CN110999629B - 一种用于海洋软体生物的仿生捕获装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海洋软体生物的仿生捕获装置，包括机架总成、驱动总成、执行总成、软体捕获囊；驱动总成和执行总成均安装在机架总成上，驱动总成对执行总成起驱动作用，执行总成为多连杆机构，且与机架总成之间形成多个转动副和移动副，软体捕获囊挂接在执行总成内且底端形成开口，在执行总成牵动下张口并快速关闭，捕获软体生物。该仿生捕获装置以狸藻作为仿生模型，利用负压吸附原理结合对捕获囊关闭入口的策略对海洋软体生物样本实施捕获，整个实施过程迅速，捕获成功率高，且不会对软体生物样本造成破坏。

Description

一种用于海洋软体生物的仿生捕获装置

技术领域

本发明涉及海洋生物探测领域，具体涉及一种用于海洋软体生物的仿生捕获装置。

背景技术

海洋生物探测作为海洋探测的一部分，近年来得到广泛关注。随着科学技术的进步和探测设备的不断完善，人们对海洋生物有了进一步的认识。特别是一些海洋中特有的软体动物，引起了研究人员的极大兴趣。

但是，海洋软体生物由于其自身特殊的结构特性，人们很难用传统的捕获工具对其进行抓取。实验表明，即便是采用软体夹取式的捕捉工具，也很容易破坏海洋软体生物样本的完整性。同时，由于软体夹取式捕捉工具的夹取速度一般较慢，使得捕获样本的成功率很低。软体夹取式捕捉工具存在的问题阻碍了对海洋软体动物进一步的研究。

而自然界中的一些植物可以通过非接触的方式快速捕获猎物，如一种水生植物狸藻。狸藻拥有多个捕获囊，当其准备捕猎时，捕获囊处于收缩状态，如果有如水生的昆虫等猎物靠近时，捕获囊就会迅速膨胀，产生负压，从而将猎物吸入捕获囊中。狸藻整个捕获猎物的过程非常迅速，捕获成功率极高，且不会对猎物造成破坏。

本发明受狸藻捕获方式启发，采用对软体生物样本没有任何破坏的捕获方式，设计制造一种用于海洋软体生物的仿生捕获装置，这种装置具备快速的驱动能力，可以提高海洋软体生物捕获的成功率且不会对目标生物样本造成破坏。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有夹取式的海洋软体生物捕捉装置普遍存在的易对生物样本产生破坏、夹取速度慢、抓取成功率低的问题，而提出一种用于海洋软体生物的仿生捕获装置，该仿生捕获装置以狸藻作为仿生模型，利用负压吸附原理结合对捕获囊关闭入口的策略对海洋软体生物样本实施捕获，整个实施过程迅速，捕获成功率高，且不会对软体生物样本造成破坏。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种用于海洋软体生物的仿生捕获装置，包括机架总成、驱动总成、执行总成、软体捕获囊；所述驱动总成包括单作用式液压缸、滑轨、滑块以及压缩弹簧，滑轨固定在机架总成内，滑块滑动连接在滑轨上，压缩弹簧抵接在滑块与机架总成之间，单作用式液压缸固定在机架总成顶部且其液压杆与滑块铰接；所述执行总成包含第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆，其整体为对称式结构；两个第一连杆与驱动总成的滑块铰接；两个第二连杆一端与第一连杆铰接，另一端与机架总成构成转动副；两对第三连杆一端与两个第二连杆通过第一连杆连接件构成转动副，两对第三连杆另一端与两对布置在左右两侧的第四连杆铰接，且布置在同侧的两个第四连杆铰连接；第五连杆与机架总成构成转动副，并与第一连杆连接件构成移动副；两对布置在左右两侧的第六连杆分别与两个第五连杆通过第二连杆连接件构成转动副；两对对称分布的第七连杆与两对第六连杆铰接，且布置在同侧的两个第七连杆铰连接；所述软体捕获囊挂接在执行总成内且底端形成开口。

进一步地，所述机架总成包括叉式机架、第一机架连接杆、第二机架连接杆、第三机架连接杆，第一机架连接杆固连在叉式机架中部，第二机架连接杆固连在叉式机架中部且位于第一机架连接杆下方，两个第二机架连接杆分别通过螺母固定在叉式机架端部之间。

