CN116858603B - 生物质样品采样装置及采样系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了生物质样品采样装置及采样系统，涉及样品采样技术领域，其中采样装置利用第一水平驱动机构、第二水平驱动机构以及竖直驱动机构实现对采样机构的采样头在水平四个方向和垂直方向共六个维度的移动控制，同时利用旋转驱动机构实现对采样头的自旋控制，而且采样头中夹取头设计为多个可闭合或张开的夹爪，在处于闭合状态时，其远离主体头的一端形成尖端，从而配合旋转驱动机构以及竖直驱动机构的控制，能够更顺畅地旋转插入到生物质物料中，避免采样头卡死，利于深层采样。同时闭合张开的抓取方式，能够更好地抓取生物质物料，且抓取之后避免物料掉落。

Description

生物质样品采样装置及采样系统

技术领域

本申请涉及样品采样技术领域，尤其涉及生物质样品采样装置及采样系统。

背景技术

生物质是一种可再生的绿色能源，生物质生长过程中吸收的CO₂与其燃烧利用中排放的CO₂是相等的，在总量上实现了零排放，消除了产生温室效应。2005年以来我国颁布了一系列生物质能发展政策和配套措施，这些政策促使生物质能发电迅速发展，截至2020年底，我国生物质发电并网装机容量2952万千瓦，其中农林生物质发电并网装机容量700.77万千瓦。

生物质电厂燃料为原生态形式的燃料，主要为木屑，树枝、板材、树叶、树皮等条块式，也有甘蔗渣、果壳等农林废弃物。生物质电厂的木屑、干燥渣、果壳、稻壳等粒度较小，但树皮、树枝等长度一般在30～40cm。主要成分是纤维素、半纤维素、木质素。可以看出生物质形态复杂多变。

现有的机械采样机针对的对象多为煤炭、矿石等硬质或矿物质类型物料，而生物质是一种有机物，其物理和化学特性完全不同于煤炭和矿石，木质素、纤维素含量高，韧性足，尺寸大，不规则，因此，采用传统机械采样机对生物质进行采样时，其采样头无法深入样品区域内部（装载生物质物料的车厢内部），且容易发生采样头卡死等问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是提供生物质样品采样装置及采样系统，以解决传统机械采样机对生物质进行采样时，其采样头无法深入样品区域内部（装载生物质物料的车厢内部），且容易发生采样头卡死等问题。

