CN114631514B - 一种深海生物无损抓取保压存储工具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种深海生物无损抓取保压存储工具及方法，包括基座、设置在基座上的锁紧机构，锁紧机构带动连接有抓取及存储机构；所述基座上还设有体积置换器和对接机构，所述抓取及存储机构包括两个可开合设置的半球壳，两半球壳的端面上设有密封件；两半球壳的外壁上各自连接有转动组件，转动组件底部连接有转轴，带动两个半球壳实现开闭；所述锁紧机构包括锁紧油缸、与锁紧油缸的活塞杆相连的连接块，连接块的端部铰接有用于夹持转轴的锁紧块，所述体积置换器与抓取及存储机构之间管道连通。本发明集无损抓取功能和保压存储功能一体，避免造成生物本体损伤。
Description
技术领域
本发明涉及潜水器深海生物取样技术领域，尤其是一种深海生物无损抓取保压存储工具及方法。
背景技术
近年来，海洋生物学家纷纷通过载人潜水器及无人潜水器等搭载的机械抓手进行深海生物抓取研究，并通过机械抓手将生物样品转移至同一个较大的保压存储装置中，保持采样点的原位压力，保存生物样品的原位特性，从而保持其研究的价值。
然而，传统的机械抓手抓取过程中的施力点往往作用在生物本体上，在抓取过程中容易造成生物本体损伤，在转移过程中，需进行保压装置的开盖关盖等过程，操作过程复杂，生物通过机械抓手放入保压装置转移过程中亦容易造成生物本体损伤。同时，考虑生物样品可能种类较多，保存压力不同，存放在同一个保压存储装置中，不同种类间的生物样品可能会互相影响，从而破坏样品的研究价值。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的深海生物无损抓取保压存储工具及方法，集无损抓取和保压存储功能为一体，能够有效避免生物本体在抓取过程中受到的损伤，同时每种样品单存放在单独的保压存储工具中，从而有效保持样品的原位性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种深海生物无损抓取保压存储工具，包括基座、设置在基座上的锁紧机构，锁紧机构带动连接有抓取及存储机构；所述基座上还设有体积置换器和对接机构，
所述抓取及存储机构包括两个可开合设置的半球壳，两半球壳的端面上设有密封件；两半球壳的外壁上各自连接有转动组件，转动组件底部连接有转轴，带动两个半球壳实现开闭；
所述锁紧机构包括锁紧油缸、与锁紧油缸的活塞杆相连的连接块，连接块的端部铰接有用于夹持转轴的锁紧块，
所述体积置换器与抓取及存储机构之间管道连通。
所述转轴底部承托有固定底座，转轴顶部承接有旋转底座，转轴带动旋转底座、旋转底座带动转动组件打开两个半球壳。
所述转动组件采用两个对称设置的铰接杆，铰接杆一端与半球壳固定相连，另一端铰接在旋转底座两侧；铰接杆与半球壳的切线共线设置。
所述半球壳上还设有支撑连杆组件，支撑连杆组件设有两组，分别从两个半球壳引出，连接至固定底座两侧。
每组支撑连杆组件包括若干段相互铰接的杆体，靠近半球壳的杆体与半球壳固定连接。
抓取及存储机构分为半球壳一、半球壳二，所述密封件包括设置在半球壳一端面外圆位置的第一挡块、设置在半球壳二端面外圆位置的锁紧环，锁紧环内布置有第二挡块；半球壳一、半球壳二转动过程中，第一挡块和第二挡块相互咬紧。
抓取及存储机构分为半球壳一、半球壳二，所述密封件采用分别设置于半球壳一、半球壳二端面位置的齿圈。
所述连接块的两侧分别铰接有连杆，凸耳铰接在连杆背离连接块的一端；凸耳上还设有与基座相连的铰接点；
每个凸耳所连接的锁紧块内壁均设有台阶。
所述对接机构设置于固定底座下方，包括对接油缸、被对接油缸推动的对接面板，对接面板上设有导向柱、第一对接头；固定底座开槽设置，槽内预设第二对接头，第二对接头用于与第一对接头相连。
一种深海生物无损抓取保压存储方法，包括如下步骤：
下潜前：
抓取及存储机构预先打开一定角度，再由锁紧机构锁紧转轴；此时对接油缸处于收缩状态，第一对接头、第二对接头相互分离；
下潜入水准备阶段：
