CN113092511A - 一种基于机器人监测养护土壤重金属的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于机器人监测养护土壤重金属的方法及装置，装置包括：履带机器人子系统、土壤采集子系统、搅拌子系统、XRF分析子系统以及无线子系统，履带机器人子系统包括：履带车体、行走控制单元，土壤采集子系统包括：H型垂直升降单元、水平伸缩采集单元，土壤样本通过进样口落放到搅拌子系统中进行混合搅拌；XRF分析子系统对混合搅拌的土壤样本进行扫描照射分析，得出土壤样本分析数据；无线子系统将XRF分析子系统分析得出的土壤样本分析数据，通过移动网络回传到云端系统进行存储，或回传手机平台、计算机平台，以将土壤样本分析数据通过手机平台、计算机平台分发至对应的终端设备。可以提高养护土壤重金属的监测效率。

Description

一种基于机器人监测养护土壤重金属的方法及装置
技术领域
本发明涉及土壤监测技术领域，具体而言，涉及一种基于机器人监测养护土壤重金属的方法及装置。
背景技术
传统养护土壤的重金属监测主要为人工监测，通过人工手持采样杆等采样设备，对养护土壤进行采样，并将样品带到实验室，利用大型设备分析，获取养护土壤中的重金属含量信息，或在采样现场，利用手持式X射线荧光光谱分析(XRF，X Ray Fluorescence)等设备对样品进行分析以获取养护土壤中的重金属含量信息。但该监测养护土壤重金属的方法，无论是利用实验室大型设备进行监测还是利用XRF进行监测，均需要进行人工采样，所需时间较长，监测效率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供基于机器人监测养护土壤重金属的方法及装置，以提高养护土壤重金属的监测效率。
第一方面，本发明实施例提供了基于机器人监测养护土壤重金属的装置，包括：履带机器人子系统、土壤采集子系统、搅拌子系统、XRF分析子系统以及无线子系统，其中，
履带机器人子系统包括：履带车体、行走控制单元，其中，履带车体为基于机器人监测养护土壤重金属的装置的载体，行走控制单元包括：用于操作人员手持的遥控控制器以及安装在履带车体上的行走控制器；
遥控控制器接收外部输入的用于目标对象控制的控制指令，输出至行走控制器，行走控制器依据接收的控制指令，控制目标对象执行控制指令对应的动作，目标对象包括：履带机器人子系统、土壤采集子系统、搅拌子系统、XRF分析子系统或无线子系统；
土壤采集子系统包括：H型垂直升降单元、水平伸缩采集单元，其中，H型垂直升降单元包括：H支架、升降链条、第一电机轮盘、第一电机及第一电机轮盘固定支架，其中，
第一电机轮盘包括第一轮盘和第二轮盘，第一轮盘和第二轮盘为同轴轮盘，第一电机控制同轴的第一轮盘和第二轮盘；
第一电机、第一轮盘以及第二轮盘安装固定在第一电机轮盘固定支架上，第一电机轮盘固定支架固定在H支架顶端，升降链条上端安装并盘绕在第一电机轮盘上；
水平伸缩采集单元安装在H型垂直升降单元上，随着升降链条的上下升降而升降，包括：第二电机轮盘、单向弯曲链条以及采样头腔，其中，单向弯曲链条盘绕在第二电机轮盘上，升降链条的下端安装并盘绕在第二电机轮盘上，第一电机轮盘带动升降链条在H支架上进行上下升降，升降链条带动第二电机轮盘上下升降，采样头腔安装在单向弯曲链条头部，单向弯曲链条在回收到第二电机轮盘上时弯曲盘回，在放送采样头腔到采样土壤时伸展为一条直线，不可朝下弯曲，并按照设定步进单位，将采样头腔钻入采样土壤进行采样；
搅拌子系统的上方设置有进样口，采样头腔采集的土壤样本通过进样口落放到搅拌子系统中进行混合搅拌；
XRF分析子系统安装在搅拌子系统上方，在搅拌子系统完成土壤样本的混合搅拌后，对混合搅拌的土壤样本进行扫描照射分析，得出土壤样本分析数据；