进一步地，所述驱动总成的滑轨包括第一滑轨、第二滑轨、支座，第一滑轨固定在叉式机架的中部，两个第二滑轨对称布置在第一滑轨的两侧，第一滑轨、第二滑轨分别由第二滑轨支座、第一滑轨支座固定在第一机架连接杆上；滑块同时与第一滑轨、第二滑轨滑动连接，两个压缩弹簧布置在滑块和第一滑轨支座之间，两个支座对称固定在滑块的上下两侧，两个单作用式液压缸定在叉式机架顶部且其液压杆与支座铰接。

进一步地，所述执行总成的两个第二连杆与第三机架连接杆构成转动副；第五连杆与第二机架连接杆构成转动副。

进一步地，所述软体捕获囊包含第一软体弹性接头、第二软体弹性接头、第三软体弹性接头、软体捕获囊本体、第四软体弹性接头、第五软体弹性接头，软体捕获囊本体与各软体弹性接头为一体制作而成；第一软体弹性接头与第三机架连接杆连接；第二软体弹性接头连接第三连杆与第四连杆的铰接处；第三软体弹性接头连接在同侧的两个第四连杆的铰接处；第四软体弹性接头连接在同侧的两个第七连杆的铰接处；第五软体弹性接头连接在第六连杆与第七连杆的铰接处。

本发明的工作过程和原理：在具体的实施过程中，假设捕获装置从准备捕获状态下开始工作。此时，软体捕获囊在第四连杆的作用下，后半部分处于压缩状态，内部体积很小，而在第七连杆的作用下软体捕获囊的入口处于开放状态，有利于海洋软体生物的进入。当海洋软体生物接近软体捕获囊的入口时，单作用式液压缸结束保压状态，压缩弹簧推动滑块向右运动，使单作用式液压缸复位的同时，通过第一连杆将驱动力传入执行总成中。两个第二连杆在第一连杆的带动下，使两个第一连杆连接件相背运动，成对使用的第四连杆之间的夹角因而加大。与此同时，第一连杆连接件还带动第五连杆，使两个第二连杆连接件相向运动，进而使成对使用的第七连杆之间的夹角变小。第二连杆、第四连杆、第五连杆和第七连杆的快速运动，使软体捕获囊内部的体积急剧变化，进而产生负压，同时配合第七连杆的关闭软体捕获囊入口的动作，将海洋中的软体生物吸入并关闭在软体捕获囊中。

本发明的有益效果：

1、本发明利用连杆机构改变软体捕获囊的体积，模拟狸藻的负压吸入捕获方式，捕获机构由弹簧驱动，速度快，捕获效率高。

2、与传统的夹取机械手捕获方式不同，本发明结合负压吸入和关闭软体捕获囊入口的策略对海洋中的软体生物样本进行捕获，不会对软体生物样本产生挤压，可以最大限度地保证海洋软体生物样本的完整性。

附图说明

图1为本发明在准备捕获状态下的三维示意图。

图2为本发明在完成捕获状态下的三维示意图。

图3为本发明在完成捕获状态下的俯视图。

图4为软体捕获囊在准备捕获状态下的三维视图。

图5为软体捕获囊在完成捕获状态下的三维示意图。

图6为去除软体捕获囊后的捕获装置在准备捕获状态下三维示意图。

图7为去除软体捕获囊后的捕获装置在完成捕获状态下三维示意图。

图8为捕获装置的驱动总成在准备捕获状态下三维示意图。

图9为捕获装置的驱动总成在完成捕获状态下三维示意图。

图10为图2的局部放大图。

其中：1-驱动总成；11-单作用式液压缸；12-第一螺钉；13-第一滑轨；14-第二滑轨；15-第一销轴；16-支座；17-滑块；18-第二螺钉；19-压缩弹簧；110-第一滑轨支座；111-第一机架连接杆；112-第二滑轨支座；113-叉式机架；2-执行总成；21-第一连杆；22-第二销轴；23-第二连杆；24-第一连杆连接件；25-第三连杆；26-第三销轴；27-第四连杆；28-第五连杆；29-第二机架连接杆；210-螺母；211-第二连杆连接件；212-第六连杆；213-第四销轴；214-第七连杆；215-第五销轴；216-第六销轴；217-第三机架连接杆；3-软体捕获囊；3A-第一软体弹性接头；3B-第二软体弹性接头；3C-第三软体弹性接头；3D-软体捕获囊本体；3E-第四软体弹性接头；3F-第五软体弹性接头。

