CN110763503A - 基于rov的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置及其固定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于ROV的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置及其固定方法，固定舱及驱动油缸分别安装于ROV上，ROV为驱动油缸提供液压油，固定舱的一端与前盖密封连接，另一端与存放舱的一端密封连接，存放舱的另一端密封连接有后盖，固定舱内安装有带割刀的刀架，存放舱上开设有投放口；刚体穿过后盖后插入存放舱内，并与活塞的一侧相连，活塞的另一侧连接有割刀压板，活塞与存放舱的内壁密封滑动连接；固定液存放袋内存放有固定溶液，固定液存放袋通过胶管通道与固定舱内部相连通。本发明满足深海生态系统的贻贝等大型生物原位固定需求，受取样深度影响小，耐腐蚀性能强，存放体积大，工作灵活稳定，并可快速、有效地固定大型生物样品。
Description
技术领域
本发明属于深海贻贝等大型生物原位固定领域，具体地说是一种基于ROV的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置及其固定方法。
背景技术
由于深海环境与上层海洋环境存在巨大的理化差异，同时上千米的水深也难以短时间内完成采样，采样过程中生物的生理状态无疑会发生巨大改变。目前的取样手段无法真实再现深海的真实状态，是制约深海生物研究的主要瓶颈。深海生物在极端环境下适应性进化产生了一系列特殊的天然产物的环境胁迫应对机制，蕴藏了亟待开发的基因资源。
目前，国内多家海洋研究机构，都开展了相关固定设备的研发；但是，开展的有关深海生物的固定技术研究，大部分是以微生物或者是大型生物简单存放机构为主，比如：微生物原位自动化富集固定装置、深海极端环境微生物初级生产力原位检测装置等。对于大型生物方面的固定设备还在预研阶段，国内尚无或极少研制和应用先例，其难点在于大型生物捕获方式、破碎方式、固定方式等。而且，微生物或者是大型生物简单存放机构的整体结构不适用于ROV(遥控无人潜水器)作业，生物的固定效果也不佳。
发明内容
参考传统深海微生物原位富集固定的优点，结合深海贻贝等大型生物原位固定方式的特点，本发明的目的在于提供一种基于ROV的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置及其固定方法。本发明利用ROV的精准定位捕获能力、动力供应能力、通讯能力，使实现方式的难度大大降低。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的切割式原位固定装置包括固定液存放袋、前盖、固定舱、存放舱、后盖、刀架、割刀压板、驱动油缸、刚体、活塞及割刀，其中固定舱及驱动油缸分别安装于ROV上，该ROV为驱动油缸提供液压油，所述固定舱的一端与前盖密封连接，另一端与存放舱的一端密封连接，该存放舱的另一端密封连接有后盖，所述固定舱内安装有带割刀的刀架，所述存放舱上开设有投放生物样品的投放口；作为所述驱动油缸输出的刚体穿过后盖后插入存放舱内，并与活塞的一侧相连，该活塞的另一侧连接有随活塞连动的割刀压板，所述活塞与存放舱的内壁密封滑动连接；所述固定液存放袋内存放有固定溶液，该固定液存放袋通过胶管通道与所述固定舱内部相连通。
其中：所述刀架的一端为环状结构，安装于所述固定舱另一端的内表面，该环状结构朝向前盖的端面对称设有两处沿轴向延伸的延伸部，所述延伸部为中空结构，中空的一侧边缘为所述环状结构朝向前盖的端面，中空的另一侧边缘开设有多个凹槽，每个所述凹槽中均安装有割刀。
所述延伸部的宽度沿生物样品推送方向逐渐向中间缩小，两处对称的延伸部之间为向活塞一侧弯曲的弧面。
所述中空的另一侧边缘呈“V”字形；两侧所述延伸部上的凹槽数量相等、且一一对应，每个所述割刀的两端分别安装于相对应的两个凹槽内。
所述割刀压板由多块压板叠制而成，每块压板均分为压板导向板及压板挤压部，该压板挤压部的一侧与所述活塞的另一侧连接，压板挤压部的另一侧设有水平投影呈“V”字形的割刀压板缺口，该割刀压板缺口两侧对称设有压板导向板，每块压板上的压板导向板在随活塞移动过程中由相邻两割刀之间穿过。
所述驱动油缸上安装有导向盘，该导向盘上开设有至少一个导向孔，所述导向孔内穿设有导向杆，该导向杆的一端插入所述存放舱内，并与所述活塞相连、限制活塞及驱动油缸转动，导向杆的另一端始终在所述导向孔中滑动。