无线子系统，用于将XRF分析子系统分析得出的土壤样本分析数据，通过移动网络回传到云端系统进行存储，或回传手机平台、计算机平台，以将土壤样本分析数据通过手机平台、计算机平台分发至对应的终端设备。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述遥控控制器包括：液晶显示屏、键盘人机接口，其中，键盘人机接口用于输入采样对象数据，液晶显示屏用于显示输入的采样对象数据以及土壤样本分析数据。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述采样对象数据包括：采样对象高度、宽度、长度、高度采样步进单位、高度采样步进数、每个高度点上的采集深度步进单位、采样深度点数以及采样总点数。
结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述行走控制器还用于对土壤采集子系统进行养护土壤采样的采样点数量进行计数，在计数到预设的采样点数阈值后，延时预设的土壤样本混合搅拌时间，向XRF分析子系统发送XRF分析指令，通知XRF分析子系统进行扫描照射分析，进而得出土壤样本分析数据。
结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述土壤采集子系统、搅拌子系统、XRF分析子系统采用模块化设计。
结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式至第四种可能的实施方式中的任一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述行走控制器中设置存储模块，用于存储土壤样本分析数据等。
结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式至第四种可能的实施方式中的任一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述控制指令包括：履带机器人运行指令、土壤采集指令、XRF分析指令。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于机器人监测养护土壤重金属的方法，包括：
设置采样对象数据；
通过遥控控制器发出控制指令，控制基于机器人监测养护土壤重金属的装置行进到采样对象的采样起点，进行采样点偏差调整；
通过遥控控制器输出采样开始指令，行走控制器依据采样开始指令，驱动H型垂直升降单元及升降水平伸缩采集单元到起始采样点；
控制升降水平伸缩采集单元的第二电机轮盘正向转动，释放携带采样头腔的单向弯曲链条，以使采样头腔进入采样土壤，采集土壤表面土壤，得到土壤样本；
控制第二电机轮盘反向转动以回收单向弯曲链条，将土壤样本落放到搅拌子系统；
在落放土壤样本后，控制升降水平伸缩采集单元释放单向弯曲链条，释放长度增加1个采集深度步进单位，以进入土壤内部下一采样点进行采样，直至累计的采样点数达到设定的最大水平步进采样点数，完成一个高度点采样；
控制H型垂直升降单元垂直步进增加一高度采样步进单位，直至高度点采样数达到设定的最大垂直步进高度采样数，完成一个长度点采样；
控制基于机器人监测养护土壤重金属的装置水平前进一个水平步进单位，直至长度点采样数达到预先设定的最大长度步进采样数；
控制搅拌子系统对落放的土壤样本进行混合搅拌；
开启XRF分析子系统，进行扫描照射分析，得出土壤样本分析数据；
启动无线子系统，通过移动网络回传土壤样本分析数据到云端系统以及终端设备。
第三方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述的方法的步骤。