具体实施方式

以下结合附图详细介绍本发明的技术方案：

如图1至图10所示，一种用于海洋软体生物的仿生捕获装置，包括机架总成、驱动总成1、执行总成2、软体捕获囊3，共四个部分。

机架总成包括叉式机架113、第一机架连接杆111、第二机架连接杆29、第三机架连接杆217，第一机架连接杆111固连在叉式机架113中部，第二机架连接杆29固连在叉式机架113中部且位于第一机架连接杆111下方，两个第二机架连接杆29分别通过螺母210固定在叉式机架113端部之间。

驱动总成1包含单作用式液压缸11、第一螺钉12、第一滑轨13、第二滑轨14、第一销轴15、支座16、滑块17、第二螺钉18、压缩弹簧19、第一滑轨支座110、第二滑轨支座112。如图8所示，第一滑轨13固定在叉式机架113的中部，两个第二滑轨14对称布置在第一滑轨13的两侧，第一滑轨13、第二滑轨14分别由第二滑轨支座112、第一滑轨支座110固定在第一机架连接杆111上。其中，第一机架连接杆111固连在叉式机架113上。滑块17同时与第一滑轨13、第二滑轨14滑动连接，两个压缩弹簧19布置在滑块17和第一滑轨支座110之间，对执行总成2起驱动作用。两个支座16通过第二螺钉18对称固定在滑块17的上下两侧，两个单作用式液压缸11通过第一螺钉12固定在叉式机架113顶部，同时单作用式液压缸11的液压杆通过第一销轴15与支座16铰接。单作用式液压缸11主要负责压缩弹簧19的复位工作，使捕获装置恢复到准备捕获状态下，也就是压缩弹簧19处于最大压缩状态下。当捕获装置在完成捕获状态时，压缩弹簧19处于最大伸长状态，此时的弹性势能最小，单作用式液压缸11在此状态时完成复位，如图9所示。

执行总成2包含第一连杆21、第二销轴22、第二连杆23、第一连杆连接件24、第三连杆25、第三销轴26、第四连杆27、第五连杆28、第二连杆连接件211、第六连杆212、第四销轴213、第七连杆214、第五销轴215、第六销轴216。如图7所示，其中，两个第一连杆21与滑块17铰接，将驱动总成1提供的驱动力传输到执行总成2上。两个第二连杆23通过第二销轴22与第一连杆21铰接，同时，两个第二连杆23与第三机架连接杆217构成转动副。两个第一连杆连接件24分别固定在第二连杆23的一端，两对第三连杆25分别与两个第一连杆连接件24构成转动副。两对第三连杆25同时通过四个第三销轴26与两对布置在左右两侧的第四连杆27铰接，这里，布置在同侧的两个第四连杆27通过第六销轴216铰接。两个第五连杆28与对应的第二机架连接杆29构成转动副的同时，与第一连杆连接件24构成移动副。两对第六连杆212分别对称固定在两个第二连杆连接件211的两侧，第二连杆连接件211与第五连杆28形成转动副。两对对称分布的第七连杆214通过第四销轴213与两对第六连杆212铰接，这里，布置在同侧的两个第七连杆214通过第五销轴215铰接。

软体捕获囊3挂接在执行总成2内且底端形成开口。软体捕获囊3包含第一软体弹性接头3A、第二软体弹性接头3B、第三软体弹性接头3C、软体捕获囊本体3D、第四软体弹性接头3E、第五软体弹性接头3F。其中，第一软体弹性接头3A、第二软体弹性接头3B、第三软体弹性接头3C、第四软体弹性接头3E、第五软体弹性接头3F与软体捕获囊本体3D为一体制作而成，用于执行总成2与软体捕获囊3的连接。如图1、图2、图3及图10所示，这里，一对第一软体弹性接头3A与第三机架连接杆217连接。两对第二软体弹性接头3B与上下对称的两对第三销轴26连接。两个第三软体弹性接头3C与左右对称分布的两个第六销轴216连接。两个第四软体弹性接头3E与两个第五销轴215连接。四个第五软体弹性接头3F与四个第四销轴213连接。

