CN112903379B - 土壤气体自动采集设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种土壤气体自动采集设备，属于土壤气体采集技术领域，包括箱体、气体采集装置、气体储存组件、预存储装置、第一转运装置、传送装置、第二转运装置和储放装置等，预存储装置用于储备多个气体储存组件，第一转运装置用于将多个气体储存组件逐一转运到传送装置上，气体采集装置对气体储存组件进行注气，第二转运装置用于将充气后的气体储存组件转运至储放装置进行储存，不仅可以提供大量备用的体储存组件，简化取样工作；还实现了对气体储存组件的自动装卸功能；采样完成后，工作人员需要打开第二箱体取出储放装置即可，从而大幅节省了工作负担，提升了工作效率和采样精度。

Description

土壤气体自动采集设备

技术领域

本发明涉及土壤气体采集技术领域，具体涉及一种土壤气体自动采集设备。

背景技术

减少温室气体排放是应对全球气候变暖的重要举措，准确估算土壤温室气体排放速率及排放量是制定合理减排措施的必要前提。目前对土壤温室气体排放速率及排放量的田间观测方法主要为静态暗箱-气相色谱法，具体方法为人工在田间采集不同时间点(如静态暗箱密封后0、15、30、45分钟)气体样品，带回实验室利用气相色谱仪分析其中温室气体含量，进而根据采样时间和温室气体浓度计算出温室气体的排放速率(马志雯等2016；Kuangetal.2018)。

例如，申请号为CN202020023681.4的专利文献中公开了一种气体采集装置，其通过采集机构内的储气腔室与静态暗箱连通，利用驱动机构带动移动构件向远离储气腔室与静态暗箱的连通处的方向移动，增加储气腔室的容积，使储气腔室产生负压，将静态暗箱内的气体抽入到储气腔室中收集，缓解了现有技术中存在的人工长时间采集土壤气体容易出现失误，采样不准确，影响检测数据，且人工采集效率不高的技术问题；但是，本申请人在使用时发现，该气体采集装置仍至少存在以下问题：

1、转动驱动构件只能容纳少量的收集管，工作人员需要频繁地更换收集管实现对土壤气体的采集工作，采集工作十分不便；工作人员不得不分成几个批次进行采集，较大时间跨度的采样时间意味着外界环境参数也将不一致，导致后续精度估算中额外引入了新的误差。

2、采样完成后，工作人员需要打开箱体，逐个拔出转动驱动构件上的收集管，然后在依次将新的收集管进行装配，费时费力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土壤气体自动采集设备，用以解决现有技术中存在的上述技术问题。

基于上述目的，本申请提供的一种土壤气体自动采集设备，包括：箱体、气体采集装置、气体储存组件、预存储装置、第一转运装置、传送装置、第二转运装置和储放装置；

所述箱体包括主箱体以及设置在所述主箱体两侧的第一箱体和第二箱体，所述第一箱体和第二箱体与所述主箱体贯通；

所述预存储装置设置在所述主箱体及所述第一箱体内，所述预存储装置包括输送带，所述输送带上设置有多个用于装配气体储存组件的第一装配孔；

所述第一转运装置位于所述预存储装置的上方，所述第一转运装置包括横向移动组件、竖向移动组件和第一机械臂组件；所述横向移动组件与所述主箱体连接，所述竖向移动组件与所述横向移动组件连接，所述第一机械臂组件与所述竖向移动组件连接，所述第一机械臂组件用于夹持所述气体储存组件并从所述输送带上取出后转运至所述传送装置上；

所述传送装置设置在所述主箱体内，所述传送装置包括托盘、支撑杆和第一驱动装置，所述支撑杆与所述主箱体连接，所述托盘与所述支撑杆转动连接，所述托盘上沿周向设置有多个用于装配气体储存组件的第二装配孔，所述托盘的外缘设置有轮齿，所述第一驱动装置通过齿轮机构与所述轮齿啮合；

所述气体采集装置用于采集外界土壤气体，并将土壤气体输送至位于所述托盘上的所述气体储存组件内；

所述第二转运装置包括第二驱动装置、连接座、转动组件和第二机械臂组件，所述第二驱动装置设置在所述主箱体内，所述第二驱动装置具有能够沿竖直方向移动的伸缩杆，所述连接座与所述伸缩杆连接，所述转动组件设置在所述连接座上，所述第二机械臂组件与所述转动组件相连接，所述第二机械臂组件用于夹持充气后的气体储存组件并从所述托盘上取出后转运至所述储放装置中；