外界机械手与抓取及存储机构对接，锁紧油缸收缩，解锁转轴；外界机械手控制抓取及存储机构上抬，使得导向柱与对应的孔分离，外界机械手推动抓取及存储机构横向平移，远离锁紧块后，进行抓取生物操作；
水下抓取阶段：
外界机械手驱动转轴转动，打开半球壳一和半球壳二至预期角度，定位抓取目标后，外界机械手驱动转轴翻转，半球壳一和半球壳二闭合，目标生物被限制在球壳腔室中；另一机械手带动其中一个半球壳转动，使两个半球壳锁紧；
机械手控制抓取及存储机构向锁紧机构处移动，控制转轴，平移至锁紧块之间的敞口位置，调整抓取及存储机构位置，使得导向柱能够插入对应孔中；再控制抓取及存储机构下移，直至锁紧块与转轴相配合；此时导向柱已经穿入对应孔中，实现限位，锁紧油缸伸出，锁紧块抱死转轴，机械手撤离抓取与存储机构；
实现复位锁紧后，对接油缸伸出，对接面板上移，第一对接头、第二对接头对接成功后，控制体积置换器对抓取及存储机构进行保压。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，集无损抓取功能和保压存储功能一体，其两个半球壳体通过机械手驱动转轴可展开闭合，实现抓取功能，闭合时可形成中空存储空间，生物体存储在中空存储空间内，可避免抓取过程中力作用点施加在生物本体上，造成生物本体损伤；
本发明抓取完生物，闭合即为一存储装置，减少了传统的转移过程；通过对接头对接，实现管路连通；通过调节体积置换器或蓄能器即可实现保压功能，保持生物的原位性；多种生物样品分别存储，互不影响，可更好的保持样品的研究价值。
本发明中的两个半球壳具有密封锁紧的功能，密封功能能够保证压力调整过程中，压力参数的精准调节，同时还能够连海洋生物、海水一起短时间封存，保证生物的活性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的抓取及存储机构闭合状态示意图。
图3为本发明的抓取及存储机构打开状态示意图。
图4为本发明的锁紧机构示意图。
图5为本发明的对接机构示意图。
其中：1、存储机构；2、锁紧机构；3、基座；4、体积置换器；5、蓄能器；6、对接机构；
101、手动球阀；102、把手；103、半球壳一；104、半球壳二；105、锁紧环；106、旋转底座；107、转轴；108、固定底座；109、支撑连杆一；110、支撑连杆二；111、支撑连杆三；112、密封圈；113、第一挡块；114、第二挡块；115、导向孔；
201、第一锁紧块；202、第二锁紧块；203、台阶；204、凸耳；205、连杆；206、连接块；207、锁紧油缸；
601、导向柱；602、对接面板；603、对接油缸；604、第一对接头；605第二对接头。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图5所示，本实施例的深海生物无损抓取保压存储工具，包括基座3、设置在基座3上的锁紧机构2，锁紧机构2带动连接有抓取及存储机构1；基座3上还设有体积置换器4和对接机构6，
抓取及存储机构1包括两个可开合设置的半球壳，两半球壳的端面上设有密封件；两半球壳的外壁上各自连接有转动组件，转动组件底部连接有转轴107，带动两个半球壳实现开闭；
锁紧机构2包括锁紧油缸207、与锁紧油缸207的活塞杆相连的连接块206，连接块206的端部铰接有用于夹持转轴107的锁紧块，
体积置换器4与抓取及存储机构1之间管道连通。
转轴107底部承托有固定底座108，转轴107顶部承接有旋转底座106，转轴107带动旋转底座106、旋转底座106带动转动组件打开两个半球壳。
转动组件采用两个对称设置的铰接杆，铰接杆一端与半球壳固定相连，另一端铰接在旋转底座106两侧；铰接杆与半球壳的切线共线设置。
半球壳上还设有支撑连杆205组件，支撑连杆205组件设有两组，分别从两个半球壳引出，连接至固定底座108两侧。
每组支撑连杆205组件包括若干段相互铰接的杆体，靠近半球壳的杆体与半球壳固定连接。
抓取及存储机构1分为半球壳一103、半球壳二104，密封件包括设置在半球壳一103端面外圆位置的第一挡块113、设置在半球壳二104端面外圆位置的锁紧环105，锁紧环105内布置有第二挡块114；半球壳一103、半球壳二104转动过程中，第一挡块113和第二挡块114相互咬紧。
