CN113155527A - 一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，包括电源座、电动推杆、爪臂、气囊和存放盒，所述电源座的上端连接有拉索，所述滑块的侧面粘接有气囊，所述爪臂的内部设置有连通管，且连通管的外侧连接有存放盒，并且爪臂的内部活动连接有活动架，所述爪臂的下端外侧连接有限位架。该基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置在夹持取样过程中可通过化学反应对气囊进行自动充气，从而利用气囊的浮力作用驱动装置对样岩进行二次限位，避免装置回收过程中样岩发生掉落，且可以防止装置回收过程中发生碰撞损坏，同时可以在取样前对样岩表面进行自动清理，减轻了工作人员后续的清理工作。

Description

一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置

技术领域

本发明涉及海洋矿产开发技术领域，具体为一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置。

背景技术

海洋是人类的巨大宝库，其面积远大于陆地面积，除了海水中氢、氧、钙、钾等80多种元素外，海底矿产资源也极为丰富，随着人类科技的不断发展，使得陆地资源被快速、过度开发，导致陆地资源日渐枯竭，因此人们逐渐将资源开放的重心转移至海洋，随着近年来海洋矿产开发的不断研究进行，海洋矿产开发技术也逐步迈向成熟，在进行海洋矿产开发过程中，需要对海底矿产进行勘探，因此需要使用到海洋矿产开发用样岩取样装置来对海底表面样岩进行取样，从而可以通过后续的研究分析初步确定取样点附近海底岩层矿物含量，但是现有的海洋矿产开发用样岩取样装置仍然存在着一些不足，比如：

1、由于海底样岩取样过程一般需要将取样装置与母船进行连接，但是现有的海洋矿产开发用样岩取样装置大多结构单一，仅采用现有的单一机械爪类机构对样岩进行抓取，但是由于海洋环境的复杂性，导致母船容易发生漂流、晃动，从而使得母船外侧连接的取样装置发生同步晃动，同时在取样装置提升过程中容易与海底凸起地形或者海洋生物发生碰撞，从而进一步影响了样岩的抓取稳定性，使得海洋矿产开发用样岩取样装置回收过程中样岩存在脱落的风险；

2、由于海底生物环境的复杂性，导致海底样岩的表面容易吸附较多杂质和藻类生物，但是现有的海洋矿产开发用样岩取样装置不便自动对样岩表面杂质进行有效清理，从而影响样岩的稳定抓取吗，同时也增加了后续工作人员对样岩研究分析过程中的清理工作量，存在着一定的使用缺陷。

所以我们提出了一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，以便于解决上述中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，以解决上述背景技术提出的目前市场上海洋矿产开发用样岩取样装置不便对样岩进行有效的二次限位和防脱落，同时不便在取样前对样岩表面进行有效的初步清理的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，包括电源座、电动推杆、爪臂、气囊和存放盒，所述电源座的上端连接有拉索，且电源座的下端螺栓固定有安装座，并且安装座的内侧安装有电动推杆，所述电动推杆的下端螺栓固定有连接座，且连接座的内侧设置有限位柱，并且连接座的下端设置有筒座，所述筒座的内壁顶部轴连接有连接块，且筒座的内壁侧面设置有导块，并且筒座的内侧设置有活动筒，所述活动筒的下端内侧设置有伸缩杆，且活动筒的下端内部轴连接有半齿轮，所述安装座的外侧连接有爪臂，且爪臂的侧面开设有滑槽和容置槽，并且容置槽的内侧设置有滑块，所述滑块的侧面粘接有气囊，所述爪臂的内部设置有连通管，且连通管的外侧连接有存放盒，并且爪臂的内部活动连接有活动架，所述爪臂的下端外侧连接有限位架。