所述储放装置设置在所述第二箱体内。

进一步的，所述气体采集装置包括第三驱动装置、第四驱动装置、阀体、活塞组件、第一电磁阀、第二电磁阀、进气管道组件和排气管道组件；所述阀体内设置相贯通的竖向设置的第一气体通道和横向设置的第二气体通道，所述活塞组件设置在所述第二气体通道中，所述第三驱动装置与所述活塞组件相连接，所述第一气体通道的进气端设置所述第一电磁阀，所述第一气体通道的出气端设置所述第二电磁阀，所述进气管道组件与所述第一电磁阀的进气端连通，所述排气管道组件与所述第二电磁阀的排气端连通，所述第四驱动装置通过连杆与所述排气管道组件连接，以使所述排气管道组件能够上下移动。

进一步的，所述排气管道组件包括相连通的排气管和注气头，所述注气头上设置有注气孔。

进一步的，所述气体储存组件包括进气塞体、排气塞体、连接柱和柔性套，所述连接柱设置在所述进气塞体和所述排气塞体之间，所述柔性套围设于所述连接柱外侧，并且所述柔性套的两端分别连接所述进气塞体和所述排气塞体以形成密闭空间，所述柔性套采用不透气材料。

进一步的，所述进气塞体包括本体、环形支架、弹簧和锥形的密封块；所述本体具有进气腔和用于容纳所述注气头的进气口，所述环形支架设置在所述进气腔中，所述弹簧连接在所述环形支架和所述密封块之间，自然状态下，所述弹簧施加弹力使所述密封块封堵所述进气口。

进一步的，所述横向移动组件包括第一连接座、丝杠、电机和导向座，所述第一连接座与所述主箱体连接，所述丝杠转动连接在两个第一连接座之间，所述导向座套装在丝杠上，导向座端部用于连接所述竖向移动组件，通过电机控制丝杠运转，进而控制导向座带动竖向移动组件沿横向移动；

所述竖向移动组件采用气缸，所述竖向移动组件通过其伸缩杆与所述第一机械臂组件连接，进而控制所述第一机械臂组件沿竖向移动。

进一步的，所述第一机械臂组件包括第一手指部、第一手指部支架、第一连接体、第一支撑座、第二连接体、第一联动块及第一指部驱动装置；所述第一手指部设置在所述第一手指部支架上，所述第一手指部支架通过第一连接体与所述第一支撑座转动连接，所述第一支撑座中部设置用于容纳第一联动块的第一容纳孔，所述第一指部驱动装置连接在所述第一支撑座上，第一指部驱动装置的伸缩轴穿过第一容纳孔与所述第一联动块连接，所述第二连接体的两端部分别与所述第一联动块和所述第一连接体转动连接，所述第一支撑座与所述竖向移动组件的伸缩杆连接。

进一步的，所述第二机械臂组件包括第二手指部、第二手指部支架、第三连接体、第二支撑座、第四连接体、第二联动块及第二指部驱动装置；所述第二手指部设置在所述第二手指部支架上，所述第二手指部支架通过第三连接体与所述第二支撑座转动连接，所述第二支撑座中部设置用于容纳第二联动块的第二容纳孔，所述第二指部驱动装置连接在所述第二支撑座上，第二指部驱动装置的伸缩轴穿过第二容纳孔与所述第二联动块连接，所述第四连接体的两端部分别与所述第二联动块和所述第三连接体转动连接，所述第二支撑座与所述转动组件连接。

进一步的，还包括排气装置，所述排气装置设置在所述第一箱体内，所述排气装置包括第一挤压块、第二挤压块、第一支架和第二支架，所述第一支架与所述第一箱体的一侧壁连接，所述第一挤压块与所述第一支架滑动连接，所述第二支架与所述第一箱体的另一相对侧壁连接，所述第二挤压块与所述第二支架滑动连接，所述第一挤压块和所述第二挤压块上分别设置有用于容纳所述连接柱的弧形槽，通过气缸分别驱动所述第一挤压块和所述第二挤压块相向移动，以挤压所述气体储存组件中的所述柔性套并通过排气塞体排出气体。