为达到上述技术目的，本申请提供了生物质样品采样装置，包括采样机构、第一水平驱动机构、第二水平驱动机构、竖直驱动机构以及旋转驱动机构；

所述采样机构包括采样头以及采取驱动器；

所述采样头包括主体头以及夹取头；

所述夹取头包括多个夹爪；

多个所述夹爪与所述主体头铰接，且相互之间可闭合或张开配合；

所述采取驱动器与各个所述夹爪连接，用于带动各个所述夹爪转动，以使得各个所述夹爪闭合或张开；

于所述夹取头处于闭合状态时，所述夹取头内部形成采取腔，且所述夹取头远离所述主体头的一端形成尖端；

所述旋转驱动机构与所述采样头连接，用于带动所述采样头旋转；

所述竖直驱动机构与所述旋转驱动机构以及所述采样机构连接，用于带动所述采样机构以及所述旋转驱动机构一同沿竖直方向运动；

所述第一水平驱动机构与所述竖直驱动机构连接，用于通过带动所述竖直驱动机构运动，以带动所述采样机构沿第一水平直线方向运动；

所述第二水平驱动机构与所述第一水平驱动机构连接，用于通过带动所述第一水平驱动机构运动，以带动所述采样机构沿垂直于所述第一水平直线方向的第二水平直线方向运动。

进一步地，所述采取驱动器包括内杆以及杆驱动器；

所述内杆竖直设置，其一端活动插入所述主体头内并与各个所述夹爪连接；

所述杆驱动器与所述内杆的另一端连接，用于通过带动所述内杆沿竖直方向运动，以使得各个所述夹爪闭合或张开。

进一步地，所述旋转驱动机构包括旋转驱动器以及外杆；

所述外杆套装在所述内杆外，且一端与所述旋转驱动器的输出端固定连接，另一端与所述主体头固定连接。

进一步地，所述竖直驱动机构包括固定架、活动架以及竖直驱动器；

所述活动架沿竖直方向活动安装在所述固定架上；

所述第一水平驱动机构与所述固定架连接；

所述竖直驱动器与所述活动架连接，用于带动所述活动架升降运动；

所述杆驱动器以及所述旋转驱动器均安装在所述活动架上；

所述杆驱动器设置在所述旋转驱动器的上方；

所述内杆活动穿过所述旋转驱动器并与所述杆驱动器连接；

所述内杆包括第一杆体以及与所述第一杆体共轴转动连接的第二杆体。

进一步地，所述固定架的顶部转动安装有第一链轮；

所述固定架底部转动安装有第二链轮；

所述第一链轮与所述第二链轮之间通过链条传动连接；

所述链条通过紧固件与所述固定架连接；

所述竖直驱动器安装在所述固定架顶部，且驱动端与所述第一链轮连接，用于带动所述第一链轮转动。

进一步地，所述夹爪为圆弧花瓣状，以使得闭合状态的所述夹取头呈水滴状。

进一步地，所述主体头包括筒体以及推拉杆；

各个所述夹爪与所述筒体底端边缘铰接，且一端在闭合时可伸入所述筒体内；

所述推拉杆滑动设置在所述筒体内，且一端上铰接有多个连接杆；

多个所述连接杆与所述夹爪一一对应铰接；

所述内杆伸入所述筒体且与所述推拉杆连接；

所述外杆与所述筒体固定连接。

进一步地，所述筒体上还设有观察窗。

本申请还公开了生物质样品采样系统，包括制样装置以及上述的生物质样品采样装置；

所述生物质样品采样装置用于采取样品并将采取的样品送至所述制样装置进行制样。

进一步地，所述制样装置包括分样机、出料斗和破碎机；

所述破碎机的出料口通过所述出料斗与所述分样机的入料口连接。

从以上技术方案可以看出，本申请所设计的生物质样品采样装置，其利用第一水平驱动机构、第二水平驱动机构以及竖直驱动机构实现对采样机构在水平四个方向和垂直方向共六个维度的移动控制，同时利用旋转驱动机构实现对采样头的自旋控制，而且采样头中夹取头设计为多个可闭合或张开的夹爪，在处于闭合状态时，其远离主体头的一端形成尖端，从而配合旋转驱动机构以及竖直驱动机构的控制，能够更顺畅地旋转插入到生物质物料中，避免采样头卡死，利于深层采样。同时闭合张开的抓取方式，能够更好地抓取生物质物料，且抓取之后避免物料掉落。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请中提供的生物质样品采样装置的主视图；

图2为本申请中提供的生物质样品采样装置应用时的俯视图；

图3为本申请中提供的生物质样品采样装置的采样头处于闭合状态时的结构示意图；

图4为本申请中提供的生物质样品采样装置的采样头处于张开状态时的结构示意图；

图5为本申请中提供的生物质样品采样装置的采样头的剖视图；

图6为本申请中提供的生物质样品采样装置的内杆与外杆的配合结构示意图；

图7为本申请中提供的生物质样品采样装置的固定架的俯视图；

图8为本申请中提供的物质样品采样系统的主视图；

图9为本申请中提供的物质样品采样系统的侧视图；

图10为本申请中提供的物质样品采样系统的制样装置的结构示意图；

图11为本申请中提供的物质样品采样系统具有双采样流程状态的侧视图；

图中：a、生物质样品采样装置；b、制样装置；100、竖直驱动机构；101、竖直驱动器；102、活动架；103、固定架；1031、第一链轮；1032、第二链轮；1033、链条；200、旋转驱动机构；201、旋转驱动器；202、外杆；300、采样机构；301、采样头；302、采取驱动器；401、第一水平驱动机构；402、第二水平驱动机构；500、车厢；600、主机架；601、隔层结构；602、维修楼梯；603、控制室；1、主体头；11、筒体；111、观察窗；12、推拉杆；13、连接杆；2、夹取头；21、夹爪；31、内杆；311、第一杆体；312、第二杆体；32、杆驱动器；41、破碎机；42、出料斗；43、分样机。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例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申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，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，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例的描述中，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申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。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。

