CN116929837B - 一种农业污染地巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于巡检机器人技术领域，涉及一种农业污染地巡检机器人。本发明包括机器人本体，机器人本体上设置有取样单元。取样单元包括取样组件和收集盒，收集盒叠放在第一储存腔内。机器人本体的两侧均设置有安装单元，每个安装单元上均设置有使机器人本体行走的履带。本发明方便进行流动采样，并且使采集到的多个样品独立的放置到第二存储腔内，以便后续的检测处理，具有节省人力提高效率的作用。变换采样地点时，通过改变第一履带轮和第二履带轮之间的轴间距，提升该机器人在不同路面的适应性。提升所述机器人在地形复杂的路面上行驶的稳定性，提升所述机器人翻越不同高度障碍的能力。同时也方便在坡度较大的位置进行采样。

Description

一种农业污染地巡检机器人

技术领域

本发明属于取样机器人技术领域，涉及一种农业污染地巡检机器人。

背景技术

目前，土壤污染造成有害物质在农作物中积累，并通过食物链进入人体，引发各种疾病。对农业污染地的采样是治理农业污染地的首要条件。在对污染地的土壤进行采样时，为了全面准确的掌握污染情况，常常是需要对多处进行样品收集，并且需要对不同地方采集到的样品进行独立储存。一般多地点取样的话，需要人工带着取样设备到多处进行采样。当农业污染地地形复杂、崎岖不平时，人需要携带取样设备以及采集到的样品在污染地上移动更显费时费力且具有一定的安全隐患。且在坡度较大的地面上进行取样时，人容易站立不稳，且操作不便，取样设备以及样品容易滚落。

为解决上述问题，本发明提出了一种农业污染地巡检机器人。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种农业污染地巡检机器人。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种农业污染地巡检机器人包括机器人本体，机器人本体上设置有取样单元，取样单元包括取样组件和收集盒，机器人本体上开设有通道、第一存储腔、第二存储腔、滑道；通道、第一存储腔、第二存储腔的下部通过滑道连通；取样组件上下移动设置在通道内；第一存储腔内上下叠放有多个待使用的收集盒，将第一存储腔底端的收集盒移动到通道内，取样组件将采集到的样品放入到收集盒内，然后使该收集盒移动到第二存储腔内。

进一步地，机器人本体的两侧均设置有安装单元；安装单元包括第一履带轮、第二履带轮、第三履带轮、张紧轮；第一履带轮、第二履带轮、第三履带轮、张紧轮的轴线相互平行且均水平设置；第一履带轮转动设置在机器人本体的一端，机器人本体的两侧均开设有弧形滑槽，弧形滑槽的外凸面朝向地面，弧形滑槽内滑动设置有与弧形滑槽适配的连接件，第二履带轮和第三履带轮分别转动设置在同侧的连接件两端；张紧轮竖直滑动设置在机器人本体上；第一履带轮、第二履带轮、第三履带轮、张紧轮之间绕设有履带。

进一步地，连接件包括安装板和弧形滑块；第二履带轮和第三履带轮分别转动安装在同侧安装板的两端；弧形滑块与安装板固定连接；且弧形滑块与弧形滑槽滑动连接，弧形滑块与弧形滑槽相适配。

进一步地，机器人本体的两侧均设置有气缸；气缸的一端与机器人本体通过第一铰接轴铰接，气缸的另一端与同侧的安装板通过第二铰接轴铰接；第一铰接轴的轴线与第二铰接轴的轴线均与第一履带轮的轴线平行。

进一步地，机器人本体上竖直开设有T形滑槽，T形滑槽内限位滑动连接有滑动板；滑动板的一端固设有T形滑块，滑动板通过T形滑块与T形滑槽滑动连接；T形滑块与T形滑槽的下端端壁之间固定连接有弹簧；张紧轮转动安装在滑动板上；张紧轮远离滑动板的一侧固设有挡板。

进一步地，机器人本体上固设有第一电机，第一电机的电机轴与第一履带轮同轴固定连接；安装板上固设有第一电机和第三电机；第二电机的电机轴与第二履带轮同轴固连，第二电机的电机轴与第三履带轮同轴固连；第一电机、第二电机、第三电机的电机轴均不具有自锁功能。

