收集部的电化学传感器均与信息收集器相电性连接；
所述后挖掘部位于壳体的下部，后挖掘部包括挖掘用直流电机、传动机构、挖掘足和后挖掘足固定杆，后挖掘足固定杆与挖掘足相连接，挖掘用直流电机与挖掘足也通过传动机构相连接；
所述缆线施放部位于壳体的下部内侧，缆线施放部包括储缆箱和储缆箱盖，储缆箱盖盖合在储缆箱上。
所述夯实部位于所述壳体的头部上方，所述夯实部包括偏心轮电机和偏心轮，所述偏心轮电机与所述偏心轮通过键连接。
所述电路控制部位于所述壳体内，所述电路控制部包括电路控制箱，所述电路控制箱与所述直流电机、所述挖掘用直流电机、所述偏心轮电机相电性连接。
2.根据权利要求1所述的土壤探测仿生机器人，其特征在于：所述传动机构包括曲柄、连杆、滑块和导轨，所述挖掘用直流电机的轴与所述曲柄的一端相固接，所述曲柄与所述连杆通过键连接，所述连杆与所述滑块相连接，所述滑块滑动连接在所述导轨上，所述滑块和所述挖掘足之间连接有长轴。
3.根据权利要求1所述的土壤探测仿生机器人，其特征在于：所述外部信息采集传感器包括湿度传感器、温度传感器和压力传感器，所述湿度传感器、所述温度传感器和所述压力传感器均与所述信息收集器相电性连接。
4.根据权利要求1所述的土壤探测仿生机器人，其特征在于：所述储缆箱分成上下两层，上层用来施放接收直流电信号的线缆，下层用来施放想要铺设的线缆；储缆箱的中间设有用于缠绕线缆的圆柱形长管。
5.根据权利要求1所述的土壤探测仿生机器人，其特征在于：所述壳体的尾部设有用于线缆施放的圆形开口；壳体内设置挖掘直流电机固定板、信息收集器固定板、储缆箱固定板、电路控制箱固定板，用于分别支撑、固定直流电机、信息收集器、储缆箱、电路控制箱。
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