优选的，所述限位柱与爪臂内部开设的滑槽构成限位滑动结构，且爪臂关于安装座等角度分布，并且爪臂与安装座构成转动结构。

优选的，所述筒座与活动筒间隙配合，且活动筒与连接块之间连接有第一复位弹簧，并且筒座通过第一复位弹簧与活动筒构成弹性结构。

优选的，所述活动筒的侧面开设有导槽，且导槽呈螺旋状结构，并且导槽与导块构成限位滑动结构。

优选的，所述伸缩杆与活动筒构成伸缩结构，且伸缩杆的外侧均匀设置有齿块，并且齿块与半齿轮啮合连接，同时半齿轮的外侧连接有弹性胶条，而且弹性胶条的内侧粘接有刷毛，且弹性胶条与爪臂间隔分布。

优选的，所述滑块与容置槽构成卡合滑动结构，且滑块外侧粘接的气囊的表面高于爪臂的侧面。

优选的，所述活动架的端头设置有刺针，且活动架与爪臂之间连接有第二复位弹簧，并且活动架通过第二复位弹簧与爪臂构成弹性伸缩结构。

优选的，所述活动架外侧连接的刺针与连通管构成伸缩结构，且连通管外侧螺纹连接的存放盒的内侧设置有薄膜，并且存放盒的内壁与薄膜的两侧之间分别填装有硫酸铝和碳酸氢铵，同时薄膜与刺针的位置相对应。

优选的，所述限位架与爪臂之间连接有扭力弹簧，且限位架的轴端与滑块之间连接有拉绳，并且滑块外侧粘接的气囊与连通管之间连接有输气管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置在夹持取样过程中通过化学反应对气囊进行自动充气，从而利用气囊的浮力作用驱动装置对样岩进行二次限位，避免装置回收过程中样岩发生掉落，且可以防止装置回收过程中发生碰撞损坏，同时可以在取样前对样岩表面进行自动清理，减轻了工作人员后续的清理工作，实用性强；

1、设置有筒座、活动筒和半齿轮，当伸缩杆接触样岩表面时，控制电动推杆伸长，可以使得伸缩杆收入活动筒的内侧，从而通过啮合作用带动半齿轮进行旋转，使得刷毛贴合于样岩表面，此时继续下压活动筒，可以使得活动筒沿筒座的内侧进行收缩与旋转，从而带动弹性胶条进行同步旋转，此时刷毛可以对样岩表面进行自动清理，减轻后续工作人员的清理工作；

2、设置有气囊、存放盒和活动架，通过爪臂的夹持作用，可以使得活动架带动刺针刺破薄膜，使得存放盒内部的物质进行反应，从而产生大量的气体并对气囊进行自动充气，使得气囊进行膨胀，膨胀后的气囊可以对爪臂的侧面进行防护，避免装置回收过程中发生碰撞损坏，同时气囊的浮力可以减小装置的回收难度；

3、设置有气囊和限位架，随着气囊的迅速膨胀，使得气囊受到的浮力逐渐增大，此时气囊会带动滑块沿容置槽进行移动并通过拉绳拉动限位架进行旋转，使得限位架自动贴合于样岩的下端外侧，从而对样岩进行自动二次限位，随着装置的上升，气囊内部压强发生变化，使得气囊膨胀更大，气囊浮力也会增加，从而提高装置在海面时限位架的夹持力度，避免样岩被海浪打落，提高了装置的实用性。

附图说明

图1为本发明主剖视结构示意图；

图2为本发明爪臂主剖视结构示意图；

图3为本发明爪臂侧视结构示意图；

图4为本发明限位架安装结构示意图；

图5为本发明活动筒安装结构示意图；

图6为本发明半齿轮和弹性胶条连接结构示意图；

图7为本发明半齿轮安装结构示意图；

图8为本发明图5中A处放大结构示意图

图中：1、电源座；2、拉索；3、安装座；4、电动推杆；5、连接座；6、限位柱；7、筒座；8、连接块；9、导块；10、活动筒；11、第一复位弹簧；12、导槽；13、伸缩杆；1301、齿块；14、半齿轮；1401、弹性胶条；1402、刷毛；15、爪臂；16、滑槽；17、容置槽；18、滑块；19、气囊；20、连通管；21、存放盒；2101、薄膜；22、活动架；2201、刺针；2202、第二复位弹簧；23、输气管；24、限位架；2401、扭力弹簧；2402、拉绳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。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。