进一步地，取样组件包括取样筒和滑动板，取样筒上下移动设置在通道内；取样筒开口向下，滑动板密封滑动设置在取样筒内；

机器人本体上开设有通孔，通孔通过滑道与通道连通，且通孔的轴线与第一电动推杆的轴线在同一个竖直线上，通孔与取样筒适配。

进一步地，第一存储腔位于通道的左侧，第二存储腔位于通道的右侧；第一存储腔的左侧设置有第一密封门，第二存储腔的右侧设置有第二密封门。

进一步地，滑道水平设置，且滑道的下端面与第一存储腔、通道、第二存储腔的下端面在同一个水平面上；滑道从第一存储腔的左侧向右延伸并依次贯穿第一存储腔、通道深入到第二存储腔内；滑道内滑动设置有推动板；推动板的高度、滑道的高度以及收集盒的高度相当；

机器人本体上水平固定安装有第三电动推杆，第三电动推杆的输出端水平向左，第三电动推杆的输出端与推动板固定连接。

进一步地，收集盒的上端面上开设有储存样品的收集槽，收集盒的右端开设有第一斜面，收集盒的左下角开设有第二斜面。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明方便进行流动采样，并且使采集到的多个样品独立的放置到第二存储腔内，且上下叠加，即可防止在移动过程中样品洒落又可适应多点采集的需求，方便了后续的检测处理，具有节省人力提高效率的作用。

变换采样地点时，通过使安装板沿着弧形滑槽滑动，安装板带动第二履带轮和第三履带轮同步运动，使第一履带轮和第二履带轮之间的轴间距逐渐增大即履带与地面的接触长度增大，同时位于第二履带轮和第三履带轮左侧之间的履带与地面的倾斜角度逐渐增大，进而提升所述机器人在地形复杂的路面上行驶的稳定性，提升所述机器人翻越不同高度障碍的能力。进而提升该机器人在不同路面的适应性。同时也方便在坡度较大的位置进行采样。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中机器人本体的剖视图；

图3是本发明中取样单元的结构示意图；

图4是本发明的局部剖视图；

图5是本发明中弧形滑快的结构示意图；

图6是本发明中履带的初始状态示意图；

图7是本发明中履带的状态变化示意图；

图8是本发明中履带的状态进一步变化的示意图。

图中：1、机器人本体；2、第一履带轮；3、第二履带轮；4、第三履带轮；5、安装板；6、弧形滑块；7、弧形滑槽；8、气缸；9、滑动板；10、张紧轮；11、挡板；12、T形滑槽；13、弹簧；14、履带；15、通道；16、第一存储腔；17、第一密封门；18、第二存储腔；19、第二密封门；20、通孔；21、第一电动推杆；22、取样筒；23、第二电动推杆；24、滑动板；25、第三电动推杆；26、推动板；27、收集盒；28、收集槽；29、第一斜面；30、第二斜面。

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。

如图1-图8所示，本发明采用的技术方案如下：一种农业污染地巡检机器人，包括机器人本体1，机器人本体1上安装有取样单元。取样单元包括取样组件和收集盒27。

机器人本体1上开设有通道15、第一存储腔16、第二存储腔18、滑道。取样组件上下滑动设置在通道15内。取样组件包括取样筒22和滑动板24。取样筒22上下移动设置在通道15内。具体的通道15的顶壁上固定安装有第一电动推杆21，第一电动推杆21的输出端竖直向下，取样筒22的上端与第一电动推杆21的输出端固定连接。取样筒22开口向下。滑动板24密封滑动设置在取样筒22内。滑动板24将取样筒22分隔成独立的上腔室和下腔室，滑动板24的上方为上腔室，滑动板24的下方为下腔室。具体的取样筒22的顶壁上竖直固定安装有第二电动推杆23，第二电动推杆23的输出端竖直向下，滑动板24与第二电动推杆23的输出端固定连接。取样筒22的顶壁上开设有通气孔。