在本申请实施例的描述中，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，也可以是可更换连接，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申请实施例中的具体含义。

本申请实施例公开了生物质样品采样装置及采样系统。

请参阅图1以及图2，本申请实施例中提供的生物质样品采样装置的一个实施例包括：

采样机构300、第一水平驱动机构401、第二水平驱动机构402、竖直驱动机构100以及旋转驱动机构200。

采样机构300包括采样头301以及采取驱动器302；采样头301包括主体头1以及夹取头2；夹取头2包括多个夹爪21；多个夹爪21与主体头1铰接，且相互之间可闭合或张开配合；采取驱动器302与各个夹爪21连接，用于带动各个夹爪21转动，以使得各个夹爪21闭合或张开；于夹取头2处于闭合状态时，夹取头2内部形成采取腔，且夹取头2远离主体头1的一端形成尖端。尖端设计，使得该夹取头2能更顺畅地插入到生物质物料中，同时闭合张开的抓取方式，能够更好地抓取生物质物料，且抓取之后避免物料掉落。

旋转驱动机构200与采样头301连接，用于带动采样头301旋转；旋转驱动机构200与采样机构300连接，用于带动采样机构300旋转；以使得采样机构300的夹取头2能够以旋转的方式插入到生物质物料中，旋转插入方式的设计，使得夹取头2能够更好地插入到生物质物料中，避免采样头卡死，利于深层采样。

竖直驱动机构100与旋转驱动机构200以及采样机构300连接，用于带动采样机构300以及旋转驱动机构200一同沿竖直方向运动；竖直驱动机构100用于控制夹取头2插入生物质物料的深度，从而实现不同深度区域的生物质物料的采取。

第一水平驱动机构401与竖直驱动机构100连接，用于通过带动竖直驱动机构100运动，以带动采样机构300沿第一水平直线方向运动，该第一水平直线方向可以是装载有生物质物料的车厢500的宽度方向；第二水平驱动机构402与第一水平驱动机构401连接，用于通过带动第一水平驱动机构401运动，以带动采样机构300沿垂直于第一水平直线方向的第二水平直线方向运动，对应的该第二水平直线方向也即为装载有生物质物料的车厢500的长度方向。第一水平驱动机构401与第二水平驱动机构402用于控制夹取头2对指定的采样点位置进行采样，从而也能够将采取好的样品送往后续的制样设备中。

以上为本申请实施例提供的生物质样品采样装置的实施例一，以下为本申请实施例提供的生物质样品采样装置的实施例二，具体请参阅图1至图7。

基于上述实施例一的方案：

进一步地，就采取驱动器302设计来说，包括内杆31以及杆驱动器32。

内杆31竖直设置，其一端活动插入主体头1内并与各个夹爪21连接；杆驱动器32与内杆31的另一端连接，用于通过带动内杆31沿竖直方向运动，以使得各个夹爪21闭合或张开。可以理解的是，通过杆驱动器32带动内杆31轴向运动从而带动各个夹爪21运动，使得夹爪21之间闭合或开启。

进一步地，就旋转驱动机构200设计来说，包括旋转驱动器201以及外杆202；外杆202套装在内杆31外，且一端与旋转驱动器201的输出端固定连接，另一端与主体头1固定连接。将外杆202套于内杆31外设置，使得整体结构更加紧凑。外杆202起到将旋转驱动器201的输出端与主体头1固定连接的作用，使得旋转驱动器201能够带动主体头1转动，从而旋转地插入到生物质物料中，该旋转驱动机构200包括可正反转的旋转电机，具体不做限制。