所述前盖上分别安装有固定接头、泄压接头A及泄压接头B，所述固定舱内设有固定液延长管，该固定液延长管与固定接头的一端相连通，所述固定接头的另一端通过胶管通道与固定液存放袋相连通，在胶管通道上设有固定阀门；所述泄压接头A的一端与前盖螺纹连接、并与固定舱内部相边通，泄压接头A另一端通过管路与外界相连通，并在管路上安装有泄压阀门；所述泄压接头B的一端与前盖螺纹连接、并与固定舱内部相边通，泄压接头B的另一端通过管路与外界相连通，并在管路上安装有单向阀。
所述驱动油缸的长度与刚体在存放舱和固定舱内的移动距离相等。
本发明基于ROV的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置的固定方法为：包括如下步骤：
步骤一，岸基端对原位固定装置整体进行拆解清洗工作；
步骤二，清洗后进行组装，初始状态下所述固定液存放袋内部充满固定溶液，所述活塞与后盖抵接，所述固定舱内部与固定液存放袋之间的胶管通道上设置的固定阀门以及固定舱内部与外界连通管路上设置的泄压阀门均处于关闭状态；
步骤三，通过所述投放口向存放舱内投放生物样品，打开所述泄压阀门，启动驱动油缸，使得刚体伸出运动，通过所述活塞带动割刀压板前伸运动，该割刀压板朝前的一侧接触生物样品，并带动生物样品进行前移，当生物样品接触割刀时，进行生物样品切割；生物样品切割完成后，通过割刀之间的间隙被割刀压板推到固定舱中；所述固定舱中的水体通过泄压阀门排出至固定舱外，关闭泄压阀门，该固定舱通过活塞成为密闭舱体；打开所述固定阀门，使用ROV机械手挤压所述固定液存放袋，使固定液经胶管通道、固定阀门进入固定舱内，与固定舱内切割后的生物样品混合，完成生物样品固定；
步骤四，岸基端取样工作；将原位固定装置回收到岸基端，拆除所述前盖，取出贻贝等大型生物，完成整体作业。
其中：所述刀架内表面设置了活塞密封环，所述活塞外表面套设有密封O圈，当所述驱动油缸向前运动完成后，活塞上的密封O圈到达所述活塞密封环处，所述固定舱通过密封O圈与活塞密封环的作用成为密闭舱体。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明满足深海生态系统的贻贝等大型生物原位固定需求，受取样深度影响小，耐腐蚀性能强，存放体积大，工作灵活稳定，并可快速、有效地固定大型生物样品。
2.本发明基于ROV系统，可以重新利用ROV的精确定位、实时通讯、有效可控等特点。
3.本发明结构小巧紧凑，运行平稳误差小，并可适用于多种深度、温度及洋流环境下的复杂海底环境，可广泛应用于需要严格保真的贻贝等大型生物获取、固定。
4.本发明的割刀与割刀压板之间形成一菱形，可将贝由横向变为竖向，切割效果好。
附图说明
图1为本发明切割式原位固定装置的整体结构示意图；
图2为本发明切割式原位固定装置去掉固定液存放袋及胶管通道后的结构俯视图；
图3为本发明切割式原位固定装置中刀架的立体结构示意图；
图4为本发明切割式原位固定装置中刀架的结构主视图；
图5为图4安装割刀后的结构俯视图；
图6为本发明切割式原位固定装置中刀架安装割刀后的结构侧视图；
图7为本发明切割式原位固定装置中割刀压板的结构主视图；
图8为图7的俯视图；
其中：1为固定液存放袋，2为胶管通道，3为固定阀门，4为固定接头，5为泄压阀门，6为泄压接头A，7为前盖，8为固定舱，9为喇叭口，10为投放口，11为存放舱，12为活塞密封环，13为后盖，14为刀架，1401为环状结构，1402为延伸部，15为割刀压板，1501为压板导向板，1502为压板挤压部，16为导向杆，17为螺栓，18为导向孔，19为驱动油缸，20为油口，21为割刀压板缺口，22为固定小卡件，23为固定大卡件，24为刚体，25为导向盘，26为活塞，27为割刀，28为密封O圈，29为单向阀，30为泄压接头B，31为固定液延长管，32为凹槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～8所示，本发明的切割式原位固定装置包括固定液存放袋1、前盖7、固定舱8、存放舱11、后盖13、刀架14、割刀压板15、驱动油缸19、刚体24、活塞26及割刀27，其中驱动油缸19利用两个固定小卡件22与固定安装在ROV底板上，ROV利用驱动油缸19上的油口20为驱动油缸19提供液压油，以完成刚体24的往返动作；固定舱8利用固定大卡件23固定安装在ROV底板上，固定舱8的一端与前盖7密封连接，另一端与存放舱11的一端密封连接，该存放舱11的另一端密封连接有后盖13。固定液存放袋1内存放有固定溶液，本实施例的固定溶液为固定液RNALater。