抓取及存储机构1分为半球壳一103、半球壳二104，密封件采用分别设置于半球壳一103、半球壳二104端面位置的齿圈。
如权利要求1的本实施例的深海生物无损抓取保压存储工具，连接块206的两侧分别铰接有连杆205，凸耳204铰接在连杆205背离连接块206的一端；凸耳204上还设有与基座3相连的铰接点；
每个凸耳204所连接的锁紧块内壁均设有台阶203。
对接机构6设置于固定底座108下方，包括对接油缸603、被对接油缸603推动的对接面板602，对接面板602上设有导向柱601、第一对接头604；固定底座108开槽设置，槽内预设第二对接头605，第二对接头605用于与第一对接头604相连。
本实施例的深海生物无损抓取保压存储方法，包括如下步骤：
下潜前：
抓取及存储机构1预先打开一定角度，再由锁紧机构2锁紧转轴107；此时对接油缸603处于收缩状态，第一对接头604、第二对接头605相互分离；
下潜入水准备阶段：
外界机械手与抓取及存储机构1对接，锁紧油缸207收缩，解锁转轴107；外界机械手控制抓取及存储机构1上抬，使得导向柱601与对应的孔分离，外界机械手推动抓取及存储机构1横向平移，远离锁紧块后，进行抓取生物操作；
水下抓取阶段：
外界机械手驱动转轴107转动，打开半球壳一103和半球壳二104至预期角度，定位抓取目标后，外界机械手驱动转轴107翻转，半球壳一103和半球壳二104闭合，目标生物被限制在球壳腔室中；另一机械手带动其中一个半球壳转动，使两个半球壳锁紧；
机械手控制抓取及存储机构1向锁紧机构2处移动，控制转轴107，平移至锁紧块之间的敞口位置，调整抓取及存储机构1位置，使得导向柱601能够插入对应孔中；再控制抓取及存储机构1下移，直至锁紧块与转轴107相配合；此时导向柱601已经穿入对应孔中，实现限位，锁紧油缸207伸出，锁紧块抱死转轴107，机械手撤离抓取与存储机构1；
实现复位锁紧后，对接油缸603伸出，对接面板602上移，第一对接头604、第二对接头605对接成功后，控制体积置换器4对抓取及存储机构1进行保压。
本实施例的具体结构及工作过程如下：
如图1所示，一种深海生物无损抓取及保压存储工具包括抓取及存储机构1、锁紧机构2、基座3、体积置换器4、蓄能器5、对接机构6。
如图2、图3所示，抓取及存储机构1主要由手动球阀101、把手102、半球壳一103、半球壳二104、锁紧环105、旋转底座106、转轴107、固定底座108、支撑连杆一109、支撑连杆二110、支撑连杆三111和密封圈112组成。半球壳一103和半球壳二104为耐压结构，分别铰接在旋转底座106两侧。支撑连杆一109、支撑连杆二110和支撑连杆三111顺次铰接，形成两组支撑架支撑半球壳一103和半球壳二104，半球壳一103和半球壳二104分别与支撑连杆三111旋转连接，支撑连杆一109分别铰接在固定底座108两侧，转轴107和旋转底座106固连，与固定底座108形成转动副，通过驱动旋转底座106旋转，可带动半球壳一103和半球壳二104分别绕各自与旋转底座106的铰接点转动，实现半球壳大角度的展开以及闭合功能，从而实现深海生物的抓取功能。同时，半球壳一103和半球壳二104闭合可形成一中空的存储空间，将生物包络在内，抓取过程中的施力点不作用在生物本体上，可避免生物本体的损伤。固定底座108和转轴107下方预留有相应的对接口与机械手末端对接，对接后，可通过机械手的动力源通过驱动转轴107旋转，带动旋转底座105旋转，从而实现机构的展开及闭合抓取功能。手动球阀101主要用于陆上防水平衡压力。
在抓取深海生物后，机械手驱动转轴107使半球壳一103和半球壳二104完全闭合，闭合后半球壳一103与半球壳二104通过密封圈112实现密封。半球壳一103外均布有挡块113，锁紧环105安装在半球壳二104外，锁紧环105内圈均布有挡块114，把手102固连在锁紧环外侧，当半球壳一103与半球壳二104闭合后，可通过另一机械手抓住把手，转动锁紧环105一定角度，使得锁紧环105的挡块114压紧半球壳一103的挡块113，实现两球壳锁紧，锁紧环105与半球壳二104间的连接可通过设计齿圈或其他方式旋转连接，在此不做限定。