本发明的工作过程和原理：

在具体的实施过程中，假设捕获装置从准备捕获状态下开始工作。此时，软体捕获囊3在第四连杆27的作用下，后半部分处于压缩状态，内部体积很小，而在第七连杆214的作用下软体捕获囊3的入口处于开放状态，有利于海洋软体生物的进入。当海洋软体生物接近软体捕获囊3的入口时，单作用式液压缸11结束保压状态，压缩弹簧19推动滑块17向机架顶部滑动，使单作用式液压缸11复位的同时，通过第一连杆21将驱动力传入执行总成2中。两个第二连杆23在第一连杆21的带动下，使两个第一连杆连接件24相背运动，成对使用的第四连杆27之间的夹角因而加大。与此同时，第一连杆连接件24还带动第五连杆28，使两个第二连杆连接件211相向运动，进而使成对使用的第七连杆214之间的夹角变小。第二连杆23、第四连杆27、第五连杆28和第七连杆214的快速运动，使软体捕获囊3内部的体积急剧变化，进而产生负压，同时配合第七连杆214的关闭软体捕获囊3入口的动作，将海洋中的软体生物吸入并关闭在软体捕获囊3中。

Claims (5)

1.一种用于海洋软体生物的仿生捕获装置，其特征在于，包括机架总成、驱动总成、执行总成、软体捕获囊；

所述驱动总成包括单作用式液压缸、滑轨、滑块以及压缩弹簧，滑轨固定在机架总成内，滑块滑动连接在滑轨上，压缩弹簧抵接在滑块与机架总成之间，单作用式液压缸固定在机架总成顶部且其液压杆与滑块铰接；

所述执行总成包含第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆，其整体为对称式结构；两个第一连杆与驱动总成的滑块铰接；两个第二连杆一端与第一连杆铰接，另一端与机架总成构成转动副；两对第三连杆一端与两个第二连杆通过第一连杆连接件构成转动副，两对第三连杆另一端的左右两侧分别铰接有一对第四连杆，且布置在同侧的两个第四连杆铰连接；第五连杆与机架总成构成转动副，并与第一连杆连接件构成移动副；两个第五连杆左右两侧分别通过第二连杆连接件与一对第六连杆构成转动副；

两对对称分布的第七连杆与两对第六连杆铰接，且布置在同侧的两个第七连杆铰连接；

所述软体捕获囊挂接在执行总成内且底端形成开口。

2.如权利要求1所述的一种用于海洋软体生物的仿生捕获装置，其特征在于，所述机架总成包括叉式机架、第一机架连接杆、第二机架连接杆、第三机架连接杆，第一机架连接杆固连在叉式机架中部，第二机架连接杆固连在叉式机架中部且位于第一机架连接杆下方，两个第二机架连接杆分别通过螺母固定在叉式机架端部之间。

3.如权利要求2所述的一种用于海洋软体生物的仿生捕获装置，其特征在于，所述驱动总成的滑轨包括第一滑轨、第二滑轨、支座，第一滑轨固定在叉式机架的中部，两个第二滑轨对称布置在第一滑轨的两侧，第一滑轨、第二滑轨分别由第二滑轨支座、第一滑轨支座固定在第一机架连接杆上；滑块同时与第一滑轨、第二滑轨滑动连接，两个压缩弹簧布置在滑块和第一滑轨支座之间，两个支座对称固定在滑块的上下两侧，两个单作用式液压缸固定在叉式机架顶部且其液压杆与支座铰接。

4.如权利要求2所述的一种用于海洋软体生物的仿生捕获装置，其特征在于，所述执行总成的两个第二连杆与第三机架连接杆构成转动副；第五连杆与第二机架连接杆构成转动副。

5.如权利要求2所述的一种用于海洋软体生物的仿生捕获装置，其特征在于，所述软体捕获囊包含第一软体弹性接头、第二软体弹性接头、第三软体弹性接头、软体捕获囊本体、第四软体弹性接头、第五软体弹性接头，软体捕获囊本体与各软体弹性接头为一体制作而成；第一软体弹性接头与第三机架连接杆连接；第二软体弹性接头连接第三连杆与第四连杆的铰接处；第三软体弹性接头连接在同侧的两个第四连杆的铰接处；第四软体弹性接头连接在同侧的两个第七连杆的铰接处；第五软体弹性接头连接在第六连杆与第七连杆的铰接处。

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