CN111562134A - 一种野外岩石自动取样系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩石取样技术领域，提供了一种野外岩石自动取样系统及其工作方法，它解决了取样工作有很大局限性，同时得到的样品往往具有形状不规则、体积较小导致的包含信息有限的问题，具有自动化程度高，能够方便采集各种地形区域的岩样的效果。其中，野外岩石自动取样系统，包括无人机和钻进系统，所述钻进系统搭载在无人机下部；所述无人机上设置飞行螺旋桨与反力螺旋桨，所述飞行螺旋桨用于控制无人机飞行，所述反力螺旋桨用于为钻进系统向危险地带目标岩石取样提供钻压。

Description

一种野外岩石自动取样系统及其工作方法

技术领域

本发明属于岩石取样技术领域，尤其涉及一种野外岩石自动取样系统及其工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

岩石取样是地质工作中的一类取样工作，即采集岩石或矿石的标本，进行室内观察或实验。岩石取样作为一项传统的地质学资料获取与收集手段，在地质学科研、区域调查、资源勘探、岩性编录与石油录井等领域有着广泛的应用，是室内分析整理与实验的基础。在野外构造发育处，往往地形极为复杂，如造山运动产生的陡峭山脉、拉伸运动产生的巨大沟谷、挤压运动产生的复杂褶皱、大型褶皱演化产生的山和谷。上述构造产生的复杂地形往往蕴含着大量极有价值的地质学信息，表现为良好的岩石露头，其对野外地质填图、资源勘查等十分重要或极具科研价值。

发明人发现，在野外环境下，尤其是复杂的地形往往导致交通不便，甚至人员行走也极为困难，因此限制了工作人员的到达，无法进行取样与观察，造成了资源的浪费和研究的限制。而且现有技术对于危险地带岩石取样的设备和方法往往较为简单，只能取得特定易获取岩石或矿物，给取样工作造成了很大局限性，同时得到的样品往往具有形状不规则、体积较小导致的包含信息有限的缺点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一个方面提供一种野外岩石自动取样系统，其自动化程度高，能够方便采集各种复杂地形区域岩样。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种野外岩石自动取样系统，包括无人机和钻进系统，所述钻进系统搭载在无人机下部；

所述无人机上设置飞行螺旋桨与反力螺旋桨，所述飞行螺旋桨用于控制无人机飞行，所述反力螺旋桨用于为钻进系统向危险地带目标岩石取样提供钻压。

为了解决上述问题，本发明的第二个方面提供一种野外岩石自动取样系统的取样方法，其自动化程度高，能够方便采集各种地形区域的岩样。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种野外岩石自动取样系统的工作方法，包括以下步骤：

无人机飞至待取样岩石上方，开启引擎；

无人机保持水平降落，直至支架接触地面后，无人机保持悬停状态不再进行移动；

关停无人机飞行螺旋桨，此时无人机已保持稳定；

开启取芯钻头，开启反力螺旋桨，开始钻进；

在钻进过程中，调节反力螺旋桨转速以调节钻压，使钻头保持提供预设钻进速度，直至钻进完成；

获取岩心，关闭引擎；

无人机飞回，带回岩心。

本发明的有益效果是：

1)本发明通过在无人机下部搭载钻进系统，可以到达工作人员难以到达的危险地带进行岩石取样。

2)本发明的无人机上设置飞行螺旋桨与反力螺旋桨，飞行螺旋桨控制无人机飞行，反力螺旋桨为钻进系统向危险地带目标岩石取样提供钻压，这样在破碎岩石过程中大大减轻了工作强度，尤其在对坚硬岩石进行取样的过程中效果明显。

3)本发明的野外岩石自动取样系统全部操作采用自动化控制，减轻了工作强度。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本实施例中野外岩石自动取样系统的主视图；

图2为本实施例中无人机主视图；

图3为本实例中钻进系统主视图。

图中：1是无人机，2是钻进系统，3是机身，4是飞行螺旋桨，5是反力螺旋桨，6是摄像头，7是支架，8是液压泵，9是液压伸缩柱，10是引擎，11是取芯钻头。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例的一种野外岩石自动取样系统，包括无人机1和钻进系统2，所述钻进系统2搭载在无人机1下部；