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，包括电源座1、拉索2、安装座3、电动推杆4、连接座5、限位柱6、筒座7、连接块8、导块9、活动筒10、第一复位弹簧11、导槽12、伸缩杆13、齿块1301、半齿轮14、弹性胶条1401、刷毛1402、爪臂15、滑槽16、容置槽17、滑块18、气囊19、连通管20、存放盒21、薄膜2101、活动架22、刺针2201、第二复位弹簧2202、输气管23、限位架24、扭力弹簧2401和拉绳2402，电源座1的上端连接有拉索2，且电源座1的下端螺栓固定有安装座3，并且安装座3的内侧安装有电动推杆4，电动推杆4的下端螺栓固定有连接座5，且连接座5的内侧设置有限位柱6，并且连接座5的下端设置有筒座7，筒座7的内壁顶部轴连接有连接块8，且筒座7的内壁侧面设置有导块9，并且筒座7的内侧设置有活动筒10，活动筒10的下端内侧设置有伸缩杆13，且活动筒10的下端内部轴连接有半齿轮14，安装座3的外侧连接有爪臂15，且爪臂15的侧面开设有滑槽16和容置槽17，并且容置槽17的内侧设置有滑块18，滑块18的侧面粘接有气囊19，爪臂15的内部设置有连通管20，且连通管20的外侧连接有存放盒21，并且爪臂15的内部活动连接有活动架22，爪臂15的下端外侧连接有限位架24；

限位柱6与爪臂15内部开设的滑槽16构成限位滑动结构，且爪臂15关于安装座3等角度分布，并且爪臂15与安装座3构成转动结构，通过控制电动推杆4的伸缩，可以使得连接座5通过限位柱6带动爪臂15进行旋转，从而使得爪臂15可以对待采集的样岩进行夹取、固定；

筒座7与活动筒10间隙配合，且活动筒10与连接块8之间连接有第一复位弹簧11，并且筒座7通过第一复位弹簧11与活动筒10构成弹性结构，通过第一复位弹簧11的弹力作用，可以使得装置在进行采集时活动筒10自动复位，便于装置下次使用；

活动筒10的侧面开设有导槽12，且导槽12呈螺旋状结构，并且导槽12与导块9构成限位滑动结构，通过沿筒座7的内侧伸缩移动活动筒10，可以使得导块9沿导槽12进行滑动，从而可以带动活动筒10进行同步旋转；

伸缩杆13与活动筒10构成伸缩结构，且伸缩杆13的外侧均匀设置有齿块1301，并且齿块1301与半齿轮14啮合连接，同时半齿轮14的外侧连接有弹性胶条1401，而且弹性胶条1401的内侧粘接有刷毛1402，且弹性胶条1401与爪臂15间隔分布，通过伸缩杆13的移动，可以使得半齿轮14在啮合作用带动弹性胶条1401和刷毛1402贴合于待采集样岩的表面，同时活动筒10会带动弹性胶条1401和刷毛1402进行同步旋转，使得刷毛1402可以自动对样岩表面的杂质、藻类等进行初步清理，从而避免样岩表面打滑，同时也减轻了工作人员后续对样岩的清理工作；

滑块18与容置槽17构成卡合滑动结构，且滑块18外侧粘接的气囊19的表面高于爪臂15的侧面，通过膨胀后的气囊19，可以对爪臂15的外侧进行防护，避免装置提升过程中爪臂15与海底凸起地形或者海洋生物发生碰撞而导致样岩脱落；

活动架22的端头设置有刺针2201，且活动架22与爪臂15之间连接有第二复位弹簧2202，并且活动架22通过第二复位弹簧2202与爪臂15构成弹性伸缩结构，通过该结构可以使得爪臂15旋转夹持时挤压推动活动架22，从而改变刺针2201的位置；

