CN117030974A - 一种污染场地采样机器人及自动采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种污染场地采样机器人及自动采样方法，属于污染场地采样技术领域，机器人本体包括行走机构、视觉传感系统、钻探机构和负压吸取机构，视觉传感系统包括安装于安装台一端顶部的支撑架，支撑架的顶部一侧设有视觉传感相机和雷达传感器。该机器人不仅能实现污染场地的准确识别、定位，还能规划最优路径并有效避障，真正实现污染场地的自动采样；基于多个视觉传感和雷达传感系统构成的传感网络，并通过多个PLC控制器进行无线通信，实现多台机器人协同采样，而本发明的自动采样方法，在用于污染场地的自动采样时，使得采样数据更为准确高效，再将数据通过无线网络或有线接口传输到专业的数据处理系统，方便人员对污染场地的数据进行。

Description

一种污染场地采样机器人及自动采样方法

技术领域

本发明涉及污染场地采样机器人领域，特别是指一种能够实现自动采样和协同采样的污染场地采样机器人及自动采样方法，属于污染场地智能采样技术。

背景技术

我国是工业大国，污染场地数量约100-200万块。目前我国污染场地采样主要靠人工完成，采样作业是整个污染场地生产流程中最耗时、费力且成本最高的部分。随着机器人和智能采样的不断发展，机器人技术应用于污染场地采样已成为大势所趋，如：528LS直推式土壤采样机其实就是一台智能土壤采样机器人，智能遥控操作、精准敏捷调孔，微波高频打击，高效原状取样，无线控制控制装置被一油压装置所控制，操作员可远程遥控操作取样机履带行走、左右移动机身、升降行架、精准取样等一系列动作，而该种直推式土壤采样机在使用过程中不能完全自主到达采样地，无法对样品进行负压收集，因此实用性还有待提高。

发明内容

本发明的实施例提供了一种污染场地采样机器人及自动采样方法，旨在解决上述背景技术所指出的问题。

本发明实施例提供了一种污染场地采样机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括行走机构、视觉传感系统、钻探机构和负压吸取机构组成；

所述行走机构包括安装台，所述安装台的内部两端均固定安装有两个伺服电机，每个所述伺服电机的输出端均安装有履带轮，位于同侧的两个履带轮套设有行走履带；

视觉传感系统包括安装于安装台一端顶部的支撑架，所述支撑架的顶部一侧设有视觉传感相机和雷达传感器；

所述钻探机构包括安装于安装台顶部的U型座，所述U型座的一端内部铰接有第一支撑臂，所述第一支撑臂的顶部铰接有第二支撑臂，所述第二支撑臂的内部套接有伸缩臂，所述伸缩臂的一端转动安装有转动座，所述转动座的一侧安装有钻机；

所述负压吸取机构包括安装于安装台中部顶端的U形箱，所述U形箱的内部安装有真空吸尘器，所述真空吸尘器的出尘口连接有样本收集箱，所述真空吸尘器的进料口通过管道连接有样本采集管。

本发明的一种实施方案中，所述支撑架的底部固定安装有支撑机构，所述支撑机构包括两根固定安装于支撑架底部的第一电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆的底部固定安装有支撑垫。

本发明的一种实施方案中，所述安装台的另一端顶部固定安装有电池箱，所述安装台的顶部还安装有分别位于U形箱两侧的控制箱和样本罐放置架，所述样本罐放置架的表面开设有多个放置槽。

本发明的一种实施方案中，所述视觉传感系统还包括安装于支撑架两端凸台顶部的减速电机和丝杆座，所述减速电机的输出端安装有双螺纹丝杆，所述双螺纹丝杆的外部螺纹连接有两个丝杆螺母，两个所述丝杆螺母的中部均穿插连接有导向杆，所述导向杆的两端与支撑架中部的两个凸台固定连接，所述视觉传感相机和雷达传感器分别固定安装于两个丝杆螺母的一侧。

本发明的一种实施方案中，所述钻探机构还包括铰接于第二支撑臂底部的第二电动伸缩杆，所述第二电动伸缩杆的底部铰接于U型座一端的凸台顶部，所述第二支撑臂的顶部固定安装有第三电动伸缩杆，所述第三电动伸缩杆的一端与转动座的顶部铰接，所述转动座的一端底部铰接有第四电动伸缩杆，所述第四电动伸缩杆远离伸缩端安装于第二支撑臂的底部。