固定舱8内安装有带割刀27的刀架14，存放舱11上开设有向舱内投放生物样品的投放口10，投放口10的开口直径可按照深海贻贝等大型生物的外形尺寸进行调整；为了方便将生物样品放入在投放口10，本实施例在投放口10的外沿放置有便于生物样品投放的喇叭口9。作为驱动油缸19输出的刚体24(即驱动油缸19的活塞杆)穿过后盖13后插入存放舱11内，并与活塞26的一侧通过两个螺栓17固接，该活塞26的另一侧焊接有随活塞26连动的割刀压板15。活塞26的外环上装置有密封O圈28，活塞26与存放舱11的内壁密封滑动连接。本实施例驱动油缸19的长度与刚体24在存放舱11和固定舱8内的移动距离相等，用于保障固定舱8内部生物样品的破碎距离和抽取的固定液体积为设定方式实现。
在驱动油缸19独立工作下、刚体24的往返运动过程中，活塞26容易出现转动现象。为了避免活塞26及驱动油缸19转动，在驱动油缸19上安装有导向盘25，该导向盘25上开设有至少一个导向孔18(本实施例的导向孔18为两个)，导向孔18内穿设有导向杆16，该导向杆16的一端经后盖13插入存放舱11内，并与活塞26相连、限制活塞26及驱动油缸19转动，导向杆16的另一端始终在导向孔18中自由滑动。
前盖7上分别安装有固定接头4、泄压接头A6及泄压接头B30，固定舱8内设有固定液延长管31，该固定液延长管31与固定接头4的一端相连通，固定接头4的另一端通过胶管通道2与固定液存放袋1相连通，在胶管通道2上设有固定阀门3。泄压接头A6的一端与前盖7螺纹连接、并与固定舱8内部相边通，泄压接头A6另一端通过管路与外界相连通，并在管路上安装有泄压阀门5。泄压接头B30的一端与前盖7螺纹连接、并与固定舱8内部相边通，泄压接头B30的另一端通过管路与外界相连通，并在管路上安装有单向阀29。固定液存放袋1、胶管通道2、固定阀门3、固定接头4、前盖7及固定液延长管31形成一个通路。
刀架14的一端为环状结构1401(本实施例为圆环)，安装于固定舱8另一端的内表面，该环状结构1401朝向前盖7的端面对称设有两处沿轴向延伸的延伸部1402，每个延伸部1402均为中空结构，中空的一侧边缘为环状结构1401朝向前盖7的端面，中空的另一侧边缘开设有多个凹槽32，每个凹槽32中均安装有割刀27。延伸部1402的宽度沿生物样品推送方向逐渐向中间缩小，两处对称的延伸部1402之间为向活塞26一侧弯曲的弧面。中空的另一侧边缘呈“V”字形，这样两个延伸部1402之间安装的割刀27的水平投影呈“V”字形。两侧延伸部1402上的凹槽32数量相等、且一一对应，每个割刀27的两端分别安装于相对应的两个凹槽32内。本实施例的延伸部1402的水平投影呈等腰梯形，中间的中空结构呈等腰三角形，等腰三角形的两个腰即为中空的另一侧边缘，每个腰上均开设有数量相等的凹槽32，凹槽32沿生物样品推送方向开设。本实施例两个延伸部1402之间的部分竖直投影呈“C”字形。刀架14内表面设置有活塞密封环12，活塞26外表面套设有密封O圈28，当驱动油缸22向前运动完成后，活塞26上的密封O圈28到达活塞密封环12处，固定舱8通过密封O圈28与活塞密封环12的作用成为密闭舱体。
割刀压板15由多块压板叠制而成，每块压板均分为压板导向板1501及压板挤压部1502，该压板挤压部1502的一侧与活塞26的另一侧连接，压板挤压部1502的另一侧设有水平投影呈“V”字形的割刀压板缺口21，该割刀压板缺口21两侧对称设有压板导向板1501，每块压板上的压板导向板1501在随活塞26移动过程中由相邻两割刀27之间穿过。割刀压板缺口21尺寸按照投放口10的尺寸进行设计。本实施例的割刀压板15由十二块压板组成，割刀27为十三把，压板导向板1501的前端预先放置到两相邻割刀27之间，预先进行导向；“V”字形的割刀压板缺口21与两个延伸部1402之间安装的割刀27的“V”字形即形成一个菱形，能够把贝由横的状态变为竖的状态，使贝在竖立的状态下进行切割。
本实施例的胶管通道2为法国saint-gobain(圣戈班)公司生产。本发明切割式原位固定装置整体使用非金属透明材料(如特氟龙)，固定阀门3、泄压阀门5、喇叭口9采用金属材料(Ti合金)加工完成，避免样品的污染。