活动架22外侧连接的刺针2201与连通管20构成伸缩结构，且连通管20外侧螺纹连接的存放盒21的内侧设置有薄膜2101，并且存放盒21的内壁与薄膜2101的两侧之间分别填装有硫酸铝和碳酸氢铵，同时薄膜2101与刺针2201的位置相对应，当刺针2201进行移动时，会刺破薄膜2101，使得存放盒21内侧的硫酸铝和碳酸氢铵进行混合，从而产生大量的气体；

限位架24与爪臂15之间连接有扭力弹簧2401，且限位架24的轴端与滑块18之间连接有拉绳2402，并且滑块18外侧粘接的气囊19与连通管20之间连接有输气管23，通过存放盒21内部物质的反应，可以使得气囊19进行快速充气膨胀，此时在气囊19的浮力作用下可以驱动限位架24进行弹性旋转，从而对爪臂15内侧夹持的样岩进行二次限位，避免装置提升过程中样岩发生掉落，同时在气囊19的浮力作用下可以降低母船上收卷装置的功率，使得装置的使用更加节能。

工作原理：在使用该基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置时，首先，如图1和图5-8所示，通过拉索2将装置与母船上的线束收卷机构进行连接，然后放卷拉索2，使得装置在自身重力作用下自动下沉，通过电源座1外侧设置的摄像装置观察海底情况，从而选取合适样岩，然后继续下方装置，使得伸缩杆13贴合于样岩的上表面，此时伸缩杆13会沿活动筒10的内侧进行收缩，此时伸缩杆13会通过齿块1301的啮合作用带动半齿轮14进行旋转，使得半齿轮14外侧的弹性胶条1401同步进行旋转，此时弹性胶条1401侧面的刷毛1402可以贴合于样岩的外侧，然后控制电动推杆4伸长，使得活动筒10受到挤压，此时活动筒10会沿筒座7进行滑动并挤压第一复位弹簧11，同时筒座7内侧的导块9会沿导槽12进行滑动，从而带动活动筒10进行旋转，此时活动筒10会带动弹性胶条1401进行同步旋转，使得刷毛1402可以自动对样岩表面的藻类等杂质进行刮除、清理，增加样岩表面的摩擦系数，同时也减轻了工作人员后续对样岩的清理工作量；

如图1-5所示，待样岩表面清理完成后，控制电动推杆4带动连接座5上移，此时活动筒10会在第一复位弹簧11的弹力作用下自动复位，同时连接座5会带动限位柱6沿滑槽16进行滑动，从而带动爪臂15进行旋转，使得爪臂15外侧的活动架22逐渐贴合于样岩的侧面，继续旋转爪臂15，可以使得活动架22受到抵触力而滑动收入爪臂15的内侧，此时活动架22外侧的刺针2201会刺破薄膜2101，使得存放盒21内侧的硫酸铝和碳酸氢铵进行混合反应，从而产生大量的气体，产生的气体会通过连通管20和输气管23进入气囊19中，从而使得气囊19发生膨胀，此时爪臂15会完成对样岩的夹取，然后控制母船上的收卷装置对拉索2进行绕卷，从而对装置进行提升，当样岩离开海底时，气囊19会在浮力作用下驱动滑块18沿容置槽17进行滑动，从而使得滑块18通过拉绳2402拉动限位架24进行弹性旋转，使得限位架24贴合于样岩的下端侧面，从而完成对样岩的自动二次夹持，有效防止样岩在装置回收过程中发生脱落，同时气囊19的浮力可以为装置提供向上的里，便于装置进行提升、回收，同时气囊19可以避免装置回收过程中与海底凸起地形或者海洋生物发生碰撞而损坏，当装置接近海面时，由于浅水区压强小于海底，导致气囊19持续膨胀，使得气囊19的浮力不断增大，从而可以避免装置在海浪作用下发生晃动而导致样岩脱落，后续可以控制电动推杆4带动连接座5复位，使得可以对样岩进行收集、取样，如图2所示，后续可以更换新的存放盒21，来使得装置可以再次使用，从而完成一系列工作。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (9)