本发明实施例提供的基于机器人监测养护土壤重金属的方法及装置，包括：履带机器人子系统、土壤采集子系统、搅拌子系统、XRF分析子系统以及无线子系统，其中，履带机器人子系统包括：履带车体、行走控制单元，其中，履带车体为基于机器人监测养护土壤重金属的装置的载体，行走控制单元包括：用于操作人员手持的遥控控制器以及安装在履带车体上的行走控制器；遥控控制器接收外部输入的用于目标对象控制的控制指令，输出至行走控制器，行走控制器依据接收的控制指令，控制目标对象执行控制指令对应的动作，目标对象包括：履带机器人子系统、土壤采集子系统、搅拌子系统、XRF分析子系统或无线子系统；土壤采集子系统包括：H型垂直升降单元、水平伸缩采集单元，其中，H型垂直升降单元包括：H支架、升降链条、第一电机轮盘、第一电机及第一电机轮盘固定支架，其中，第一电机轮盘包括第一轮盘和第二轮盘，第一轮盘和第二轮盘为同轴轮盘，第一电机控制同轴的第一轮盘和第二轮盘；第一电机、第一轮盘以及第二轮盘安装固定在第一电机轮盘固定支架上，第一电机轮盘固定支架固定在H支架顶端，升降链条上端安装并盘绕在第一电机轮盘上；水平伸缩采集单元安装在H型垂直升降单元上，随着升降链条的上下升降而升降，包括：第二电机轮盘、单向弯曲链条以及采样头腔，其中，单向弯曲链条盘绕在第二电机轮盘上，升降链条的下端安装并盘绕在第二电机轮盘上，第一电机轮盘带动升降链条在H支架上进行上下升降，升降链条带动第二电机轮盘上下升降，采样头腔安装在单向弯曲链条头部，单向弯曲链条在回收到第二电机轮盘上时弯曲盘回，在放送采样头腔到采样土壤时伸展为一条直线，不可朝下弯曲，并按照设定步进单位，将采样头腔钻入采样土壤进行采样；搅拌子系统的上方设置有进样口，采样头腔采集的土壤样本通过进样口落放到搅拌子系统中进行混合搅拌；XRF分析子系统安装在搅拌子系统上方，在搅拌子系统完成土壤样本的混合搅拌后，对混合搅拌的土壤样本进行扫描照射分析，得出土壤样本分析数据；无线子系统，用于将XRF分析子系统分析得出的土壤样本分析数据，通过移动网络回传到云端系统进行存储，或回传手机平台、计算机平台，以将土壤样本分析数据通过手机平台、计算机平台分发至对应的终端设备。这样，通过将采样头腔集成到履带式机器人上，遥控履带式机器人到达采样点，利用H型垂直升降单元以及水平伸缩采集单元进行高度和宽度方向上采样点的调整，控制采样头腔下钻到预定深度后，驱动采样头腔的探头进行养护土壤采样，能够实现养护土壤的所有采样点采集，可以提高养护土壤重金属的监测效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的基于机器人监测养护土壤重金属的装置侧视结构示意图。
图2示出了本发明实施例所提供的基于机器人监测养护土壤重金属的装置主视结构示意图；
图3示出了本发明实施例所提供的基于机器人监测养护土壤重金属的方法流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种计算机设备400的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
目前通过人工方式对养护土壤进行采样以实现养护土壤中重金属含量监测的方法，人工采样所需的时间较长，使得进行养护土壤中重金属含量监测的效率较低。本发明实施例中，基于机器人智能技术，利用履带式机器人(基于机器人监测养护土壤重金属的装置)作为养护土壤采样的载体平台，通过将采样头腔集成到履带式机器人上，遥控履带式机器人到达采样点，利用H型垂直升降单元以及水平伸缩采集单元进行高度和宽度方向上采样点的调整，控制采样头腔下钻到预定深度后，驱动采样头腔的探头进行养护土壤采样，能够实现养护土壤的所有采样点采集，无需进行人工采样，再利用集成在履带式机器人上的XRF分析子系统对采样的养护土壤进行重金属含量检测，从而利用履带式机器人进行养护土壤的自动采样并实现重金属的自动监测，实时获取土壤样本分析数据，具有监测效率高、采样点定位准、节省人工成本等明显优点，能够极大减轻养护土壤采样的难度和工作量。
