CN112033740A - 一种用于湖底采样的水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下机器人技术领域，具体涉及一种用于湖底采样的水下机器人，包括采集机构和支持机构，所述采集机构包括壳体和伺服电机，所述壳体的顶端中部固连有绳索，所述壳体的上端外壁关于其竖直中心面对称固连有两个导线，所述导线套接固定在绳索内部，所述导线的一端固连有防水摄像头。本发明中，当壳体在配重块的重力下沉到湖底，此时可以启动伺服电机，采样管沿着滑槽压入湖底沉积物中，由于采样管是在伺服电机的作用下插入沉积物中，采样管所收集到的沉积物数量较多，只要三个配重块与湖底接触，采样管必定可以采集到沉积物，大大增加了采样的成功几率，减少了采样人员的体力和时间消耗。

Description

一种用于湖底采样的水下机器人

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，具体涉及一种用于湖底采样的水下机器人。

背景技术

在环境监测、科学研究等过程中，采集河流、湖泊、水库、海洋等水体的沉积物底泥的管式采样器得到大量应用，这些采样器由操作人员从母船上投放到水中，依靠自身重力沉入水底并将采样管插入沉积物中，然后由操作人员拉回水面，并对采样管中的采集物进行研究分析；

现有的采样过程中存在两点不足，一方面，现有的采样器是依靠自身的重力将采样管插入沉积物中，但这种方法难以保证采样管可以笔直插入沉积物中，由此导致采样的成功率较低，另一方面，现有的采样管在插入沉积物并上升的过程中，由于采样管并没有主动闭管的功能，因此采样管中的沉积物在上升的过程中有掉落的风险，进而浪费研究人员的时间和精力。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种用于湖底采样的水下机器人，通过在壳体内腔的底面中部开设有滑槽，并在壳体的内腔顶面固连有伺服电机，伺服电机的输出端转动连接有螺柱，螺柱的外壁旋合连接有连接耳的一端，连接耳的另一端固连有采样管，当壳体在配重块的重力下沉到湖底，此时可以启动伺服电机，采样管沿着滑槽压入湖底沉积物中，由于采样管是在伺服电机的作用下插入沉积物中，采样管所收集到的沉积物数量较多，只要三个配重块与湖底接触，采样管必定可以采集到沉积物，大大增加了采样的成功几率，减少了采样人员的体力和时间消耗。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于湖底采样的水下机器人，包括采集机构和支持机构，所述采集机构包括壳体和伺服电机，所述壳体的顶端中部固连有绳索，所述壳体的上端外壁关于其竖直中心面对称固连有两个导线，所述导线套接固定在绳索内部，所述导线的一端固连有防水摄像头，所述导线的另一端固连有监控仪，所述壳体的底端外壁等角度开设有三个圆形缺口，所述壳体的下端外壁等角度固连有三个安装块，三个圆形缺口均与三个安装块相互错位，所述壳体底面的一侧固连有第一连接块，所述第一连接块内转动套接有第一转轴，所述第一转轴的外壁套接固定有第一扭转弹簧，所述第一转轴的两端固连有密封板，所述密封板内壁的一端固连有橡胶垫，所述壳体内腔的底面中部开设有滑槽，所述壳体的内腔顶面固连有伺服电机，所述伺服电机的输出端转动连接有螺柱，所述螺柱的外壁旋合连接有连接耳的一端，所述连接耳的另一端固连有采样管，所述采样管的底端与滑槽滑动套接，所述壳体的外部设置有支持机构；

所述支持机构包括配重块和固定块，所述配重块的上端内壁关于其竖直中心面对称固连有两个凸块，所述配重块顶面的一侧固连有第二连接块，所述第二连接块内转动套接有第二转轴，所述第二转轴的外壁套接固定有第二扭转弹簧，所述第二转轴的两端固连有连接架，通过导线将防水摄像头与监控仪相连可以使采样人员时刻掌握水底的情况，从而选择最好的采样位置。

进一步在于，所述圆形缺口内固连有气囊，所述配重块的重力大于气囊在水中的浮力，该装置在三个配重块的重力下沉入水中。

进一步在于，所述安装块的顶面中部开设有卡槽，所述安装块的外壁对应凸块的位置开设有圆形槽，所述圆形槽内滑动套接有浮板，所述浮板的内壁与圆形槽的内腔底面之间固连有复位弹簧，当凸块插入圆形槽并与浮板接触时，复位弹簧收缩。