进一步地，竖直驱动机构100设计来说，包括固定架103、活动架102以及竖直驱动器101。

活动架102沿竖直方向活动安装在固定架103上，活动架102与固定之间可以通过滚轮与轨道槽之间的滑动配合实现滑动连接，也即是可以在活动架102上设置滚轮，而固定架103上设置与滚轮配合的轨道槽，亦可其它的活动配合方式，不做限制。

第一水平驱动机构401与固定架103连接，用于通过带动固定架103运动以带动竖直驱动机构100整体沿第一水平直线方向运动。

竖直驱动器101与活动架102连接，用于带动活动架102升降运动。

杆驱动器32以及旋转驱动器201均安装在活动架102上；杆驱动器32设置在旋转驱动器201的上方；内杆31活动穿过旋转驱动器201并与杆驱动器32连接；内杆31包括第一杆体311以及与第一杆体311共轴转动连接的第二杆体312，可以理解的是第一杆体311与第二杆体312之间可相对转动，但在沿自身的轴向方向为固定连接。将内杆31设计为由两段可相互转动的杆体组成，使得旋转驱动器201在带动主体头1转动的时候，不会受内杆31干涉，或者说内杆31不会影响到旋转驱动器201带动主体头1转动。当然，本申请的采取驱动器302亦可通过连接架等结构固定于外杆202穿过旋转驱动器201的杆段上，并受旋转驱动器201的驱动一并转动，当外杆202转动的时候，这样外杆202转动的时候就会带动采取驱动器302一同转动，从而使得内杆31相对静止，转动过程中，旋转驱动器201可以直接带动内杆31伸缩运动以实现各个夹爪21的张开与闭合控制，这一设计下也就不用将内杆31设计为两段且相互转动配合。还可以是将旋转驱动器201的旋转输出轴通过一个连接架与采取驱动器302连接，带动采取驱动器302转动，同时通过该连接架连接固定外杆202的一端，以带动采样头转动，这一设计下亦可不用将内杆31设计为两段，本领域技术人员可以以此为基础做变化设计，不做限制。

就采取过程来说，杆驱动器32驱动各个夹爪21之间处于闭合状态，旋转驱动器201带动夹取头2转动，同时竖直驱动器101通过带动活动架102向下运动，以带动夹取头2向下运动，进而实现采样头301以旋转插入的方式插入到生物质物料中，插入之后杆驱动器32驱动各个夹爪21之间处于张开状态，竖直驱动器101再驱动采样头301下移一定距离，同时杆驱动器32驱动各个夹爪21之间往闭合状态动作以实现采取。完成采取之后，竖直驱动器101以及旋转驱动器201配合，驱动采样头301以旋转的方式从生物质物料中退出。

进一步地，就活动架102升降运动的具体驱动设计来说，可以是在固定架103的顶部转动安装有第一链轮1031，固定架103底部转动安装有第二链轮1032，第一链轮1031与第二链轮1032之间通过链条1033传动连接，链条1033通过紧固件与固定架103连接；竖直驱动器101安装在固定架103顶部，且驱动端与第一链轮1031连接，用于带动第一链轮1031转动。竖直驱动器101可以为可正反转的旋转电机，通过带动第一链轮1031正反向转动，从而带动链条1033运动，以带动活动架102升降运动。这种链轮链条1033式传动配合，可以节约竖直方向一定的安装空间，同时满足较大的升降控制行程；当然，还可以采用其他的传动方式以实现对活动架102的升降运动控制，不做限制。

进一步地，夹爪21优选设计为圆弧花瓣状，以使得闭合状态的夹取头2呈水滴状。进而能够使得闭合状态的夹取头2末端能够形成尖端。另外，圆弧花瓣状的结构设计使得闭合状态的夹取头2表面为圆弧表面，能够更顺畅地插入生物质物料中或从生物质物料中拔出。该夹爪21数量可以根据实际需要进行设定，例如可以是四个，不做限制。