本发明实施例提供了一种基于机器人监测养护土壤重金属的方法及装置，下面通过实施例进行描述。
图1示出了本发明实施例所提供的基于机器人监测养护土壤重金属的装置侧视结构示意图。
图2示出了本发明实施例所提供的基于机器人监测养护土壤重金属的装置主视结构示意图。
如图1和图2所示，基于机器人监测养护土壤重金属的装置包括：履带机器人子系统11、土壤采集子系统12、搅拌子系统13、XRF分析子系统14以及无线子系统15，其中，
履带机器人子系统11包括：履带车体111、行走控制单元112，其中，履带车体111为基于机器人监测养护土壤重金属的装置的载体，行走控制单元112包括：用于操作人员手持的遥控控制器(图中未示出)以及安装在履带车体111上的行走控制器1121；
遥控控制器接收外部输入的用于目标对象控制的控制指令，输出至行走控制器1121，行走控制器1121依据接收的控制指令，控制目标对象执行控制指令对应的动作，目标对象包括：履带机器人子系统11、土壤采集子系统12、搅拌子系统13、XRF分析子系统14或无线子系统15；
土壤采集子系统12包括：H型垂直升降单元121、水平伸缩采集单元122，其中，H型垂直升降单元121包括：H支架1211、升降链条1212、第一电机轮盘1213、第一电机(图中未示出)及第一电机轮盘固定支架1214，其中，
第一电机轮盘1213包括第一轮盘1215和第二轮盘1216，第一轮盘1215和第二轮盘1216为同轴轮盘，第一电机控制同轴的第一轮盘1215和第二轮盘1216；
第一电机、第一轮盘1215以及第二轮盘1216安装固定在第一电机轮盘固定支架1214上，第一电机轮盘固定支架1214固定在H支架1211顶端，升降链条1212上端安装并盘绕在第一电机轮盘1213上；
水平伸缩采集单元122安装在H型垂直升降单元121上，随着升降链条1212的上下升降而升降，包括：第二电机轮盘1221、单向弯曲链条1222以及采样头腔1223，其中，单向弯曲链条1222盘绕在第二电机轮盘1221上，升降链条1212的下端安装并盘绕在第二电机轮盘1221的转轴1224上，第一电机轮盘1213带动升降链条1212在H支架1211上进行上下升降，升降链条1212带动第二电机轮盘1221上下升降，采样头腔1223安装在单向弯曲链条1222头部，单向弯曲链条1222在回收到第二电机轮盘1221上时弯曲盘回，在放送采样头腔1223到采样土壤时伸展为一条直线，不可朝下弯曲，并按照设定步进单位，将采样头腔1223钻入采样土壤进行采样；
搅拌子系统13的上方设置有进样口，采样头腔1223采集的土壤样本通过进样口落放到搅拌子系统13中进行混合搅拌；
XRF分析子系统14安装在搅拌子系统13上方，在搅拌子系统13完成土壤样本的混合搅拌后，对混合搅拌的土壤样本进行扫描照射分析，得出土壤样本分析数据；
无线子系统15，用于将XRF分析子系统14分析得出的土壤样本分析数据，通过移动网络回传到云端系统进行存储，或回传手机平台、计算机平台，以将土壤样本分析数据通过手机平台、计算机平台分发至对应的终端设备。
本发明实施例中，H型垂直升降单元通过第一控制线与行走控制器相连，水平伸缩采集单元通过第二控制线与行走控制器相连，无线子系统通过第三控制线与行走控制器相连，XRF分析子系统通过第四控制线与行走控制器相连，搅拌子系统通过第五控制线与行走控制器相连。
本发明实施例中，作为一可选实施例，控制指令包括但不限于：履带机器人运行指令、土壤采集指令、XRF分析指令等。
本发明实施例中，作为一可选实施例，遥控控制器包括：液晶显示屏(LCD，LiquidCrystal Display)、键盘人机接口，其中，键盘人机接口用于输入采样对象数据，液晶显示屏用于显示输入的采样对象数据以及土壤样本分析数据。