进一步在于，所述连接架的一端顶面固连有拉扣，所述连接架的一端底面固连有卡块，所述卡块与卡槽大小相等，当卡块与卡槽卡接，配重块与安装块就固定在一起。

进一步在于，所述拉扣固连有第一铁丝的一端，所述第一铁丝的另一端均固连有固定块，通过将三个第一铁丝与固定块固连，便于采样人员同时拉动第一铁丝。

进一步在于，所述固定块固连有第二铁丝的一端，所述第二铁丝的另一端固连有拉环，采样人员在船上拉动拉环，第二铁丝带动固定块位移，也就使三个第一铁丝分别拉动拉扣，进而使卡块与卡槽分离。

本发明的有益效果：

1、通过在壳体内腔的底面中部开设有滑槽，并在壳体的内腔顶面固连有伺服电机，伺服电机的输出端转动连接有螺柱，螺柱的外壁旋合连接有连接耳的一端，连接耳的另一端固连有采样管，当壳体在配重块的重力下沉到湖底，此时可以启动伺服电机，采样管沿着滑槽压入湖底沉积物中，由于采样管是在伺服电机的作用下插入沉积物中，采样管所收集到的沉积物数量较多，只要三个配重块与湖底接触，采样管必定可以采集到沉积物，大大增加了采样的成功几率，减少了采样人员的体力和时间消耗；

2、通过在第一转轴的外壁套接固定有第一扭转弹簧，第一转轴的两端固连有密封板，并在密封板内壁的一端固连有橡胶垫，当采样管插入沉积物中，密封板被顶开，当采样管收入壳体内时，密封板在第一扭转弹簧的作用下自动闭合，橡胶垫与滑槽的端口卡接，从而避免在壳体上升的过程中，采样管内的沉积物掉落，提高采样成功的几率，当采样人员通过监控仪观测到沉积物采集成功后，可以拉动拉环使配重块与安装块分离，进而使壳体在气囊的作用下自动上浮，采样人员只需单独将配重块拉出水面即可，减轻采样人员的体力消耗。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中采集机构的结构示意图；

图3是图2中A处的局部放大图；

图4是本发明中壳体的底部结构示意图；

图5是图4中B处的局部放大图；

图6是本发明中密封板的结构示意图；

图7是本发明中壳体的剖面结构示意图；

图8是本发明中伺服电机的结构示意图；

图9是本发明中安装块的结构示意图；

图10是本发明中复位弹簧的结构示意图；

图11是本发明中支持机构的结构示意图；

图12是本发明中配重块的结构示意图；

图13是本发明中连接架的结构示意图。

图中：100、采集机构；110、壳体；111、绳索；112、导线；1121、防水摄像头；1122、监控仪；113、圆形缺口；1131、气囊；114、安装块；1141、卡槽；1142、圆形槽；1143、复位弹簧；1144、浮板；115、第一连接块；116、第一转轴；1161、橡胶垫；1162、密封板；1163、第一扭转弹簧；117、滑槽；120、伺服电机；121、螺柱；122、连接耳；123、采样管；200、支持机构；210、配重块；211、凸块；212、第二连接块；213、第二转轴；2131、连接架；2132、第二扭转弹簧；2133、拉扣；2134、卡块；214、第一铁丝；220、固定块；221、第二铁丝；222、拉环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-13所示，一种用于湖底采样的水下机器人，包括采集机构100和支持机构200，采集机构100包括壳体110和伺服电机120，壳体110的顶端中部固连有绳索111，壳体110的上端外壁关于其竖直中心面对称固连有两个导线112，导线112套接固定在绳索111内部，导线112的一端固连有防水摄像头1121，导线112的另一端固连有监控仪1122，壳体110的底端外壁等角度开设有三个圆形缺口113，壳体110的下端外壁等角度固连有三个安装块114，三个圆形缺口113均与三个安装块114相互错位，壳体110底面的一侧固连有第一连接块115，第一连接块115内转动套接有第一转轴116，第一转轴116的外壁套接固定有第一扭转弹簧1163，第一转轴116的两端固连有密封板1162，密封板1162内壁的一端固连有橡胶垫1161，壳体110内腔的底面中部开设有滑槽117，壳体110的内腔顶面固连有伺服电机120，伺服电机120的输出端转动连接有螺柱121，螺柱121的外壁旋合连接有连接耳122的一端，连接耳122的另一端固连有采样管123，采样管123的底端与滑槽117滑动套接，壳体110的外部设置有支持机构200；