进一步地，就主体头1结构设计来说，包括筒体11以及推拉杆12。筒体11具有中空腔，便于夹爪21以及推拉杆12的安装布置。

各个夹爪21与筒体11底端边缘铰接，且一端在闭合时可伸入筒体11内；推拉杆12滑动设置在筒体11内，且一端上铰接有多个连接杆13；多个连接杆13与夹爪21一一对应铰接。

内杆31伸入筒体11且与推拉杆12连接；外杆202与筒体11固定连接。当内杆31带动推拉杆12向下运动时，即可通过连接杆13带动多个夹爪21张开运动，而当内杆31带动推拉杆12向上运动时，即可通过连接杆13带动多个夹爪21闭合运动。

进一步地，筒体11上还设有观察窗111。通过该观察窗111可对筒体11内部的推拉杆12连接情况进行检查，以避免连接异常情况影响采样工作。

如图8至图11所示，本申请还公开了生物质样品采样系统，包括制样装置b以及上述实施例一或实施例二的生物质样品采样装置；生物质样品采样装置用于采取样品并将采取的样品送至制样装置b进行制样。

另外，该采样系统还包括主机架600，该主机架600具有隔层结构601，该隔层结构601将主机架600分成上层空间与下层空间，采样装置可以安装在隔层结构601上，而采样头301可活动伸入下层空间，对位于下层空间的车厢500中生物质物料进行采样。制样装置b亦可设置在下层空间，这样在完成采样之后，即可通过第一水平驱动机构401与第二水平驱动机构402的控制，使得采样头301移动到制样装置b的输入端位置，将采取的样品投入到制样装置b中进行制样，完成样品制备之后再由运输车运走。

具体的，可以将第二水平驱动装置架装在隔层结构601的一个镂空区域两侧，再将第一水平驱动装置架装在两个第二水平驱动装置上的活动部，受两个第二水平驱动装置带动，而竖直架则固定在第一水平驱动装置的活动部一侧受第一水平驱动装置带动。下层空间可以设置一个维修楼梯602连接隔层结构601，便于对安装在隔层结构601上的采样装置进行维护检修。

下层空间可以配置控制室603用于控制采样装置与制样装置b。第一水平驱动机构401与第二水平驱动机构402可以是直线滑台等位移驱动机构，不做限制。

根据需要，该生物质样品采样装置与制样装置b均可以为两个，也即是一个采样系统中包括两个采样装置与两个制样装置b，实现双采样流程，进一步提高效率。

进一步地，制样装置b包括分样机43、出料斗42和破碎机41；破碎机41的出料口通过出料斗42与分样机43的入料口连接。该制样装置b可参考已有的制样设备进行设计，或直接沿用，具体不做限制。

对于破碎机41中的破碎组件设计来说，可以是设计为包括多组水平布置的破碎刀头，这样能够更好地实现条状生物质物料的切割粉碎，避免破碎时发生卡死或堵塞，具体可根据实际需要选用相应类型的破碎机，不做限制。

以上对本申请所提供的生物质样品采样装置及采样系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (7)

1.生物质样品采样装置，其特征在于，包括采样机构（300）、第一水平驱动机构（401）、第二水平驱动机构（402）、竖直驱动机构（100）以及旋转驱动机构（200）；

所述采样机构（300）包括采样头（301）以及采取驱动器（302）；

所述采样头（301）包括主体头（1）以及夹取头（2）；

所述夹取头（2）包括多个夹爪（21）；

多个所述夹爪（21）与所述主体头（1）铰接，且相互之间可闭合或张开配合；

所述采取驱动器（302）与各个所述夹爪（21）连接，用于带动各个所述夹爪（21）转动，以使得各个所述夹爪（21）闭合或张开；

于所述夹取头（2）处于闭合状态时，所述夹取头（2）内部形成采取腔，且所述夹取头（2）远离所述主体头（1）的一端形成尖端；

所述旋转驱动机构（200）与所述采样头（301）连接，用于带动所述采样头（301）旋转；

所述竖直驱动机构（100）与所述旋转驱动机构（200）以及所述采样机构（300）连接，用于带动所述采样机构（300）以及所述旋转驱动机构（200）一同沿竖直方向运动；