所述无人机1上设置飞行螺旋桨4与反力螺旋桨5，所述飞行螺旋桨4用于控制无人机飞行，所述反力螺旋桨5用于为钻进系统向危险地带目标岩石取样提供钻压。

如图2所示，本实施例的无人机1的飞行螺旋桨4与反力螺旋桨5，可以保证较大的起飞重量。飞行螺旋桨4的功能为控制飞行速度、飞行方向与飞行轨迹，飞行螺旋桨4提供的力方向向上。

由于钻进系统钻进过程中需要的反力，以保证足够的钻压。在钻进岩石尤其是硬岩过程中，单独依靠整体设备重量难以完全提供足够的反力，需要增加反力螺旋桨5。反力螺旋桨5提供力的方向向下，根据功能需要，只需要设置一个反力螺旋桨5。

飞行螺旋桨4与反力螺旋桨5两种螺旋桨功能不同，由功能不同需要采用两种不同分布形式的螺旋桨。具体地，飞行螺旋桨4沿机身3中心对称的设置于机身3侧面，需要根据起飞重量增加或减少螺旋桨数量，以提供足够升力，满足起飞重量的要求。其中，机身3及内部系统为现有技术，保障无人机各项功能的实施。反力螺旋桨5设置于无人机顶部中心，用以提供向下的反力，满足钻进过程中所需要的钻压。其中，飞行螺旋桨与反力螺旋桨的结构均为现有结构。在具体实施中，飞行螺旋桨4与反力螺旋桨5由无人机电源提供动力。

为了更好地指导无人机的飞行路径，无人机1还包括支架7和图像采集装置(比如：摄像头6)。其中，图像采集装置用以指导无人机飞行路径及拍摄待取样岩石。支架7至少包括三个，位于机身下部，其内部设置压力传感器，用以感知与地面接触情况。

为了达到对机身进行调平，以适应不同的地形的目的，本实施例的支架可采用液压支架，液压支架与机身下部的液压泵8相连接。本实施例的支架可独立伸缩。

可以理解的是，在其他实施例中，支架7也可为其他驱动方式的支架，比如电机驱动等方式。

图3给出了钻进系统结构示意图。如图3所示，钻进系统包括液压泵8、液压伸缩柱9、引擎10、取芯钻头11。所述液压泵8设置于机身下部，由引擎10供能，液压泵8连接支架7与液压伸缩柱9，为支架7与液压伸缩柱9提供动力；

液压伸缩柱9连接于液压泵8下部中心，其下部连接引擎10及取芯钻头11。液压伸缩柱9带动引擎10及取芯钻头11上下往复运动，向下运动时用以提供钻压，向上运动时用以带动取芯钻头11拔断岩心。

其中，液压伸缩柱9内设置压力传感器，用以感知取芯钻头11与地面的接触情况，同时反馈实时钻压数据，以调节反力螺旋桨5转速提供足够的反力，保证钻进速度。

在具体实施中，取芯钻头11可以配置不同型号，根据需要调整钻头直径。其中包括行业标准规定尺寸，所取得岩心符合行业标准，不需要再加工，可直接用于实验及其他后续工作。

需要说明的是，在其他实施例中，钻进系统除了上述结构之外，还可采用其他形式，比如取芯钻头和驱动电机相连接的结构等等。

为了能够快速获取标准尺寸的岩心，节省了岩心样品前期尺寸打磨处理的时间，提高了后期实验的效率。

为了快速获取标准尺寸的岩心，节省了岩心样品前期尺寸打磨处理的时间，提高了后期实验的效率，取芯钻头11内部设置卡簧，卡簧为现有技术，液压伸缩柱9带动钻头向上收缩过程中，卡簧收紧锁住岩心，随后拔断岩心。

可以理解的是，大功率无人机1和钻进系统2两者可集成于一体；大功率无人机1和钻进系统2也可以进行拆卸，拆卸后无人机1可以独立完成飞行工作。

基于图1所示的野外岩石自动取样系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：无人机飞至待取样岩石上方，开启引擎；