如图4所示，锁紧机构2安装在基座3上，主要由锁紧块201、锁紧块202、连杆205、连接块206及锁紧油缸207组成。锁紧块201和锁紧块202上设有台阶203，与转轴107的凸台相配合进行锁紧定位。锁紧块201与锁紧块202外设有凸耳204，凸耳204一侧孔与基座3铰接，另一侧孔205与连杆205一端铰接，连杆205另一端与连接块206铰接，连接块206与锁紧油缸207推杆固连，锁紧油缸207推杆伸缩，即可驱动锁紧块201和锁紧块202绕凸耳204与基座3的铰接点转动，即可实现对转轴107的锁紧或释放。
如图5所示，固定底座106上设有凹槽，凹槽内设有导向孔115及对接接头114。对接机构6主要由导向柱601、对接接头604、对接面板602与对接油缸603组成，导向柱601及对接接头604安装在对接面板602上，对接面板602与对接油缸603推杆固连，对接油缸603伸缩，导向柱601与导向孔115相配合，推动对接接头604与对接接头114对接相连，实现管路连通。对接接头114可通过软管分别与半球壳二104连接，对接接头604通过管路分别与体积置换器4和蓄能器5连接，此时抓取及存储机构1在体积置换器4和蓄能器5的调节下可实现上浮或下潜过程中的保压功能，从而保持生物的原位性。
使用时，载人潜水器或无人潜水器搭载工具下潜，下潜前，抓取及存储机构1预先打开一微小角度后由锁紧机构2锁紧转轴107，保持下潜过程中，抓取及存储机构1内外压力平衡，此时对接油缸603为收缩状态，对接接头114与对接接头604为分离状态，导向柱601与导向孔115接触一小段距离。达到一定深度作业时，操控机械手末端与抓取及存储机构1对接，锁紧油缸207收缩，锁紧块201和锁紧块202打开，解锁转轴107，机械手控制抓取及存储机构1上抬一定距离，使得导向柱601与导向孔115分离后，机械手控制抓取及存储机构1横向平移，远离锁紧块201和锁紧块202后，机械手即可操作抓取及存储机构1作业。
机械手驱动转轴107转动，打开半球壳一103和半球壳二104至一定角度。定位抓取目标后，机械手驱动转轴107反转，半球壳一103和半球壳二104快速闭合，抓取目标生物。目标生物抓取成功后，另一机械手抓住锁紧环105的把手102转动一定角度，锁紧环105将半球壳一103和半球壳二104锁紧。
机械手控制抓取及存储机构1向锁紧机构2移动，控制转轴107从锁紧块201和锁紧块202敞口处平移进入，调整抓取及存储机构1位置，使得导向孔115与导向柱601相配合，控制抓取及存储机构1缓慢下移至锁紧块201与锁紧块202上的台阶203与转轴107的凸台相配合限位，此时导向柱602已进入导向孔115中一段距离，限位后，控制锁紧油缸207伸出，锁紧块201和锁紧块202转动抱紧转轴107，锁紧后，控制机械手末端与抓取及存储机构1分离。
锁紧后，控制对接油缸603伸出，通过导向柱601导向，推动对接面板602上移，直至对接头604与对接头114对接成功。对接成功后，即可控制体积置换器4或蓄能器5，对抓取及存储机构1进行保压，保持生物的原位性。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (9)
1.一种深海生物无损抓取保压存储工具，其特征在于：包括基座(3)、设置在基座(3)上的锁紧机构(2)，锁紧机构(2)连接有抓取及存储机构(1)；所述基座(3)上还设有体积置换器(4)和对接机构(6)，
所述抓取及存储机构(1)包括两个可开合设置的半球壳，两半球壳的端面上设有密封件；两半球壳的外壁上各自连接有转动组件，转动组件底部连接有转轴(107)，带动两个半球壳实现开闭；
所述锁紧机构(2)包括锁紧油缸(207)、与锁紧油缸(207)的活塞杆相连的连接块(206)，连接块(206)的端部铰接有用于夹持转轴(107)的锁紧块，