所述第一水平驱动机构（401）与所述竖直驱动机构（100）连接，用于通过带动所述竖直驱动机构（100）运动，以带动所述采样机构（300）沿第一水平直线方向运动；

所述第二水平驱动机构（402）与所述第一水平驱动机构（401）连接，用于通过带动所述第一水平驱动机构（401）运动，以带动所述采样机构（300）沿垂直于所述第一水平直线方向的第二水平直线方向运动；

所述采取驱动器（302）包括内杆（31）以及杆驱动器（32）；

所述内杆（31）竖直设置，其一端活动插入所述主体头（1）内并与各个所述夹爪（21）连接；

所述杆驱动器（32）与所述内杆（31）的另一端连接，用于通过带动所述内杆（31）沿竖直方向运动，以使得各个所述夹爪（21）闭合或张开；

所述旋转驱动机构（200）包括旋转驱动器（201）以及外杆（202）；

所述外杆（202）套装在所述内杆（31）外，且一端与所述旋转驱动器（201）的输出端固定连接，另一端与所述主体头（1）固定连接；

所述竖直驱动机构（100）包括固定架（103）、活动架（102）以及竖直驱动器（101）；

所述活动架（102）沿竖直方向活动安装在所述固定架（103）上；

所述第一水平驱动机构（401）与所述固定架（103）连接；

所述竖直驱动器（101）与所述活动架（102）连接，用于带动所述活动架（102）升降运动；

所述杆驱动器（32）以及所述旋转驱动器（201）均安装在所述活动架（102）上；

所述杆驱动器（32）设置在所述旋转驱动器（201）的上方；

所述内杆（31）活动穿过所述旋转驱动器（201）并与所述杆驱动器（32）连接；

所述内杆（31）包括第一杆体（311）以及与所述第一杆体（311）共轴转动连接的第二杆体（312）。

2.根据权利要求1所述的生物质样品采样装置，其特征在于，所述固定架（103）的顶部转动安装有第一链轮（1031）；

所述固定架（103）底部转动安装有第二链轮（1032）；

所述第一链轮（1031）与所述第二链轮（1032）之间通过链条（1033）传动连接；

所述链条（1033）通过紧固件与所述固定架（103）连接；

所述竖直驱动器（101）安装在所述固定架（103）顶部，且驱动端与所述第一链轮（1031）连接，用于带动所述第一链轮（1031）转动。

3.根据权利要求1所述的生物质样品采样装置，其特征在于，所述夹爪（21）为圆弧花瓣状，以使得闭合状态的所述夹取头（2）呈水滴状。

4.根据权利要求1所述的生物质样品采样装置，其特征在于，所述主体头（1）包括筒体（11）以及推拉杆（12）；

各个所述夹爪（21）与所述筒体（11）底端边缘铰接，且一端在闭合时可伸入所述筒体（11）内；

所述推拉杆（12）滑动设置在所述筒体（11）内，且一端上铰接有多个连接杆（13）；

多个所述连接杆（13）与所述夹爪（21）一一对应铰接；

所述内杆（31）伸入所述筒体（11）且与所述推拉杆（12）连接；

所述外杆（202）与所述筒体（11）固定连接。

5.根据权利要求4所述的生物质样品采样装置，其特征在于，所述筒体（11）上还设有观察窗（111）。

6.生物质样品采样系统，其特征在于，包括制样装置（b）以及如权利要求1-5任意一项所述的生物质样品采样装置（a）；

所述生物质样品采样装置用于采取样品并将采取的样品送至所述制样装置（b）进行制样。

7.根据权利要求6所述的生物质样品采样系统，其特征在于，所述制样装置（b）包括分样机（43）、出料斗（42）和破碎机（41）；

所述破碎机（41）的出料口通过所述出料斗（42）与所述分样机（43）的入料口连接。