本发明实施例中，作为一可选实施例，采样对象数据包括：采样对象高度H、宽度W、长度L、高度采样步进单位△h、高度采样步进数(高度采样步进单位*高度采样步进数＝采样高度≤H)、每个高度点上的采集深度步进单位△w、采样深度点数(每个高度点上的采样深度点数＝W/△w)以及采样总点数N等。
本发明实施例中，作为一可选实施例，采样总点数N≤H*W*L/500，其中，可以设置：△h*△w＝500。作为一可选实施例，采样对象高度H、采样对象宽度W等采集对象数据不能超过装置的最大采样高度、最大采样宽度支持，即采集土堆的堆叠最高不能超过H，最宽不能超过W。
本发明实施例中，水平伸缩采集单元安装在H型垂直升降单元上，随着H型垂直升降单元的升降链条的上下升降而升降，从而实现垂直采样高度的调整；而单向弯曲链条盘绕在第二电机轮盘上，在回收到第二电机轮盘上时可以弯曲盘回，在放送采样头腔到采样土壤时伸展为一条直线，可以实现采样深度的调整；在水平方向的采样上，可通过装置的行走实现采样长度的调整。
本发明实施例中，单向弯曲链条在回收到第二电机轮盘上时，可以弯曲盘回，在放送采样头腔到采样土壤时，单向弯曲链条伸展为一条直线，不可朝下弯曲，并按照设定采样步进单位，将采样头腔钻入采样土壤堆进行采样。采样后，单向弯曲链条回收到第二电机轮盘，采样头腔带回采样土壤，在单向弯曲链条回收完毕后，采样头腔因为失去单向弯曲链条的水平支撑，垂直向下打开，将采集的土壤样本落放到下方的进样口，从而完成一次采样。在完成一次采样后，第二电机轮盘放送单向弯曲链条，单向弯曲链条水平展开前进，开始垂直采样高度上的下一个采样点的采样。在一个垂直采样高度中，按照高度采样步进单位选取采样点，当采样到高度采样最大步进单位，完成一个采样高度采样，然后，H垂直升降单元上升到下一个采样高度。
本发明实施例中，可以利用激光测距子系统实现采样高度以及采样宽度的调整。
本发明实施例中，还可以通过其他方式实现单向弯曲链条的放送和回收。其中，单向弯曲链条包含多个相互压合的链条单元，在单向弯曲链条展开时，前级(采样头腔方向)链条单元被后级链条单元压着，使得前级链条单元不能朝下弯曲，即使前级链条单元朝下弯曲，需要将后级链条单元朝上撬动，但由于每级链条单元都被后级链条单元压着，最后一级链条单元(与第二电机轮盘成切线位置的链条单元)被第二电机轮盘压着，不能朝上撬动，使得依次相连的链条单元都不能朝上撬动。同时，在进行单向弯曲链条回收时，由于后级链条单元将前级链条单元朝下压，并盘绕在第二电机轮盘上，从而可以实现单向弯曲。
本发明实施例中，实际应用中，采样头腔的开启或闭合，也可以通过控制指令进行控制，例如，在释放单向弯曲链条过程中闭合，释放即将到位、开始采样时打开，采集结束后闭合，回收盘回转到位，在需要释放土壤样本时打开。
本发明实施例中，土壤采集子系统采集的土壤样本通过设置在搅拌子系统上方的进样口落放到搅拌子系统中，土壤样本进入搅拌子系统后，进行混合搅拌，使得多个采样点的土壤样本可以达到一定程度的混合，在最后一个土壤样本采样完成送入搅拌子系统后，继续混合搅拌预设的时间，从而完成土壤样本的混合搅拌。
本发明实施例中，土壤采集子系统在一个轮次的完整采样中，包括对各高度方向、宽度方向以及长度方向的采样，总的采样点数量需要达到采样总点数。因而，可以基于计数的采样点数进行土壤样本分析，作为一可选实施例，行走控制器还用于对土壤采集子系统进行养护土壤采样的采样点数量进行计数，在计数到预设的采样点数阈值后，延时预设的土壤样本混合搅拌时间，向XRF分析子系统发送XRF分析指令，通知XRF分析子系统进行扫描照射分析，进而得出土壤样本分析数据。其中，对采样点数量进行计数可以是在装置行走到第一个采样点后，触发计数，后续中，装置每前进一采样步进单位，计数值加1。