进一步的，所述储放装置包括托座，所述托座采用海绵材质，所述托座的中部设置用以放置气体储存组件的容纳槽。

采用上述技术方案，相对于现有技术，本申请提供的土壤气体自动采集设备，具有的技术效果有：

1、预存储装置设置在主箱体及第一箱体内，预存储装置包括输送带，输送带上设置有多个用于装配气体储存组件的第一装配孔，通过输送带可以预先方式多个气体储存组件，第一转运装置位于预存储装置的上方，第一转运装置包括横向移动组件、竖向移动组件和第一机械臂组件；通过横向移动组件和竖向移动组件结合动作，使第一机械臂组件能够夹持气体储存组件并从输送带上取出后转运至传送装置上，从而在传送装置上的气体储存组件使用完成后，将输送带上的气体储存组件转移至传送装置上以供继续使用，从而在一个较长的采集周期中，不间断地对土壤气体进行采集和存储，降低采集的外界参数的干扰，在后续的精度估算中减小误差。

2、第二转运装置包括第二驱动装置、连接座、转动组件和第二机械臂组件，第二驱动装置具有能够沿竖直方向移动的伸缩杆，连接座与伸缩杆连接，转动组件设置在连接座上，第二机械臂组件与转动组件相连接，当托盘上的气体储存组件充气完毕后，第二机械臂组件能够夹持充气后的气体储存组件并从托盘上取出后转运至储放装置中，实现了对气体储存组件的自动卸载的功能；采样完成后，工作人员需要打开第二箱体取出储放装置即可，从而大幅节省了工作负担，提升了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的土壤气体自动采集设备的结构示意图；

图2为输送带的机构示意图；

图3为传送装置的结构示意图；

图4为托盘的结构示意图；

图5为气体储存组件处于压缩状态的结构示意图；

图6为气体储存组件处于充气状态的结构示意图；

图7为进气塞体的结构示意图；

图8为图1中A处的放大示意图；

图9为第一机械臂组件的结构示意图；

图10为第二机械臂组件的结构示意图；

图11为储放装置的结构示意图；

图12为排气装置的结构示意图。

图标：

10-箱体；11-主箱体；12-第一箱体；13-第二箱体；

20-气体采集装置；21-第三驱动装置；22-第四驱动装置；23-阀体；231-第一气体通道；232-第二气体通道；24-活塞组件；25-第一电磁阀；26-第二电磁阀；27-进气管道组件；28-排气管道组件；281-排气管；282-注气头；283-注气孔；

30-气体储存组件；31-进气塞体；311-本体；312-环形支架；313-弹簧；314-锥形的密封块；315-进气腔；316-进气口；32-排气塞体；33-连接柱；34-柔性套；

40-预存储装置；41-输送带；411-第一装配孔；

50-第一转运装置；51-横向移动组件；511-第一连接座；512-丝杠；513-导向座；52-竖向移动组件；53-第一机械臂组件；531-第一手指部；532-第一手指部支架；533-第一连接体；534-第一支撑座；535-第二连接体；536-第一联动块；537-第一指部驱动装置；

60-传送装置；61-托盘；611-第二装配孔；62-支撑杆；63-第一驱动装置；64-齿轮机构；

70-第二转运装置；71-第二驱动装置；72-连接座；73-转动组件；74-第二机械臂组件；741-第二手指部；742-第二手指部支架；743-第三连接体；744-第二支撑座；745-第四连接体；746-第二联动块；747-第二指部驱动装置；

80-储放装置；81-容纳槽；

90-排气装置；91-第一挤压块；92-第二挤压块；93-第一支架；94-第二支架；95-弧形槽。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

具体地，如图1至图4所示，本申请实施例提供的一种土壤气体自动采集设备，包括：箱体10、气体采集装置20、气体储存组件30、预存储装置40、第一转运装置50、传送装置60、第二转运装置70和储放装置80。

箱体10包括主箱体11以及设置在主箱体11两侧的第一箱体12和第二箱体13，第一箱体12和第二箱体13与主箱体11贯通；上述三个箱体均与外界密封，从而保障三个箱体内温度、湿度等环境参数的一致性。主箱体11、第一箱体12和第二箱体13分别具有箱门，方便打开箱门进行放置或者收取气体储存组件30。

预存储装置40设置在主箱体11及第一箱体12内，预存储装置40包括输送带41，输送带41上设置有多个用于装配气体储存组件30的第一装配孔411；具体的，输送带41的主动带轮可以通过支架、轴承等部件设置在第一箱体12内，输送带41的从动带轮通过支架、轴承等部件设置在主箱体11内，通过电机驱动主动带轮旋转，进而使输送带41可以带动气体储存组件30移动，本实施例中，多个第一装配孔411沿输送带41的长度方向按照一定距离间隔布置，电机可以采用伺服电机，通过控制电机的启停和运转时间来调节气体储存组件30的具体位置，以供第一转运装置50进行夹持及转运。