机器人本体1上开设有通孔20，通孔20通过滑道与通道15连通，且通孔20的轴线与第一电动推杆21的轴线在同一个竖直线上，通孔20与取样筒22适配。当取样筒22向下移动时，取样筒22穿过通孔20伸到机器人本体1的外面以便进行采样。

第一存储腔16位于通道15的左侧，第二存储腔18位于通道15的右侧。第一存储腔16内上下叠放有多个收集盒27。第一存储腔16的左侧设置有第一密封门17。打开第一密封门17可以将待使用的收集盒27放到第一存储腔16内，关闭第一密封门17对第一存储腔16内的收集盒27具有保护作用。第二存储腔18的右侧设置有第二密封门19，通过第二密封门19可以将第二存储腔18内的收集盒27取出。收集盒27的上端面上开设有储存样品的收集槽28。收集盒27的右端开设有第一斜面29，第一斜面29的下端向收集盒27的右侧倾斜。收集盒27的左下角开设有第二斜面30。

第一存储腔16、通道15、第二存储腔18的下端通过滑道连通。将位于第一存储腔16底端的收集盒27通过滑道移动到通道15的正下方，进而使取样筒22内样品放置到收集槽28内，然后将该收集盒27移动到第二存储腔18内。

滑道水平设置，且滑道的下端面与第一存储腔16、通道15、第二存储腔18的下端面在同一个水平面上。滑道从第一存储腔16的左侧向右延伸并依次贯穿第一存储腔16、通道15深入到第二存储腔18内。滑道内滑动设置有推动板26。具体的，机器人本体1上水平固定安装有第三电动推杆25，第三电动推杆25的输出端水平向左，第三电动推杆25的输出端与推动板26固定连接。

推动板26的高度、滑道的高度以及收集盒27的高度相当。使得推动板26可以顺利的推动收集盒27使收集盒27顺利的经过滑道进入到通道15内，然后进入到第二存储腔18内。

第一存储腔16、第二存储腔18均应与收集盒27相适配，当收集盒27处于第一存储腔16或第二存储腔18内时，收集盒27可以沿着第一存储腔16或第二存储腔18上下移动，并且能够避免收集盒27倾斜。

机器人本体1的两侧均设置有安装单元，每个安装单元上均设置有履带14。机器人本体1通过履带14在地面上行走。

安装单元包括第一履带轮2、第二履带轮3、第三履带轮4、张紧轮10。第一履带轮2、第二履带轮3、第三履带轮4、张紧轮10的轴线方向相互平行且均水平设置。第一履带轮2转动设置在机器人本体1的一端。机器人本体1两侧的下部均开设有弧形滑槽7，且弧形的外凸面朝向地面。弧形滑槽7的右端处于弧形滑槽7最低点的右侧。每个弧形滑槽7内均滑动连接有与弧形滑槽7适配的连接件。连接件包括安装板5和弧形滑块6。弧形滑块6与弧形滑槽7相适配，滑动设置在弧形滑槽7内。弧形滑块6和安装板5固定连接。第二履带轮3和第三履带轮4分别转动安装在同侧的安装板5的两端。

具体的，机器人本体1上固设有第一电机，第一电机的电机轴与第一履带轮2同轴固定连接。安装板5上固设有第一电机和第三电机。第二电机的电机轴与第二履带轮3同轴固连，第二电机的电机轴与第三履带轮4同轴固连。第一电机、第二电机、第三电机的电机轴均不具有自锁功能。即第一电机、第二电机、第三电机在关闭状态下，其电机轴均可以自由的转动。

机器人本体1的两侧均设置有气缸8。气缸8的一端与机器人本体1通过第一铰接轴铰接，气缸8的另一端与同侧的安装板5通过第二铰接轴铰接。第一铰接轴的轴线与第二铰接轴的轴线均与第一履带轮2的轴线平行。通过气缸8的伸缩带动安装板5沿着弧形滑槽7滑动。