本发明实施例中，作为一可选实施例，土壤采集子系统12、搅拌子系统13、XRF分析子系统14采用模块化设计，可拆卸，可根据实际需要进行更换安装，从而携带方便，便于维修更换。
本发明实施例中，遥控控制器通过向行走控制器发送控制指令，从而控制装置的行进与自动监测的相关操作等，行走控制器接收控制指令，通过与其他子系统互联的控制线，将控制指令传输至相应的子系统。
本发明实施例中，作为一可选实施例，还可以在行走控制器中设置存储模块，例如，安全数字(SD，Secure Digital)卡、紧凑式闪存(CF，Compact Flash)卡等，用于存储土壤样本分析数据等。
本发明实施例中，履带车也可以为多轮轮式车。
图3示出了本发明实施例所提供的基于机器人监测养护土壤重金属的方法流程示意图。如图3所示，该流程包括：
步骤301，设置采样对象数据；
本发明实施例中，通过遥控控制器上的LCD以及键盘人机接口，输入采样对象数据。
本发明实施例中，由于实际的采样对象(养护土壤)为不规则形状，为了兼容各种采样对象，采样对象数据按照支持的最大采样高度以及最长采样长度进行设置。
步骤302，通过遥控控制器发出控制指令，控制基于机器人监测养护土壤重金属的装置行进到采样对象的采样起点，进行采样点偏差调整；
本发明实施例中，在行进到采样起点后，测试设置输入装置(机器人聚焦养护自动监测系统)的采样起点偏差值，偏差值包括水平偏差和垂直偏差。其中，水平偏差包括X方向偏移以及Y方向偏移。
本发明实施例中，由于机器人聚焦养护自动监测系统从采样对象的开始一端(采样起点)进行土壤样本采集，即默认X方向偏移为0，因而，只需要测量Y方向偏移，即机器人聚焦养护自动监测系统的采样起点到采样土壤表面的距离。作为一可选实施例，可以利用配置的激光测距仪进行Y方向偏移测量。
本发明实施例中，垂直偏差默认为机器人聚焦养护自动监测系统的高度，如果机器人聚焦养护自动监测系统与采样土壤地平面不在一个平面，可通过人工输入，从而修正垂直偏差，在设置偏差值后，机器人聚焦养护自动监测系统的原点与采集对象的原点重合。
步骤303，通过遥控控制器输出采样开始指令，行走控制器依据采样开始指令，驱动H型垂直升降单元及升降水平伸缩采集单元到起始采样点；
本发明实施例中，行走控制器接收到采样开始指令后，启动机器人聚焦养护自动监测系统的H型垂直升降单元、升降水平伸缩采集单元进行自检，自检通过后，驱动H型垂直升降单元、升降水平伸缩采集单元垂直步进一高度采样步进单位。例如，如果从地面开始，加上修正偏差，步进至0位置。
步骤304，控制升降水平伸缩采集单元的第二电机轮盘正向转动，释放携带采样头腔的单向弯曲链条，以使采样头腔进入采样土壤，采集土壤表面土壤，得到土壤样本；
本发明实施例中，单向弯曲链条的释放延伸长度＝采集深度水平偏差设置。
步骤305，控制第二电机轮盘反向转动以回收单向弯曲链条，将土壤样本落放到搅拌子系统；
步骤306，在落放土壤样本后，控制升降水平伸缩采集单元释放单向弯曲链条，释放长度增加1个采集深度步进单位，以进入土壤内部下一采样点进行采样，直至累计的采样点数达到设定的最大水平步进采样点数，完成一个高度点采样；
本发明实施例中，升降水平伸缩采集单元的第二电机轮盘反向转动以回收单向弯曲链条，将下一采样点采样得到的土壤样本落放到搅拌子系统，如此循环，每次步进增加1个采样深度步进单位长度，直至达到设定的最大水平步进采样点数，最后回收单向弯曲链条以将土壤样本落放到搅拌子系统中，从而完成一个高度点采样。
步骤307，控制H型垂直升降单元垂直步进增加一高度采样步进单位，直至高度点采样数达到设定的最大垂直步进高度采样数，完成一个长度点采样；
步骤308，控制基于机器人监测养护土壤重金属的装置水平前进一个水平步进单位，直至长度点采样数达到预先设定的最大长度步进采样数；
步骤309，控制搅拌子系统对落放的土壤样本进行混合搅拌；