第一转运装置50位于预存储装置40的上方，第一转运装置50包括横向移动组件51、竖向移动组件52和第一机械臂组件53；横向移动组件51与主箱体11连接，竖向移动组件52与横向移动组件51连接，横向移动组件51能够带动竖向移动组件52横向移动(相当于X轴)，第一机械臂组件53与竖向移动组件52连接，竖向移动组件52能够带动第一机械臂组件53沿竖直方向移动(相当于Y轴)，当需要对传送装置60上进行上料时，第一机械臂组件53夹持气体储存组件30并从输送带41上取出后转运至传送装置60上；

传送装置60设置在主箱体11内，传送装置60包括托盘61、支撑杆62和第一驱动装置63，支撑杆62与主箱体11连接，优选设置为与主箱体11的顶部固定相连接，托盘61与支撑杆62转动连接，例如通过轴承连接；托盘61上沿周向设置有多个用于装配气体储存组件30的第二装配孔611，从而，对气体储存组件30可以依次插装在第二装配孔611中，以供存储气体使用，托盘61的外缘设置有轮齿，第一驱动装置63通过齿轮机构64与轮齿啮合，即第一驱动装置63可以驱使托盘61进行旋转，从而对气体储存组件30的位置进行调节。

气体采集装置20用于采集外界土壤气体，并将土壤气体输送至位于托盘61上的气体储存组件30内；

第二转运装置70包括第二驱动装置71、连接座72、转动组件73和第二机械臂组件74，第二驱动装置71设置在主箱体11内，第二驱动装置71具有能够沿竖直方向移动的伸缩杆，例如气缸，连接座72与伸缩杆连接，转动组件73设置在连接座72上，转动组件73可以采用减速电机或者旋转气缸，第二机械臂组件74与转动组件73相连接，第二机械臂组件74用于夹持充气后的气体储存组件30并从托盘61上取出后转运至储放装置80中；储放装置80设置在第二箱体13内，起到对气体储存组件30的收集作用。

本申请实施例提供的土壤气体自动采集设备，至少具有以下优点：

1、预存储装置40设置在主箱体11及第一箱体12内，预存储装置40包括输送带41，输送带41上设置有多个用于装配气体储存组件30的第一装配孔411，通过输送带41可以预先方式多个气体储存组件30，第一转运装置50位于预存储装置40的上方，第一转运装置50包括横向移动组件51、竖向移动组件52和第一机械臂组件53；通过横向移动组件51和竖向移动组件52结合动作，使第一机械臂组件53能够夹持气体储存组件30并从输送带41上取出后转运至传送装置60上，从而在传送装置60上的气体储存组件30使用完成后，将输送带41上的气体储存组件30转移至传送装置60上以供继续使用，从而在一个较长的采集周期中，不间断地对土壤气体进行采集和存储，降低采集的外界参数的干扰，在后续的精度估算中减小误差。

2、第二转运装置70包括第二驱动装置71、连接座72、转动组件73和第二机械臂组件74，第二驱动装置71具有能够沿竖直方向移动的伸缩杆，连接座72与伸缩杆连接，转动组件73设置在连接座72上，第二机械臂组件74与转动组件73相连接，当托盘61上的气体储存组件30充气完毕后，第二机械臂组件74能够夹持充气后的气体储存组件30并从托盘61上取出后转运至储放装置80中，实现了对气体储存组件30的自动卸载的功能；采样完成后，工作人员需要打开第二箱体13取出储放装置80即可，从而大幅节省了工作负担，提升了工作效率。

如图1所示，本申请的一个优选实施方案中，气体采集装置20包括第三驱动装置21、第四驱动装置22、阀体23、活塞组件24、第一电磁阀25、第二电磁阀26、进气管道组件27和排气管道组件28。

阀体23内设置竖向设置的第一气体通道231和横向设置的第二气体通道232，第二气体通道232与第一气体通道231的中部相贯通；

活塞组件24设置在第二气体通道232中，第三驱动装置21与活塞组件24相连接，第一气体通道231的进气端设置第一电磁阀25，第一气体通道231的出气端设置第二电磁阀26，进气管道组件27与第一电磁阀25的进气端连通，排气管道组件28与第二电磁阀26的排气端连通，第四驱动装置22通过连杆与排气管道组件28连接，以使排气管道组件28能够上下移动。