机器人本体1上竖直开设有T形滑槽12，T形滑槽12内限位滑动连接有滑动板9。滑动板9的一端固设有T形滑块，滑动板9通过T形滑块与T形滑槽12滑动连接。T形滑块与T形滑槽12的下端端壁之间固定连接有弹簧13。在弹簧13的作用下，滑动板9处于T形滑槽12的上端。张紧轮10转动安装在滑动板9上，张紧轮10远离滑动板9的一侧固设有挡板11。

履带14绕设在第一履带轮2、第二履带轮3、第三履带轮4、张紧轮10上。并且在张紧轮10的作用下，履带14始终处于张紧状态。当安装板5沿着弧形滑块6滑动时，第二履带轮3和第三履带轮4相对于第一履带轮2的位置改变，使安装单元的形态变化，使履带14的状态变化以适应不同的路面。

工作原理及工作过程：如图6所示，初始状态下，第二履带轮3、第三履带轮4分设在弧形滑槽7最低点的两侧。且第一履带轮2、第二履带轮3、第三履带轮4的下端在同一个水平面上，即均与地面接触。气缸8处于缩短状态。在弹簧13的作用下，滑动板9处于T形滑槽12的上端，并使履带14处于张紧状态。

第一存储腔16内叠放有多个待使用的收集盒27。推动板26的右端位于第一存储腔16的左侧。取样筒22位于通道15内，滑动板24位于取样筒22的下端。

需要采样时，首先使机器人本体1移动到待采样位置。在机器人本体1移动时，假设第一履带轮2、第二履带轮3之间的轴间距为L1，第二履带轮3、第三履带轮4之间的轴间距为L2，履带14与地面接触长度为L，那么此时L=L1+L2。由于L2为固定值，安装板5处于弧形滑槽7的最右端，此时L1的值最小，履带14与地面的接触长度较小。这样有利于提高该机器人在平坦路面上的机动性，并会减少该机器人在转弯时对路面的破坏。

如图7所示，如果需要进一步的减少履带14与地面的接触长度时，启动气缸8，使气缸8伸长，气缸8推动安装板5使安装板5沿着弧形滑槽7滑动，安装板5带动第二履带轮3和第三履带轮4同步运动。第三履带轮4逐渐斜向上运动，而使第二履带轮3和第三履带轮4之间的履带14向上倾斜并且与水平面之间的夹角逐渐增大。履带14处于第二履带轮3和第三履带轮4之间的部分与地面脱离接触。第一履带轮2、第二履带轮3之间的轴间距即L1逐渐增大，那么此时L=L1。在气缸8伸长的初始，L1的增大量小于L2，使得L减小。即履带14与地面的接触长度相对于初始状态变小，进一步的提高提高该机器人在平坦路面上的机动性，并减少该机器人在转弯时对路面的破坏。

如图8所示，然后随着气缸8的伸长，安装板5沿着弧形滑槽7滑动，第一履带轮2和第二履带轮3之间的轴间距逐渐变大，履带14与地面的接触长度L逐渐增大。且同时第三履带轮4逐渐升高，第二履带轮3和第三履带轮4之间的履带14逐渐向上倾斜并且与水平面之间的夹角逐渐增大。L变大可使履带14与地面接触的长度变大，进而提升所述机器人在地形复杂的路面上行驶的稳定性，倾角变大可提升所述机器人翻越不同高度障碍的能力。

在遇到崎岖不平的路面上，通过路面的情况来调整第一履带轮2、第二履带轮3之间的轴间距以及位于第二履带轮3、第三履带轮4之间的履带14与地面之间的夹角，提升该机器人对不同路面的适应性，使所述机器人在不同地面上均能平稳的行驶。

因此该机器人能够根据地面的情况来调整安装单元的形态，使履带14与相应的地面适配，使所述机器人达到最佳的行走状态。

在第二履带轮3、第三履带轮4沿着弧形滑槽7滑动过程中，由于履带14的长度时一定的，随着第二履带轮3、第一履带轮2轴间距的增加即L1的增大，使得履带14会挤压张紧轮10，使张紧轮10向下移动，进而使滑动板9克服弹簧13的弹力沿着T形滑槽12向下滑动。在张紧轮10的作用下，履带14始终处于张紧状态。