1.一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，包括电源座(1)、电动推杆(4)、爪臂(15)、气囊(19)和存放盒(21)，其特征在于：所述电源座(1)的上端连接有拉索(2)，且电源座(1)的下端螺栓固定有安装座(3)，并且安装座(3)的内侧安装有电动推杆(4)，所述电动推杆(4)的下端螺栓固定有连接座(5)，且连接座(5)的内侧设置有限位柱(6)，并且连接座(5)的下端设置有筒座(7)，所述筒座(7)的内壁顶部轴连接有连接块(8)，且筒座(7)的内壁侧面设置有导块(9)，并且筒座(7)的内侧设置有活动筒(10)，所述活动筒(10)的下端内侧设置有伸缩杆(13)，且活动筒(10)的下端内部轴连接有半齿轮(14)，所述安装座(3)的外侧连接有爪臂(15)，且爪臂(15)的侧面开设有滑槽(16)和容置槽(17)，并且容置槽(17)的内侧设置有滑块(18)，所述滑块(18)的侧面粘接有气囊(19)，所述爪臂(15)的内部设置有连通管(20)，且连通管(20)的外侧连接有存放盒(21)，并且爪臂(15)的内部活动连接有活动架(22)，所述爪臂(15)的下端外侧连接有限位架(24)。

2.根据权利要求1所述的一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，其特征在于：所述限位柱(6)与爪臂(15)内部开设的滑槽(16)构成限位滑动结构，且爪臂(15)关于安装座(3)等角度分布，并且爪臂(15)与安装座(3)构成转动结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，其特征在于：所述筒座(7)与活动筒(10)间隙配合，且活动筒(10)与连接块(8)之间连接有第一复位弹簧(11)，并且筒座(7)通过第一复位弹簧(11)与活动筒(10)构成弹性结构。

4.根据权利要求3所述的一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，其特征在于：所述活动筒(10)的侧面开设有导槽(12)，且导槽(12)呈螺旋状结构，并且导槽(12)与导块(9)构成限位滑动结构。

5.根据权利要求4所述的一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，其特征在于：所述伸缩杆(13)与活动筒(10)构成伸缩结构，且伸缩杆(13)的外侧均匀设置有齿块(1301)，并且齿块(1301)与半齿轮(14)啮合连接，同时半齿轮(14)的外侧连接有弹性胶条(1401)，而且弹性胶条(1401)的内侧粘接有刷毛(1402)，且弹性胶条(1401)与爪臂(15)间隔分布。

6.根据权利要求1所述的一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，其特征在于：所述滑块(18)与容置槽(17)构成卡合滑动结构，且滑块(18)外侧粘接的气囊(19)的表面高于爪臂(15)的侧面。

7.根据权利要求1所述的一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，其特征在于：所述活动架(22)的端头设置有刺针(2201)，且活动架(22)与爪臂(15)之间连接有第二复位弹簧(2202)，并且活动架(22)通过第二复位弹簧(2202)与爪臂(15)构成弹性伸缩结构。

8.根据权利要求7所述的一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，其特征在于：所述活动架(22)外侧连接的刺针(2201)与连通管(20)构成伸缩结构，且连通管(20)外侧螺纹连接的存放盒(21)的内侧设置有薄膜(2101)，并且存放盒(21)的内壁与薄膜(2101)的两侧之间分别填装有硫酸铝和碳酸氢铵，同时薄膜(2101)与刺针(2201)的位置相对应。

9.根据权利要求8所述的一种基于浮力驱动的防脱型海洋矿产开发用样岩取样装置，其特征在于：所述限位架(24)与爪臂(15)之间连接有扭力弹簧(2401)，且限位架(24)的轴端与滑块(18)之间连接有拉绳(2402)，并且滑块(18)外侧粘接的气囊(19)与连通管(20)之间连接有输气管(23)。

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