工作过程中，例如：

需要抽取土壤气体时，第一电磁阀25处于开启状态时，则第二电磁阀26处于关闭状态，通过控制活塞组件24向远离第一气体通道231的方向移动，使第一气体通道231和第二气体通道232中充满通过进气管道组件27抽取的气体；

需要收集土壤气体时，第一电磁阀25切换为关闭状态，第二电磁阀26切换为开启状态，通过控制活塞杆向靠近第一气体通道231的方向移动，使第一气体通道231和第二气体通道232中的气体通过进气管道组件27注入传送装置60上对应的气体储存组件30中进行储存。第四驱动装置22通过连杆能够带动排气管道组件28上下移动，从而能够使排气管道组件28与气体储存组件30进行对接，以便向气体储存组件30中注入气体；

暂停收集或抽取土壤气体时，第一电磁阀25和第二电磁阀26均切换为关闭状态。

本申请的一个优选实施方案中，参照图1和图8，排气管道组件28包括相连通的排气管281和注气头282，排气管281还与第二电磁阀26的排气端连通，注气头282上设置有多个注气孔283，可以通过注气孔283向气体储存组件30注入气体。

如图5、图6所示，本申请的一个优选实施方案中，气体储存组件30包括进气塞体31、排气塞体32、连接柱33和柔性套34，连接柱33设置在进气塞体31和排气塞体32之间，柔性套34围设于连接柱33外侧，并且柔性套34的两端分别连接进气塞体31和排气塞体32以形成密闭空间，柔性套34采用不透气材料。向进气塞体31中注入气体时，柔性套34膨胀外形呈圆柱形，当通过外部器件挤压柔性套34时，柔性套34收缩，内部气体通过排气塞体32排出至外界。

需要说明的是，现有技术中，土壤温室气体的采集方法多为利用注射器采集后存储在顶空瓶中。本实施例中，采用上述结构的气体储存组件30的优点在于可以通过外部器件挤压柔性套34使其排放空气更彻底，这样，在后续测样过程中需要从气体储存组件中再次抽取气体上机进行测量的精度得到提升；而现有技术的顶空瓶存在排空不彻底的问题，对后续的测量精度产生干扰。

如图7所示，本申请的一个优选实施方案中，进气塞体31包括本体311、环形支架312、弹簧313和锥形的密封块314；本体311具有进气腔315和用于容纳注气头282的进气口316，环形支架312设置在进气腔315中，弹簧313连接在环形支架312和密封块314之间，自然状态下，弹簧313施加弹力使密封块314封堵进气口316，密封块314优选采用橡胶材质，其设置为锥形的作用是充分封堵进气口316，避免气体泄漏。

当需要向气体储存组件30中注入气体时，第四驱动装置22通过连杆驱使排气管道组件28向上移动，注气头282伸入至进气口316中抵顶密封块314，使密封块314克服弹簧313阻力向上移动，从而使注气孔283向气体储存组件30注入气体。注气完毕后，第四驱动装置22通过连杆驱使排气管道组件28向下移动，弹簧313施加弹力使密封块314封堵进气口316。

需要说明的是，现有技术中采用收集管端部通过橡胶垫进行密封的方式，采用这种结构时，特别是在多次采样后会导致密封不严，频繁换垫费时费力，且硬质收集管排空不彻底引入了新的测量误差。而本申请技术方案，橡胶垫采用进气塞体31进行替代，密封可靠性得到提高，并且，配合柔性套34及排气装置90的使用，可以较为彻底地排出空气，从而减小测量误差。

继续参照图1，本申请的一个优选实施方案中，横向移动组件51包括第一连接座511、丝杠512、电机和导向座513；

第一连接座511设置两个，分别与主箱体11连接，丝杠512的两端通过轴承转动连接在两个第一连接座511之间，导向座513套装在丝杠512上，导向座513端部用于连接竖向移动组件52，通过电机控制丝杠512运转，进而控制导向座513带动竖向移动组件52沿横向移动；

竖向移动组件52采用气缸，竖向移动组件52通过其伸缩杆与第一机械臂组件53连接，进而控制第一机械臂组件53沿竖向移动，横向移动组件51和竖向移动组件52联动时，能够使第一机械臂组件53到达指定位置。