支持机构200包括配重块210和固定块220，配重块210的上端内壁关于其竖直中心面对称固连有两个凸块211，配重块210顶面的一侧固连有第二连接块212，第二连接块212内转动套接有第二转轴213，第二转轴213的外壁套接固定有第二扭转弹簧2132，第二转轴213的两端固连有连接架2131，通过导线112将防水摄像头1121与监控仪1122相连可以使采样人员时刻掌握水底的情况，从而选择最好的采样位置。

圆形缺口113内固连有气囊1131，配重块210的重力大于气囊1131在水中的浮力，该装置在三个配重块210的重力下沉入水中，安装块114的顶面中部开设有卡槽1141，安装块114的外壁对应凸块211的位置开设有圆形槽1142，圆形槽1142内滑动套接有浮板1144，浮板1144的内壁与圆形槽1142的内腔底面之间固连有复位弹簧1143，当凸块211插入圆形槽1142并与浮板1144接触时，复位弹簧1143收缩，连接架2131的一端顶面固连有拉扣2133，连接架2131的一端底面固连有卡块2134，卡块2134与卡槽1141大小相等，当卡块2134与卡槽1141卡接，配重块210与安装块114就固定在一起。

拉扣2133固连有第一铁丝214的一端，第一铁丝214的另一端均固连有固定块220，通过将三个第一铁丝214与固定块220固连，便于采样人员同时拉动第一铁丝214，固定块220固连有第二铁丝221的一端，第二铁丝221的另一端固连有拉环222，采样人员在船上拉动拉环222，第二铁丝221带动固定块220位移，也就使三个第一铁丝214分别拉动拉扣2133，进而使卡块2134与卡槽1141分离。

在壳体110内腔的底面中部开设有滑槽117，并在壳体110的内腔顶面固连有伺服电机120，伺服电机120的输出端转动连接有螺柱121，螺柱121的外壁旋合连接有连接耳122的一端，连接耳122的另一端固连有采样管123，当壳体110在配重块210的重力下沉到湖底，此时可以启动伺服电机120，采样管123沿着滑槽117压入湖底沉积物中，由于采样管123是在伺服电机120的作用下插入沉积物中，采样管123所收集到的沉积物数量较多，只要三个配重块210与湖底接触，采样管123必定可以采集到沉积物，大大增加了采样的成功几率，减少了采样人员的体力和时间消耗；

在第一转轴116的外壁套接固定有第一扭转弹簧1163，第一转轴116的两端固连有密封板1162，并在密封板1162内壁的一端固连有橡胶垫1161，当采样管123插入沉积物中，密封板1162被顶开，当采样管123收入壳体110内时，密封板1162在第一扭转弹簧1163的作用下自动闭合，橡胶垫1161与滑槽117的端口卡接，从而避免在壳体110上升的过程中，采样管123内的沉积物掉落，提高采样成功的几率，当采样人员通过监控仪1122观测到沉积物采集成功后，可以拉动拉环使配重块210与安装块114分离，进而使壳体110在气囊1131的作用下自动上浮，采样人员只需单独将配重块210拉出水面即可，减轻采样人员的体力消耗。