所述体积置换器(4)与抓取及存储机构(1)之间管道连通；
所述转轴(107)底部承托有固定底座(108)，转轴(107)顶部承接有旋转底座(106)，转轴(107)带动旋转底座(106)、旋转底座(106)带动转动组件打开两个半球壳。
2.如权利要求1所述的一种深海生物无损抓取保压存储工具，其特征在于：所述转动组件采用两个对称设置的铰接杆，铰接杆一端与半球壳固定相连，另一端铰接在旋转底座(106)两侧；铰接杆与半球壳的切线共线设置。
3.如权利要求1所述的一种深海生物无损抓取保压存储工具，其特征在于：所述半球壳上还设有支撑连杆组件，支撑连杆组件设有两组，分别从两个半球壳引出，连接至固定底座(108)两侧。
4.如权利要求3所述的一种深海生物无损抓取保压存储工具，其特征在于：每组支撑连杆组件包括若干段相互铰接的杆体，靠近半球壳的杆体与半球壳固定连接。
5.如权利要求1所述的一种深海生物无损抓取保压存储工具，其特征在于：抓取及存储机构(1)分为半球壳一(103)、半球壳二(104)，所述密封件包括设置在半球壳一(103)端面外圆位置的第一挡块(113)、设置在半球壳二(104)端面外圆位置的锁紧环(105)，锁紧环(105)内布置有第二挡块(114)；半球壳一(103)、半球壳二(104)转动过程中，第一挡块(113)和第二挡块(114)相互咬紧。
6.如权利要求1所述的一种深海生物无损抓取保压存储工具，其特征在于：抓取及存储机构(1)分为半球壳一(103)、半球壳二(104)，所述密封件采用分别设置于半球壳一(103)、半球壳二(104)端面位置的齿圈。
7.如权利要求1所述的一种深海生物无损抓取保压存储工具，其特征在于：所述连接块(206)的两侧分别铰接有连杆(205)，凸耳(204)铰接在连杆(205)背离连接块(206)的一端；凸耳(204)上还设有与基座(3)相连的铰接点；
每个凸耳(204)所连接的锁紧块内壁均设有台阶(203)。
8.如权利要求1所述的一种深海生物无损抓取保压存储工具，其特征在于：所述对接机构(6)设置于固定底座(108)下方，包括对接油缸(603)、被对接油缸(603)推动的对接面板(602)，对接面板(602)上设有导向柱(601)、第一对接头(604)；固定底座(108)开槽设置，槽内预设第二对接头(605)，第二对接头(605)用于与第一对接头(604)相连。
9.一种利用权利要求8所述的深海生物无损抓取保压存储工具的深海生物无损抓取保压存储方法，其特征在于，包括如下步骤：
下潜前：
抓取及存储机构(1)预先打开一定角度，再由锁紧机构(2)锁紧转轴(107)；此时对接油缸(603)处于收缩状态，第一对接头(604)、第二对接头(605)相互分离；
下潜入水准备阶段：
外界机械手与抓取及存储机构(1)对接，锁紧油缸(207)收缩，解锁转轴(107)；外界机械手控制抓取及存储机构(1)上抬，使得导向柱(601)与对应的孔分离，外界机械手推动抓取及存储机构(1)横向平移，远离锁紧块后，进行抓取生物操作；
水下抓取阶段：
外界机械手驱动转轴(107)转动，打开半球壳一(103)和半球壳二(104)至预期角度，定位抓取目标后，外界机械手驱动转轴(107)翻转，半球壳一(103)和半球壳二(104)闭合，目标生物被限制在球壳腔室中；另一机械手带动其中一个半球壳转动，使两个半球壳锁紧；
机械手控制抓取及存储机构(1)向锁紧机构(2)处移动，控制转轴(107)，平移至锁紧块之间的敞口位置，调整抓取及存储机构(1)位置，使得导向柱(601)能够插入对应孔中；再控制抓取及存储机构(1)下移，直至锁紧块与转轴(107)相配合；此时导向柱(601)已经穿入对应孔中，实现限位，锁紧油缸(207)伸出，锁紧块抱死转轴(107)，机械手撤离抓取与存储机构(1)；
实现复位锁紧后，对接油缸(603)伸出，对接面板(602)上移，第一对接头(604)、第二对接头(605)对接成功后，控制体积置换器(4)对抓取及存储机构(1)进行保压。
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