如图9所示，本申请的一个优选实施方案中，第一机械臂组件53包括第一手指部531、第一手指部支架532、第一连接体533、第一支撑座534、第二连接体535、第一联动块536及第一指部驱动装置537；第一手指部531设置在第一手指部支架532上，第一手指部支架532通过第一连接体533与第一支撑座534转动连接，例如，通过转轴连接方式；第一支撑座534中部设置用于容纳第一联动块536的第一容纳孔，第一指部驱动装置537连接在第一支撑座534上，第一指部驱动装置537可以采用气缸，第一指部驱动装置537的伸缩轴穿过第一容纳孔与第一联动块536连接，第二连接体535的两端部分别与第一联动块536和第一连接体533转动连接，第一支撑座534与竖向移动组件22的伸缩杆连接。

第一指部驱动装置537的伸缩轴伸长时，在第一联动块536的带动下，第二连接体535、第一连接体533、第一手指部531、第一手指部支架532同步运动，实现张开动作，相对应地，第二指部驱动装置537的伸缩轴回收时，第二连接体535、第一连接体533、第一手指部531、第一手指部支架532同步运动，实现夹持动作，从而实现对气体储存组件30中的排气塞体32进行夹持或放开。

第一机械臂组件53和第二机械臂组件74的结构近似，具体的，如图10所示，本申请的一个优选实施方案中，第二机械臂组件74包括第二手指部741、第二手指部支架742、第三连接体743、第二支撑座744、第四连接体745、第二联动块746及第二指部驱动装置747；

第二手指部741设置在第二手指部支架742上，第二手指部支架742通过第三连接体743与第二支撑座744转动连接，第二支撑座744中部设置用于容纳第二联动块746的第二容纳孔，第二指部驱动装置747连接在第二支撑座744上，第二指部驱动装置747的伸缩轴穿过第二容纳孔与第二联动块746连接，第四连接体745的两端部分别与第二联动块746和第三连接体743转动连接，并且，第二支撑座744与转动组件73连接；

第二指部驱动装置747的伸缩轴伸长时，在第二联动块746的带动下，第四连接体745、第三连接体743、第二手指部741、第二手指部支架742同步运动，实现张开动作，相对应地，第二指部驱动装置747的伸缩轴回收时，第四连接体745、第三连接体743、第二手指部741、第二手指部支架742同步运动，实现夹持动作，从而实现对气体储存组件30中的排气塞体32进行夹持或放开。

如图1和图12所示，本申请的一个优选实施方案中，还包括排气装置90，排气装置90的作用是对气体储存组件30进行挤压，排出其内部的空气，从而减小后续的测量误差。

具体的，排气装置90设置在第一箱体12内，排气装置90包括第一挤压块91、第二挤压块92、第一支架93和第二支架94，第一支架93与第一箱体12的一侧壁连接，第一挤压块91与第一支架93滑动连接，优选地，第一支架93上设置滑槽，第一挤压块91底部设置滑轨，已实现两者滑动连接；一个气缸设置在上述的侧壁和第一挤压块91之间，进而驱动第一加压快朝向第二挤压块92移动；

第二支架94与第一箱体12的另一相对侧壁连接，第二挤压块92与第二支架94滑动连接，优选地，第二支架94上设置滑槽，第二挤压块92底部设置滑轨，已实现两者滑动连接；另一个气缸设置在上述的相对侧壁和第二挤压块92之间，进而驱动第二加压快朝向第一挤压块91移动；

此外，第一挤压块91和第二挤压块92上分别设置有用于容纳连接柱33的弧形槽95，通过气缸分别驱动第一挤压块91和第二挤压块92相向移动，以挤压放置在输送带41上的气体储存组件30中的柔性套34，并通过排气塞体32排出气体。

如图11所示，本申请的一个优选实施方案中，储放装置80包括托座，托座采用海绵材质，托座的中部设置用以放置气体储存组件30的容纳槽81。当第二机械臂组件74移动至容纳槽的正上方，张开第二手指部741使气体储存组件30落入容纳槽内。

本申请的一个优选实施方案中，还包括控制模块以及与控制模块电连接的存储模块、温度传感器、计时器、多个光电传感器等元器件；并且，每一个气体储存组件30上设置有编号，温度传感器和计时器可以针对每一次抽取的土壤气体的外部环境温度和时间进行检测记录，并通过存储模块存储，从而记录每一个对应编号的气体储存组件30中气体的温度和时间信息，以供后续研究检测使用。多个光电传感器分别安装在第一箱体12和第二箱体13内，例如，分别利用光电传感器对输送带41上的气体储存组件30，以及托盘61上的体储存组件进行检测，以便于后续对第一转运装置50和第二转运装置70进行调节。