工作原理：使用时，将配重块210内壁的凸块211对准圆形槽1142处插入，浮板1144在凸块211的作用下滑入圆形槽1142内部，复位弹簧1143收缩，当配重块210的内壁与安装块114的外壁贴合，转动连接架2131使卡块2134与卡槽1141卡接，此时，安装块114与配重块210组合完成，可以将壳体110放入水中，壳体110在配重块210的作用下逐渐沉入水中，采样人员可以通过壳体110外壁的防水摄像头1121查看壳体110的位置，当三个配重块210与湖底接触并站稳时，可以启动伺服电机120，螺柱121转动，连接耳122在螺柱121的作用下带动采样管123下降，采样管123顶开密封板1162并插入湖底沉积物中，当采样管123采样完成后，伺服电机120反转，采样管123收入壳体110内，密封板1162在第一扭转弹簧1163的作用下翻转，橡胶垫1161与滑槽117的一端卡接，此时采样人员通过拉动拉环222，进而第二铁丝221带动固定块220移动，三个第一铁丝214在固定块220的拉动下也被拉动，连接架2131在第一铁丝214的作用下翻转，卡块2134与卡槽1141分离，配重块210在复位弹簧1143的作用下与安装块114分离，此时壳体110在三个气囊1131的作用下自动上浮，采样人员通过拉动第二铁丝221将配重块210拉出水面，整个采样过程结束。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于湖底采样的水下机器人，其特征在于，包括采集机构(100)和支持机构(200)，所述采集机构(100)包括壳体(110)和伺服电机(120)，所述壳体(110)的顶端中部固连有绳索(111)，所述壳体(110)的上端外壁关于其竖直中心面对称固连有两个导线(112)，所述导线(112)套接固定在绳索(111)内部，所述导线(112)的一端固连有防水摄像头(1121)，所述导线(112)的另一端固连有监控仪(1122)，所述壳体(110)的底端外壁等角度开设有三个圆形缺口(113)，所述壳体(110)的下端外壁等角度固连有三个安装块(114)，三个圆形缺口(113)均与三个安装块(114)相互错位，所述壳体(110)底面的一侧固连有第一连接块(115)，所述第一连接块(115)内转动套接有第一转轴(116)，所述第一转轴(116)的外壁套接固定有第一扭转弹簧(1163)，所述第一转轴(116)的两端固连有密封板(1162)，所述密封板(1162)内壁的一端固连有橡胶垫(1161)，所述壳体(110)内腔的底面中部开设有滑槽(117)，所述壳体(110)的内腔顶面固连有伺服电机(120)，所述伺服电机(120)的输出端转动连接有螺柱(121)，所述螺柱(121)的外壁旋合连接有连接耳(122)的一端，所述连接耳(122)的另一端固连有采样管(123)，所述采样管(123)的底端与滑槽(117)滑动套接，所述壳体(110)的外部设置有支持机构(200)。

2.根据权利要求1所述的一种用于湖底采样的水下机器人,其特征在于，所述支持机构(200)包括配重块(210)和固定块(220)，所述配重块(210)的上端内壁关于其竖直中心面对称固连有两个凸块(211)，所述配重块(210)顶面的一侧固连有第二连接块(212)，所述第二连接块(212)内转动套接有第二转轴(213)，所述第二转轴(213)的外壁套接固定有第二扭转弹簧(2132)，所述第二转轴(213)的两端固连有连接架(2131)。

3.根据权利要求2所述的一种用于湖底采样的水下机器人,其特征在于，所述圆形缺口(113)内固连有气囊(1131)，所述配重块(210)的重力大于气囊(1131)在水中的浮力。

4.根据权利要求2所述的一种用于湖底采样的水下机器人,其特征在于，所述安装块(114)的顶面中部开设有卡槽(1141)，所述安装块(114)的外壁对应凸块(211)的位置开设有圆形槽(1142)，所述圆形槽(1142)内滑动套接有浮板(1144)，所述浮板(1144)的内壁与圆形槽(1142)的内腔底面之间固连有复位弹簧(1143)。

5.根据权利要求4所述的一种用于湖底采样的水下机器人,其特征在于，所述连接架(2131)的一端顶面固连有拉扣(2133)，所述连接架(2131)的一端底面固连有卡块(2134)，所述卡块(2134)与卡槽(1141)大小相等。

6.根据权利要求5所述的一种用于湖底采样的水下机器人,其特征在于，所述拉扣(2133)固连有第一铁丝(214)的一端，所述第一铁丝(214)的另一端均固连有固定块(220)。

7.根据权利要求6所述的一种用于湖底采样的水下机器人,其特征在于，所述固定块(220)固连有第二铁丝(221)的一端，所述第二铁丝(221)的另一端固连有拉环(222)。

Images