初始第二履带轮3处于弧形滑槽7最低点右侧，当第二履带轮3从弧形滑槽7的最低点右侧向弧形滑槽7的最低点运动过程中，第二履带轮3会使机器人本体1的左端抬高，使机器人本体1绕着第一履带轮2的轴线顺时针。当第二履带轮3越过弧形滑槽7的最低点向左侧滑动过程中，第二履带轮3逐渐向上移动，机器人本体1在自身重力作用下绕着第一履带轮2的轴线逆时针转动，使第二履带轮3始终与地面保持接触。但机器人本体1绕着第一履带轮2的轴线进行顺时针或逆时针旋转的角度并不大，并不会使机器人本体1发生倾倒或不稳。

当机器人本体1移动到待采样的地方后，需要进行土壤采样时，启动第一电动推杆21，使第一电动推杆21伸长，使取样筒22向下移动。使取样筒22的下端穿过通孔20并伸入到土壤中，进而使下腔室被密封。然后启动第二电动推杆23，使第二电动推杆23缩短，使滑动板24向上移动，使下腔室的容积变大，下腔室内产生负压，土壤被吸进下腔室内，进而完成取样。

取样完成后，关闭第二电动推杆23，启动第一电动推杆21，使取样筒22回到通道15内。

然后启动第三电动推杆25，使推动板26向右移动，推动板26推动第一存储腔16最下端的收集盒27向右移动。使收集盒27移动到通道15内，并使收集槽28位于取样筒22的正下方，关闭第三电动推杆25，此时推动板26占据第一存储腔16下端位置。之后启动第二电动推杆23，使滑动板24向下移动，滑动板24将下腔室内的样品推出，进而使样品掉落进正下方的收集槽28内。

然后再次启动第三电动推杆25，使推动板26向右移动，推动板26推动相应的收集盒27向右移动，使收集盒27移动到第二存储腔18的下端。如果原来第二存储腔18内已经放有收集盒27，那么后进入的收集盒27通过第一斜面29推动原来的收集盒27向上移动，使多个收集盒27上下叠放在第二存储腔18内，后进入的收集盒27位于第一存储腔16的下端。此时推动板26占据第一存储腔16下端位置。

其后使推动板26回到初始位置。当推动板26离开第一存储腔16后，第一存储腔16内的收集盒27在重力的作用下向下移动，使相应的收集盒27移动到第一存储腔16的下端。

然后可以移动机器人本体1，使机器人本体1移动到下一个采样地。再次采样后，将相应的收集盒27移动到通道15内，并将采集到的样品放入到相应的收集盒27内。然后将该收集盒27移动到第二存储腔18的底端并推动原来第二存储腔18内的收集盒27向上移动，使第二存储腔18内的多个收集盒27上下叠放，并且后进入的收集盒27位于先进入的收集盒27的下方。第二存储腔18内的多个收集盒27上下叠放，使收集槽28被其上方的收集盒27遮盖，对收集槽28内的样品具有一定的保护作用。

当采样结束后，通过第二密封门19将多个装有样品的收集盒27取出，方便后续的处理。

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 (7)

1.一种农业污染地巡检机器人，其特征在于：包括机器人本体（1），机器人本体（1）上设置有取样单元，取样单元包括取样组件和收集盒（27），机器人本体（1）上开设有通道（15）、第一存储腔（16）、第二存储腔（18）、滑道；通道（15）、第一存储腔（16）、第二存储腔（18）的下部通过滑道连通；取样组件上下移动设置在通道（15）内；第一存储腔（16）内上下叠放有多个待使用的收集盒（27），将第一存储腔（16）底端的收集盒（27）移动到通道（15）内，取样组件将采集到的样品放入到收集盒（27）内，然后使该收集盒（27）移动到第二存储腔（18）内；

取样组件包括取样筒（22）和第二滑动板（24），取样筒（22）上下移动设置在通道（15）内；取样筒（22）开口向下，第二滑动板（24）密封滑动设置在取样筒（22）内；