本发明实施例中，作为一可选实施例，搅拌方式可以是边采样边搅拌，也可以是全部采样完后再搅拌，在最后一次的采样土壤落放至搅拌子系统后，搅拌子系统搅拌持续一定时间，从而完成所有采样土壤的搅拌。
步骤310，开启XRF分析子系统，进行扫描照射分析，得出土壤样本分析数据；
本发明实施例中，作为一可选实施例，XRF分析子系统将分析得到的土壤样本分析数据存入SD卡存储设备。
步骤311，启动无线子系统，通过移动网络回传土壤样本分析数据到云端系统以及终端设备。
本发明实施例中，结合履带车和空间采样的特点，自动识别采样体积，自动根据采样体积计算采样高度单位步进以及水平采样深度步进，实现对养护土壤的自动采样，无需进行人工采样，节省人力；同时，集成XRF进行实时分析，养护土壤重金属的监测效率高；而采用模块化设计以及模块化接口安装，便于基于机器人监测养护土壤重金属的装置的携带以及维修。
如图4所示，本申请一实施例提供了一种计算机设备400，用于执行图3中的基于机器人监测养护土壤重金属的方法，该设备包括存储器401、处理器402及存储在该存储器401上并可在该处理器402上运行的计算机程序，其中，上述处理器402执行上述计算机程序时实现上述基于机器人监测养护土壤重金属的方法的步骤。
具体地，上述存储器401和处理器402能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器402运行存储器401存储的计算机程序时，能够执行上述基于机器人监测养护土壤重金属的方法。
对应于图3中的基于机器人监测养护土壤重金属的方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述基于机器人监测养护土壤重金属的方法的步骤。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述基于机器人监测养护土壤重金属的方法。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于机器人监测养护土壤重金属的装置，其特征在于，包括：履带机器人子系统、土壤采集子系统、搅拌子系统、XRF分析子系统以及无线子系统，其中，
履带机器人子系统包括：履带车体、行走控制单元，其中，履带车体为基于机器人监测养护土壤重金属的装置的载体，行走控制单元包括：用于操作人员手持的遥控控制器以及安装在履带车体上的行走控制器；
遥控控制器接收外部输入的用于目标对象控制的控制指令，输出至行走控制器，行走控制器依据接收的控制指令，控制目标对象执行控制指令对应的动作，目标对象包括：履带机器人子系统、土壤采集子系统、搅拌子系统、XRF分析子系统或无线子系统；
土壤采集子系统包括：H型垂直升降单元、水平伸缩采集单元，其中，H型垂直升降单元包括：H支架、升降链条、第一电机轮盘、第一电机及第一电机轮盘固定支架，其中，
第一电机轮盘包括第一轮盘和第二轮盘，第一轮盘和第二轮盘为同轴轮盘，第一电机控制同轴的第一轮盘和第二轮盘；
第一电机、第一轮盘以及第二轮盘安装固定在第一电机轮盘固定支架上，第一电机轮盘固定支架固定在H支架顶端，升降链条上端安装并盘绕在第一电机轮盘上；
水平伸缩采集单元安装在H型垂直升降单元上，随着升降链条的上下升降而升降，包括：第二电机轮盘、单向弯曲链条以及采样头腔，其中，单向弯曲链条盘绕在第二电机轮盘上，升降链条的下端安装并盘绕在第二电机轮盘上，第一电机轮盘带动升降链条在H支架上进行上下升降，升降链条带动第二电机轮盘上下升降，采样头腔安装在单向弯曲链条头部，单向弯曲链条在回收到第二电机轮盘上时弯曲盘回，在放送采样头腔到采样土壤时伸展为一条直线，不可朝下弯曲，并按照设定步进单位，将采样头腔钻入采样土壤进行采样；
搅拌子系统的上方设置有进样口，采样头腔采集的土壤样本通过进样口落放到搅拌子系统中进行混合搅拌；