本发明的一种实施方案中，所述样本收集箱也安装于U形箱的内部，所述样本收集箱的内部设有与真空吸尘器出尘口连通的样本罐，所述样本收集箱的顶部铰接有箱盖。

本发明的一种实施方案中，所述管道为波纹管，所述管道的中部置于中空的伸缩臂内部。

本发明的一种实施方案中，控制箱内部安装有PLC控制器，所述视觉传感相机和雷达传感器均与PLC控制器电性连接，所述PLC控制器与所述减速电机、真空吸尘器、钻机、第一电动伸缩杆、减速电机、第二电动伸缩杆、第三电动伸缩杆和第四电动伸缩杆电性连接，所述PLC控制器与电池箱内部的电池和直流发电机电性连接。

一种污染场地的自动采样方法，通过使用上述中任意一项所述一种污染场地采样机器人采集，具体包括以下步骤：

S1，基础信息输入；S2，初期工作准备；S3，智能控制。

本发明的一种实施方案中，所述S1步骤中基础信息输入包括设备参数信息输入、场地源数据对接和采样目标输入；所述S2步骤中初期工作准备包括采样位置搜集、路径优化和设备预热；所述S3步骤中智能控制包括预测分析、优化和控制和命令输出。

本发明的一种实施方案中，所述设备参数初始化是将PLC控制器、视觉传感相机和雷达传感器变量赋为默认值，把减速电机、真空吸尘器、钻机、第一电动伸缩杆、减速电机、第二电动伸缩杆、第三电动伸缩杆和第四电动伸缩杆设为默认状态；所述场地源数据对接为输入场地环境信息和空间坐标分布信息；

所述采样目标输入为确定污染场地采样区域分布方式以及各采样区域采样量要求；所述采样位置搜集是机器人首先对场地环境进行勘测，使用视觉传感器获取场地的地形、障碍物位置、空气质量信息，为后续的导航和采样提供参考；

所述路径规划与避障为：机器人利用雷达传感器进行自我定位和周围环境感知，通过SLAM技术构建地图并更新自身位置，根据事先设定的机器人起始点和目标采样点，结合地图数据和障碍物信息，考虑是否满足机器人最大转角、最大动力行程等因素，使用智能规划算法确定前往采样点的最佳路径，其中，机器人路径规划适应度函数为：

式中：li为第i段参考路径的长度；hi为第i段参考路径的高度差；αi为第i段参考路径的平滑度；ω1、ω2和ω3分别为长度、高度差和平滑度的权重；fα为参考路径的转向角是否超过最大转向角，当超过时取值为1，否则取值为0；fs为参考路径是否超过动力航程，当超过时取1，否则取值为0；fl为参考航迹是否与任务区域障碍物相交，相交时取1，否则取值为0；ωα、ωs和ωl为相应的惩罚权重，当ω1取值为1，ω2、ω3、ωα、ωs和ωl取值为0时，F表示规划路径长度；

所述设备预热为：机器人按照计划的路径移动到达目标采样点后，进行采样准备工作，这包括打开采样装置、检查传感器状态和连接是否正常，并确保机器人处于适当的姿态和位置，以便执行准确的采样动作；

所述预测分析：机器人根据视觉传感拍摄画面判定是否需要进行待取土样的钻进与破碎，如果土壤松软，则控制单元发出控制信号直接控制负压吸取机构按照最大功率进行进行吸取，如果采样点土层较为坚硬，开启最大抽吸功率仍然不满足抽取目标，此时判定器2则将信号反馈到智能控制单元，重新启动钻碎(其他文中改为钻碎设备)设备和负压吸取设备，并设计最优的钻进时间、单阶段抽取时间和最优吸取功率以及钻碎功率；

所述优化过程为：机器人可实现闭环动态控制，每一阶段抽取样品前都进行最优控制参数求解，具体优化过程如下，以钻机电力消耗成本(以E(w)表示)和土壤吸取成本(以S(w)表示)总成本之和ES最低，以及最大施工时间ttotal最短建立多目标优化方程：

其中：pi为负压抽取设备在第i个工作时间内的抽取功率(w)，pj为钻碎设备在第j个工作时间内的抽取功率(w)，ti为负压抽取设备第i个运行时段用时，tj为钻碎设备在第j个运行时段用时，ttotal为该采样点采样结束时总用时，约束条件为：