本发明的切割式原位固定装置需要对深海贻贝等大型生物进行获取、破碎、固定的固定方法，包括如下步骤：
步骤一，岸基端整体拆解清洗工作，对深海贻贝等大型生物原位固定装置整体进行分解拆卸，然后进行清洗；
步骤二，清洗后进行组装，初始状态下固定液存放袋1内部充满固定溶液，活塞26与后盖13抵接，固定舱8内部与固定液存放袋1之间的胶管通道2上设置的固定阀门3以及固定舱8内部与外界连通管路上设置的泄压阀门5均处于关闭状态；
步骤三，通过通过ROV深海高清摄像观测并抓取大型生物样品(如贻贝)放入喇叭口9，生物样品通过重力作用经投放口10落入到固定舱8内，打开泄压阀门5，启动驱动油缸19，使得刚体24伸出运动，通过活塞21带动割刀压板15前伸运动，该割刀压板15朝前的一侧接触生物样品，并带动生物样品进行前移，当生物样品接触割刀27时，进行生物样品切割；生物样品尺寸可以按照需求，通过调整割刀27的数量和间距实现目的性；生物样品切割完成后，通过割刀27之间的间隙被割刀压板15的压板挤压部1502推到固定舱8中；固定舱8中的水体通过泄压阀门5排出至固定舱8外，驱动油缸19运动完成后，活塞26上的密封O圈28到达活塞密封环12处，固定舱8通过密封O圈28与活塞密封环12的作用成为密闭舱体，此时贻贝全部被推到固定舱8内，利用ROV机械手关闭泄压阀门5；打开固定阀门3，使用ROV机械手挤压所述固定液存放袋1，使固定液经胶管通道2、固定阀门3、固定液延长管31进入固定舱8内，与固定舱8内切割后的生物样品混合，完成生物样品固定；
步骤四，岸基端取样工作；将原位固定装置回收到岸基端，在回收过程中，水深逐渐变浅，固定舱8内压逐渐大于外压，固定舱8多余水体通过单向阀37排出舱外。在岸基端拆除前盖7，取出贻贝等大型生物，完成整体作业。
本发明结构小巧紧凑，耐腐蚀性能强，转动平稳运行误差小，并可适用于多种深度、温度及洋流环境下的复杂海底环境，可广泛应用于需要严格保真的贻贝等大型生物获取、固定。本发明满足大型生物的固定需求，可以在深海压力复杂变化环境下使用，将为深海大型生物的各种生理生化研究提供支撑。
Claims (10)
1.一种基于ROV的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置，其特征在于：包括固定液存放袋(1)、前盖(7)、固定舱(8)、存放舱(11)、后盖(13)、刀架(14)、割刀压板(15)、驱动油缸(19)、刚体(24)、活塞(26)及割刀(27)，其中固定舱(8)及驱动油缸(19)分别安装于ROV上，该ROV为驱动油缸(19)提供液压油，所述固定舱(8)的一端与前盖(7)密封连接，另一端与存放舱(11)的一端密封连接，该存放舱(11)的另一端密封连接有后盖(13)，所述固定舱(8)内安装有带割刀(27)的刀架(14)，所述存放舱(11)上开设有投放生物样品的投放口(10)；作为所述驱动油缸(19)输出的刚体(24)穿过后盖(13)后插入存放舱(11)内，并与活塞(26)的一侧相连，该活塞(26)的另一侧连接有随活塞(26)连动的割刀压板(15)，所述活塞(26)与存放舱(11)的内壁密封滑动连接；所述固定液存放袋(1)内存放有固定溶液，该固定液存放袋(1)通过胶管通道(2)与所述固定舱(8)内部相连通。
2.根据权利要求1所述基于ROV的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置，其特征在于：所述刀架(14)的一端为环状结构(1401)，安装于所述固定舱(8)另一端的内表面，该环状结构(1401)朝向前盖(7)的端面对称设有两处沿轴向延伸的延伸部(1402)，所述延伸部(1402)为中空结构，中空的一侧边缘为所述环状结构(1401)朝向前盖(7)的端面，中空的另一侧边缘开设有多个凹槽(32)，每个所述凹槽(32)中均安装有割刀(27)。
3.根据权利要求2所述基于ROV的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置，其特征在于：所述延伸部(1402)的宽度沿生物样品推送方向逐渐向中间缩小，两处对称的延伸部(1402)之间为向活塞(26)一侧弯曲的弧面。
4.根据权利要求2所述基于ROV的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置，其特征在于：所述中空的另一侧边缘呈“V”字形；两侧所述延伸部(1402)上的凹槽(32)数量相等、且一一对应，每个所述割刀(27)的两端分别安装于相对应的两个凹槽(32)内。