步骤2：无人机保持水平降落，直至支架接触地面后，无人机保持悬停状态不再进行移动；

步骤3：关停无人机飞行螺旋桨，此时无人机已保持稳定；

步骤4：开启取芯钻头，开启反力螺旋桨，开始钻进；

步骤5：在钻进过程中，调节反力螺旋桨转速以调节钻压，使钻头保持提供预设钻进速度，直至钻进完成；

步骤6：获取岩心，关闭引擎；

步骤7：无人机飞回，带回岩心。

下面以无人机与遥控结合，以及基于钻进系统包括液压泵、液压伸缩柱、引擎和取芯钻头的具体结构来详细说明本实施例的野外岩石自动取样系统的工作方法：

步骤a：遥控无人机1飞至待取样岩石上方；

步骤b：开启引擎10；

步骤c：无人机1保持水平缓缓降落，直至支架7接触地面后，无人机保持悬停状态不再进行移动；

步骤d：遥控未接触地面的支架7，缓缓伸长，直至接触地面后停止；关停无人机飞行螺旋桨4，此时无人机已保持稳定；

步骤e：开启取芯钻头11，遥控液压伸缩柱9缓缓下降，接触地面后，开启反力螺旋桨5，开始钻进；

步骤f：在钻进过程中，根据液压伸缩柱9内置压力传感器读数，调节反力螺旋桨5转速以调节钻压，使钻头保持提供一定的钻进速度，直至钻进完成；

步骤g：收缩液压伸缩柱9，拔断岩心，使其收缩到最短，关闭引擎10；

步骤h：遥控无人机1飞回，带回岩心。

本实施例利用野外岩石自动取样系统，不受地形的限制进行取样与观察岩石；还利用钻进系统搭载在无人机下部的结构，自动化快速获取标准尺寸的岩心，节省了岩心样品前期尺寸打磨处理的时间，提高了后期实验的效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种野外岩石自动取样系统，其特征在于，包括无人机和钻进系统，所述钻进系统搭载在无人机下部；

所述无人机上设置飞行螺旋桨与反力螺旋桨，所述飞行螺旋桨用于控制无人机飞行，所述反力螺旋桨用于为钻进系统向危险地带目标岩石取样提供钻压。

2.如权利要求1所述的野外岩石自动取样系统，其特征在于，所述飞行螺旋桨沿无人机的机身中心对称的设置于机身侧面。

3.如权利要求1所述的野外岩石自动取样系统，其特征在于，所述反力螺旋桨设置于无人机顶部中心，用以提供向下的反力，满足钻进系统的钻进过程中所需要的钻压。

4.如权利要求1所述的野外岩石自动取样系统，其特征在于，所述无人机下部还设置有支架，所述支架内部设置压力传感器，用以感知与地面接触情况。

5.如权利要求4所述的野外岩石自动取样系统，其特征在于，所述支架可独立伸缩，用以对无人机的机身进行调平，以适应不同的地形。

6.如权利要求1所述的野外岩石自动取样系统，其特征在于，所述无人机上还搭载有图像采集装置，所述图像采集装置用以指导无人机飞行路径及拍摄待取样岩石。

7.如权利要求4所述的野外岩石自动取样系统，其特征在于，所述钻进系统包括液压泵、液压伸缩柱、引擎和取芯钻头；所述液压泵设置于机身下部，由无人机的引擎供能，连接支架与液压伸缩柱；

所述液压伸缩柱连接于液压泵下部中心，液压伸缩柱的下部连接取芯钻头及引擎；液压伸缩柱带动引擎及取芯钻头上下往复运动，向下运动时用以提供钻压，向上运动时用以拔断岩心。

8.如权利要求7所述的野外岩石自动取样系统，其特征在于，所述液压伸缩柱内设置压力传感器，用以感知取芯钻头与地面的接触情况，同时反馈实时钻压数据，以调节反力螺旋桨转速提供反力，保证钻进速度。

9.如权利要求7所述的野外岩石自动取样系统，其特征在于，所述取芯钻头内部设置卡簧，液压伸缩柱带动钻头向上收缩过程中，卡簧收紧锁住岩心，随后拔断。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的野外岩石自动取样系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

无人机飞至待取样岩石上方，开启引擎；

无人机保持水平降落，直至支架接触地面后，无人机保持悬停状态不再进行移动；

关停无人机飞行螺旋桨，此时无人机已保持稳定；

开启取芯钻头，开启反力螺旋桨，开始钻进；

在钻进过程中，调节反力螺旋桨转速以调节钻压，使钻头保持提供预设钻进速度，直至钻进完成；

获取岩心，关闭引擎；

无人机飞回，带回岩心。

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