XRF分析子系统安装在搅拌子系统上方，在搅拌子系统完成土壤样本的混合搅拌后，对混合搅拌的土壤样本进行扫描照射分析，得出土壤样本分析数据；
无线子系统，用于将XRF分析子系统分析得出的土壤样本分析数据，通过移动网络回传到云端系统进行存储，或回传手机平台、计算机平台，以将土壤样本分析数据通过手机平台、计算机平台分发至对应的终端设备。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述遥控控制器包括：液晶显示屏、键盘人机接口，其中，键盘人机接口用于输入采样对象数据，液晶显示屏用于显示输入的采样对象数据以及土壤样本分析数据。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采样对象数据包括：采样对象高度、宽度、长度、高度采样步进单位、高度采样步进数、每个高度点上的采集深度步进单位、采样深度点数以及采样总点数。
4.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述行走控制器还用于对土壤采集子系统进行养护土壤采样的采样点数量进行计数，在计数到预设的采样点数阈值后，延时预设的土壤样本混合搅拌时间，向XRF分析子系统发送XRF分析指令，通知XRF分析子系统进行扫描照射分析，进而得出土壤样本分析数据。
5.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述土壤采集子系统、搅拌子系统、XRF分析子系统采用模块化设计。
6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述行走控制器中设置存储模块，用于存储土壤样本分析数据等。
7.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述控制指令包括：履带机器人运行指令、土壤采集指令、XRF分析指令。
8.一种基于机器人监测养护土壤重金属的方法，其特征在于，包括：
设置采样对象数据；
通过遥控控制器发出控制指令，控制基于机器人监测养护土壤重金属的装置行进到采样对象的采样起点，进行采样点偏差调整；
通过遥控控制器输出采样开始指令，行走控制器依据采样开始指令，驱动H型垂直升降单元及升降水平伸缩采集单元到起始采样点；
控制升降水平伸缩采集单元的第二电机轮盘正向转动，释放携带采样头腔的单向弯曲链条，以使采样头腔进入采样土壤，采集土壤表面土壤，得到土壤样本；
控制第二电机轮盘反向转动以回收单向弯曲链条，将土壤样本落放到搅拌子系统；
在落放土壤样本后，控制升降水平伸缩采集单元释放单向弯曲链条，释放长度增加1个采集深度步进单位，以进入土壤内部下一采样点进行采样，直至累计的采样点数达到设定的最大水平步进采样点数，完成一个高度点采样；
控制H型垂直升降单元垂直步进增加一高度采样步进单位，直至高度点采样数达到设定的最大垂直步进高度采样数，完成一个长度点采样；
控制基于机器人监测养护土壤重金属的装置水平前进一个水平步进单位，直至长度点采样数达到预先设定的最大长度步进采样数；
控制搅拌子系统对落放的土壤样本进行混合搅拌；
开启XRF分析子系统，进行扫描照射分析，得出土壤样本分析数据；
启动无线子系统，通过移动网络回传土壤样本分析数据到云端系统以及终端设备。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求8所述的基于机器人监测养护土壤重金属的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如权利要求8所述的基于机器人监测养护土壤重金属的方法的步骤。
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