下面说明本申请中的土壤气体自动采集设备的工作原理：

上料时，打开第一箱体12的箱门，通过控制模块输出信号使伺服电机驱动输送带41间歇式运转，将气体储存组件30逐个插入到输送带41的第一装配孔内，具体是将进气塞体31插入至第一装配孔内；

每当插入一个气体储存组件30后，启动一次排气装置90，对气体储存组件30进行挤压排气后，排气装置90复位，进而实现对每一个气体储存组件30的排气工序；

当主箱体11内相应的光电传感器检测到输送带41上的气体储存组件30到达指定位置后，横向移动组件51联动竖向移动组件52，通过第一机械臂组件53夹持气体储存组件30后，使夹持气体储存组件30向上拔起脱离输送带41，继续通过横向移动组件51联动竖向移动组件52，利用第一机械臂组件53将气体储存组件30插装到托盘61上的第二装配孔611内，然后第一机械臂组件53放开，复位到初始位置，按照上述转运步骤继续重复动作已完成转运工作，第一驱动装置63驱动托盘61按照预设角度间歇式旋转，直至托盘61上的气体储存组件30全部插满为止；

需要抽取土壤气体时，第一电磁阀25处于开启状态时，则第二电磁阀26处于关闭状态，通过控制活塞杆向远离第一气体通道231的方向移动，使第一气体通道231和第二气体通道232中充满通过进气管道组件27抽取的气体；

需要收集土壤气体时，第一电磁阀25切换为关闭状态，第二电磁阀26切换为开启状态，通过控制活塞杆向靠近第一气体通道231的方向移动，使第一气体通道231和第二气体通道232中的气体通过进气管道组件27注入传送装置60上对应的气体储存组件30中进行储存。第四驱动装置22通过连杆能够带动排气管道组件28上下移动，从而能够使排气管道组件28与气体储存组件30进行对接，以便向气体储存组件30中注入气体；

暂停收集或抽取土壤气体时，第一电磁阀25和第二电磁阀26均切换为关闭状态；

当气体储存组件30注入气体完毕后，第二驱动装置71、转动组件73和第二机械臂组件74联动，将托盘61上的气体储存组件30拔出并转运至储放装置80内，完成对气体储存组件30的收集。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种土壤气体自动采集设备，其特征在于，包括：箱体、气体采集装置、气体储存组件、预存储装置、第一转运装置、传送装置、第二转运装置和储放装置；

所述箱体包括主箱体以及设置在所述主箱体两侧的第一箱体和第二箱体，所述第一箱体和第二箱体与所述主箱体贯通；

所述预存储装置设置在所述主箱体及所述第一箱体内，所述预存储装置包括输送带，所述输送带上设置有多个用于装配气体储存组件的第一装配孔；

所述第一转运装置位于所述预存储装置的上方，所述第一转运装置包括横向移动组件、竖向移动组件和第一机械臂组件；所述横向移动组件与所述主箱体连接，所述竖向移动组件与所述横向移动组件连接，所述第一机械臂组件与所述竖向移动组件连接，所述第一机械臂组件用于夹持所述气体储存组件并从所述输送带上取出后转运至所述传送装置上；

所述传送装置设置在所述主箱体内，所述传送装置包括托盘、支撑杆和第一驱动装置，所述支撑杆与所述主箱体连接，所述托盘与所述支撑杆转动连接，所述托盘上沿周向设置有多个用于装配气体储存组件的第二装配孔，所述托盘的外缘设置有轮齿，所述第一驱动装置通过齿轮机构与所述轮齿啮合；

所述气体采集装置用于采集外界土壤气体，并将土壤气体输送至位于所述托盘上的所述气体储存组件内；

所述第二转运装置包括第二驱动装置、连接座、转动组件和第二机械臂组件，所述第二驱动装置设置在所述主箱体内，所述第二驱动装置具有能够沿竖直方向移动的伸缩杆，所述连接座与所述伸缩杆连接，所述转动组件设置在所述连接座上，所述第二机械臂组件与所述转动组件相连接，所述第二机械臂组件用于夹持充气后的气体储存组件并从所述托盘上取出后转运至所述储放装置中；