机器人本体（1）上开设有通孔（20），通孔（20）通过滑道与通道（15）连通，且通孔（20）的轴线与第一电动推杆（21）的轴线在同一个竖直线上，通孔（20）与取样筒（22）适配；

第一存储腔（16）位于通道（15）的左侧，第二存储腔（18）位于通道（15）的右侧；第一存储腔（16）的左侧设置有第一密封门（17），第二存储腔（18）的右侧设置有第二密封门（19）；

滑道水平设置，且滑道的下端面与第一存储腔（16）、通道（15）、第二存储腔（18）的下端面在同一个水平面上；滑道从第一存储腔（16）的左侧向右延伸并依次贯穿第一存储腔（16）、通道（15）深入到第二存储腔（18）内；滑道内滑动设置有推动板（26）；推动板（26）的高度、滑道的高度以及收集盒（27）的高度相当；

机器人本体（1）上水平固定安装有第三电动推杆（25），第三电动推杆（25）的输出端水平向左，第三电动推杆（25）的输出端与推动板（26）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种农业污染地巡检机器人，其特征在于：机器人本体（1）的两侧均设置有安装单元；安装单元包括第一履带轮（2）、第二履带轮（3）、第三履带轮（4）、张紧轮（10）；第一履带轮（2）、第二履带轮（3）、第三履带轮（4）、张紧轮（10）的轴线相互平行且均水平设置；第一履带轮（2）转动设置在机器人本体（1）的一端，机器人本体（1）的两侧均开设有弧形滑槽（7），弧形滑槽（7）的外凸面朝向地面，弧形滑槽（7）内滑动设置有与弧形滑槽（7）适配的连接件，第二履带轮（3）和第三履带轮（4）分别转动设置在同侧的连接件两端；张紧轮（10）竖直滑动设置在机器人本体（1）上；第一履带轮（2）、第二履带轮（3）、第三履带轮（4）、张紧轮（10）之间绕设有履带（14）。

3.根据权利要求2所述的一种农业污染地巡检机器人，其特征在于：连接件包括安装板（5）和弧形滑块（6）；第二履带轮（3）和第三履带轮（4）分别转动安装在同侧安装板（5）的两端；弧形滑块（6）与安装板（5）固定连接；且弧形滑块（6）与弧形滑槽（7）滑动连接，弧形滑块（6）与弧形滑槽（7）相适配。

4.根据权利要求3所述的一种农业污染地巡检机器人，其特征在于：机器人本体（1）的两侧均设置有气缸（8）；气缸（8）的一端与机器人本体（1）通过第一铰接轴铰接，气缸（8）的另一端与同侧的安装板（5）通过第二铰接轴铰接；第一铰接轴的轴线与第二铰接轴的轴线均与第一履带轮（2）的轴线平行。

5.根据权利要求2所述的一种农业污染地巡检机器人，其特征在于：机器人本体（1）上竖直开设有T形滑槽（12），T形滑槽（12）内限位滑动连接有第一滑动板（9）；第一滑动板（9）的一端固设有T形滑块，第一滑动板（9）通过T形滑块与T形滑槽（12）滑动连接；T形滑块与T形滑槽（12）的下端端壁之间固定连接有弹簧（13）；张紧轮（10）转动安装在第一滑动板（9）上；张紧轮（10）远离第一滑动板（9）的一侧固设有挡板（11）。

6.根据权利要求3所述的一种农业污染地巡检机器人，其特征在于：机器人本体（1）上固设有第一电机，第一电机的电机轴与第一履带轮（2）同轴固定连接；安装板（5）上固设有第一电机和第三电机；第二电机的电机轴与第二履带轮（3）同轴固连，第二电机的电机轴与第三履带轮（4）同轴固连；第一电机、第二电机、第三电机的电机轴均不具有自锁功能。

7.根据权利要求1所述的一种农业污染地巡检机器人，其特征在于：收集盒（27）的上端面上开设有储存样品的收集槽（28），收集盒（27）的右端开设有第一斜面（29），收集盒（27）的左下角开设有第二斜面（30）。