T1m—负压抽取系统额定单次抽取时间(s)

T1m—钻进系统额定单次钻进时间(s)

M-目标采样量，mi-单次负压抽取土壤量(g)

所述控制和命令输出为：控制器通过求解上述方程获得下一阶段最佳吸取和钻探时间，以及抽取功率和钻进功率，并将信号传递给嵌入式控制设备，求解方法可不限定使用遗传算法在内的多种算法；

最后结束采样：完成采样任务后，机器人将采集到的数据通过无线网络或有线接口传输到专业的数据处理系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明机器人本体前面安装有视觉传感和雷达传感系统，在需要污染场地采样时，能够定位污染场地，将信息传输至PLC控制器，利用PLC控制器控制伺服电机驱动履带轮转动，使得机器人能够自动行驶至污染场地，再通过PLC控制器控制钻探机构和负压吸取机构使样本采集管精确到达目标位置，污染场地表在钻探机构的钻探作用下，通过管道到达样本收集箱，所以实现污染场地的自动采样和收集。

2.本发明的机器人可以一台或多台协同采样，多个视觉传感和雷达传感系统也可以构成一个传感网络，多个PLC控制器进行无线通信，污染场地采样作业时，可以实现污染场地不用采样点同时采样，提高污染场地采样的效率，并且该机器人不仅能实现污染场地的准确识别、定位，还能规划最优路径，有效避障，真正实现污染场地的自动采样；

3)本发明的机器人可以采用锂电池或直流发电机供电，当电源采用直流发电机，直流发电机提供的电源稳定，且续航能力强，避免移动电源电力不足的问题，而锂电池可以作为备用电源使用，使得该采样机器人的运行更加稳定、可靠；

4)本发明的污染场地的自动采样方法，在用于污染场地的自动采样时，使得采样数据更为准确高效，再将数据通过无线网络或有线接口传输到专业的数据处理系统，方便人员对污染场地的数据进行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式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为本发明实施方式提供的一种污染场地采样机器人的结构示意图；

图2为本发明实施方式提供的一种污染场地采样机器人的结构示意图之一；

图3为本发明实施方式提供的一种污染场地采样机器人的底部结构示意图；

图4为本发明实施方式提供的一种污染场地采样机器人的视觉传感系统结构示意图；

图5为本发明实施方式提供的一种污染场地采样机器人的钻探机构结构示意图；

图6为本发明实施方式提供的一种污染场地采样机器人的钻探机构结构示意图之一；

图7为本发明实施方式提供的一种污染场地采样机器人的负压吸取机构结构示意图；

图8为本发明实施方式提供的一种污染场地采样机器人的自动采样方法流程示意图。

图标：1、机器人本体；11、行走机构；111、安装台；112、伺服电机；113、履带轮；114、行走履带；12、视觉传感系统；121、支撑架；122、视觉传感相机；123、雷达传感器；124、减速电机；125、丝杆座；126、双螺纹丝杆；127、丝杆螺母；128、导向杆；13、钻探机构；131、U型座；132、第一支撑臂；133、第二支撑臂；134、伸缩臂；1341、转动座；135、钻机；136、第二电动伸缩杆；137、第三电动伸缩杆；139、第四电动伸缩杆；14、负压吸取机构；141、U形箱；142、真空吸尘器；143、样本收集箱；144、管道；145、样本采集管；146、箱盖；15、支撑机构；151、第一电动伸缩杆；152、支撑垫；2、电池箱；3、控制箱；4、样本罐放置架；41、放置槽。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例

参考图1-3所示，一种污染场地采样机器人，包括机器人本体1，机器人本体1包括行走机构11、视觉传感系统12、钻探机构13和负压吸取机构14组成。行走机构11包括安装台111，安装台111的内部两端均固定安装有两个伺服电机112，每个伺服电机112的输出端均安装有履带轮113，位于同侧的两个履带轮113套设有行走履带114；视觉传感系统12包括安装于安装台111一端顶部的支撑架121，支撑架121的顶部一侧设有视觉传感相机122和雷达传感器123；钻探机构13包括安装于安装台111顶部的U型座131，U型座131的一端内部铰接有第一支撑臂132，第一支撑臂132的顶部铰接有第二支撑臂133，第二支撑臂133的内部套接有伸缩臂134，伸缩臂134的一端转动安装有转动座1341，转动座1341的一侧安装有钻机135；负压吸取机构14包括安装于安装台111中部顶端的U形箱141，U形箱141的内部安装有真空吸尘器142，真空吸尘器142的出尘口连接有样本收集箱143，真空吸尘器142的进料口通过管道144连接有样本采集管145。