所述储放装置设置在所述第二箱体内。

2.根据权利要求1所述的土壤气体自动采集设备，其特征在于，所述气体采集装置包括第三驱动装置、第四驱动装置、阀体、活塞组件、第一电磁阀、第二电磁阀、进气管道组件和排气管道组件；所述阀体内设置相贯通的竖向设置的第一气体通道和横向设置的第二气体通道，所述活塞组件设置在所述第二气体通道中，所述第三驱动装置与所述活塞组件相连接，所述第一气体通道的进气端设置所述第一电磁阀，所述第一气体通道的出气端设置所述第二电磁阀，所述进气管道组件与所述第一电磁阀的进气端连通，所述排气管道组件与所述第二电磁阀的排气端连通，所述第四驱动装置通过连杆与所述排气管道组件连接，以使所述排气管道组件能够上下移动。

3.根据权利要求2所述的土壤气体自动采集设备，其特征在于，所述排气管道组件包括相连通的排气管和注气头，所述注气头上设置有注气孔。

4.根据权利要求3所述的土壤气体自动采集设备，其特征在于，所述气体储存组件包括进气塞体、排气塞体、连接柱和柔性套，所述连接柱设置在所述进气塞体和所述排气塞体之间，所述柔性套围设于所述连接柱外侧，并且所述柔性套的两端分别连接所述进气塞体和所述排气塞体以形成密闭空间，所述柔性套采用不透气材料。

5.根据权利要求4所述的土壤气体自动采集设备，其特征在于，所述进气塞体包括本体、环形支架、弹簧和锥形的密封块；所述本体具有进气腔和用于容纳所述注气头的进气口，所述环形支架设置在所述进气腔中，所述弹簧连接在所述环形支架和所述密封块之间，自然状态下，所述弹簧施加弹力使所述密封块封堵所述进气口。

6.根据权利要求1所述的土壤气体自动采集设备，其特征在于，所述横向移动组件包括第一连接座、丝杠、电机和导向座，所述第一连接座与所述主箱体连接，所述丝杠转动连接在两个第一连接座之间，所述导向座套装在丝杠上，导向座端部用于连接所述竖向移动组件，通过电机控制丝杠运转，进而控制导向座带动竖向移动组件沿横向移动；

所述竖向移动组件采用气缸，所述竖向移动组件通过其伸缩杆与所述第一机械臂组件连接，进而控制所述第一机械臂组件沿竖向移动。

7.根据权利要求6所述的土壤气体自动采集设备，其特征在于，所述第一机械臂组件包括第一手指部、第一手指部支架、第一连接体、第一支撑座、第二连接体、第一联动块及第一指部驱动装置；所述第一手指部设置在所述第一手指部支架上，所述第一手指部支架通过第一连接体与所述第一支撑座转动连接，所述第一支撑座中部设置用于容纳第一联动块的第一容纳孔，所述第一指部驱动装置连接在所述第一支撑座上，第一指部驱动装置的伸缩轴穿过第一容纳孔与所述第一联动块连接，所述第二连接体的两端部分别与所述第一联动块和所述第一连接体转动连接，所述第一支撑座与所述竖向移动组件的伸缩杆连接。

8.根据权利要求7所述的土壤气体自动采集设备，其特征在于，所述第二机械臂组件包括第二手指部、第二手指部支架、第三连接体、第二支撑座、第四连接体、第二联动块及第二指部驱动装置；所述第二手指部设置在所述第二手指部支架上，所述第二手指部支架通过第三连接体与所述第二支撑座转动连接，所述第二支撑座中部设置用于容纳第二联动块的第二容纳孔，所述第二指部驱动装置连接在所述第二支撑座上，第二指部驱动装置的伸缩轴穿过第二容纳孔与所述第二联动块连接，所述第四连接体的两端部分别与所述第二联动块和所述第三连接体转动连接，所述第二支撑座与所述转动组件连接。

9.根据权利要求4所述的土壤气体自动采集设备，其特征在于，还包括排气装置，所述排气装置设置在所述第一箱体内，所述排气装置包括第一挤压块、第二挤压块、第一支架和第二支架，所述第一支架与所述第一箱体的一侧壁连接，所述第一挤压块与所述第一支架滑动连接，所述第二支架与所述第一箱体的另一相对侧壁连接，所述第二挤压块与所述第二支架滑动连接，所述第一挤压块和所述第二挤压块上分别设置有用于容纳所述连接柱的弧形槽，通过气缸分别驱动所述第一挤压块和所述第二挤压块相向移动，以挤压所述气体储存组件中的所述柔性套并通过排气塞体排出气体。

10.根据权利要求1所述的土壤气体自动采集设备，其特征在于，所述储放装置包括托座，所述托座采用海绵材质，所述托座的中部设置用以放置气体储存组件的容纳槽。

Images