5.根据权利要求1所述基于ROV的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置，其特征在于：所述割刀压板(15)由多块压板叠制而成，每块压板均分为压板导向板(1501)及压板挤压部(1502)，该压板挤压部(1502)的一侧与所述活塞(26)的另一侧连接，压板挤压部(1502)的另一侧设有水平投影呈“V”字形的割刀压板缺口(21)，该割刀压板缺口(21)两侧对称设有压板导向板(1501)，每块压板上的压板导向板(1501)在随活塞(26)移动过程中由相邻两割刀(27)之间穿过。
6.根据权利要求1所述基于ROV的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置，其特征在于：所述驱动油缸(19)上安装有导向盘(25)，该导向盘(25)上开设有至少一个导向孔(18)，所述导向孔(18)内穿设有导向杆(16)，该导向杆(16)的一端插入所述存放舱(11)内，并与所述活塞(26)相连、限制活塞(26)及驱动油缸(19)转动，导向杆(16)的另一端始终在所述导向孔(18)中滑动。
7.根据权利要求1所述基于ROV的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置，其特征在于：所述前盖(7)上分别安装有固定接头(4)、泄压接头A(6)及泄压接头B(30)，所述固定舱(8)内设有固定液延长管(31)，该固定液延长管(31)与固定接头(4)的一端相连通，所述固定接头(4)的另一端通过胶管通道(2)与固定液存放袋(1)相连通，在胶管通道(2)上设有固定阀门(3)；所述泄压接头A(6)的一端与前盖(7)螺纹连接、并与固定舱(8)内部相边通，泄压接头A(6)另一端通过管路与外界相连通，并在管路上安装有泄压阀门(5)；所述泄压接头B(30)的一端与前盖(7)螺纹连接、并与固定舱(8)内部相边通，泄压接头B(30)的另一端通过管路与外界相连通，并在管路上安装有单向阀(29)。
8.根据权利要求1所述基于ROV的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置，其特征在于：所述驱动油缸(19)的长度与刚体(24)在存放舱(11)和固定舱(8)内的移动距离相等。
9.一种权利要求1至8任一权利要求所述基于ROV的深海贻贝等大型生物切割式原位固定装置的固定方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，岸基端对原位固定装置整体进行拆解清洗工作；
步骤二，清洗后进行组装，初始状态下所述固定液存放袋(1)内部充满固定溶液，所述活塞(26)与后盖(13)抵接，所述固定舱(8)内部与固定液存放袋(1)之间的胶管通道(2)上设置的固定阀门(3)以及固定舱(8)内部与外界连通管路上设置的泄压阀门(5)均处于关闭状态；
步骤三，通过所述投放口(10)向存放舱(11)内投放生物样品，打开所述泄压阀门(5)，启动驱动油缸(19)，使得刚体(24)伸出运动，通过所述活塞(21)带动割刀压板(15)前伸运动，该割刀压板(15)朝前的一侧接触生物样品，并带动生物样品进行前移，当生物样品接触割刀(27)时，进行生物样品切割；生物样品切割完成后，通过割刀(27)之间的间隙被割刀压板(15)推到固定舱(8)中；所述固定舱(8)中的水体通过泄压阀门(5)排出至固定舱(8)外，关闭泄压阀门(5)，该固定舱(8)通过活塞(26)成为密闭舱体；打开所述固定阀门(3)，使用ROV机械手挤压所述固定液存放袋(1)，使固定液经胶管通道(2)、固定阀门(3)进入固定舱(8)内，与固定舱(8)内切割后的生物样品混合，完成生物样品固定；
步骤四，岸基端取样工作；将原位固定装置回收到岸基端，拆除所述前盖(7)，取出贻贝等大型生物，完成整体作业。
10.根据权利要求9所述的固定方法，其特征在于：所述刀架(14)内表面设置了活塞密封环(12)，所述活塞(26)外表面套设有密封O圈(28)，当所述驱动油缸(22)向前运动完成后，活塞(26)上的密封O圈(28)到达所述活塞密封环(12)处，所述固定舱(8)通过密封O圈(28)与活塞密封环(12)的作用成为密闭舱体。
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