具体的，通过设置的行走机构11可以使得机器人本体1能够顺畅的移动至需要采样的污染场地，而且每个履带轮113均通过单独的伺服电机112进行驱动，使得机器人本体1能够灵活的进行转弯和差速控制等，设置的视觉传感系统12可以定位污染场地，将信息传输至PLC控制器，利用PLC控制器控制伺服电机112驱动履带轮113转动，使得机器人能够自动行驶至污染场地，而设置的行走履带114可以增加机器人本体1行进的越野性能；当机器人本体1行进至污染场地时，钻探机构13可以对地表进行钻探，负压吸取机构14可以将钻探的样本负压吸入样本收集箱143内，对样品进行收集。

在本实施例中：支撑架121的底部固定安装有支撑机构15，支撑机构15包括两根固定安装于支撑架121底部的第一电动伸缩杆151，第一电动伸缩杆151的底部固定安装有支撑垫152。

具体的，在机器人本体1在对污染场采样时，支撑机构15的第一电动伸缩杆151伸出，并使得支撑垫152与地面进行支撑，增加机器人本体1置于地面上的稳定性，确保钻探机构13能够顺利稳定的对地表钻探。

在本实施例中：安装台111的另一端顶部固定安装有电池箱2，安装台111的顶部还安装有分别位于U形箱141两侧的控制箱3和样本罐放置架4，样本罐放置架4的表面开设有多个放置槽41。

具体的，通过样本罐放置架4设置的多个放置槽41可以对将收集有样本的样本罐从样本收集箱143内取出并放置收纳，使得该机器人能够对污染场地进行多从灵活的采样，增加该机器人的实用性。

参考图4所示，视觉传感系统12还包括安装于支撑架121两端凸台顶部的减速电机124和丝杆座125，减速电机124的输出端安装有双螺纹丝杆126，双螺纹丝杆126的外部螺纹连接有两个丝杆螺母127，两个丝杆螺母127的中部均穿插连接有导向杆128，导向杆128的两端与支撑架121中部的两个凸台固定连接，视觉传感相机122和雷达传感器123分别固定安装于两个丝杆螺母127的一侧。

具体的，通过减速电机124可以带动双螺纹丝杆126转动，转动的双螺纹丝杆126可以带动两个丝杆螺母127进行往复运动，利用导向杆128可以对丝杆螺母127运动过程中进行导向，而往复运动的两个丝杆螺母127可以分别带动视觉传感相机122和雷达传感器123往复运动，使得视觉传感系统12能够对污染场地的地形和位置进行判断，再反馈至PLC控制器，利用PLC控制器可以控制行走机构11将机器人本体1行进至准确位置。

参考图5-6所示，钻探机构13还包括铰接于第二支撑臂133底部的第二电动伸缩杆136，第二电动伸缩杆136的底部铰接于U型座131一端的凸台顶部，第二支撑臂133的顶部固定安装有第三电动伸缩杆137，第三电动伸缩杆137的一端与转动座1341的顶部铰接，转动座1341的一端底部铰接有第四电动伸缩杆139，第四电动伸缩杆139远离伸缩端安装于第二支撑臂133的底部，而管道144为波纹管，管道144的中部置于中空的伸缩臂134内部。

具体的，通过设置的第二电动伸缩杆136可以带动第一支撑臂132进行升降，第三电动伸缩杆137可以带动转动座1341运动，继而使得伸缩臂134进行伸缩，而通过第四电动伸缩杆139的伸缩可以带动转动座1341进行转动，改变钻机135和样本采集管145的角度，确保钻机135可以对地表进行钻探取样，再利用样本采集管145对样本进行负压收集，而将管道144置于伸缩臂134内部，利用伸缩臂134可以对管道144进行保护，增加管道144的使用寿命。

参考图7所示，样本收集箱143也安装于U形箱141的内部，样本收集箱143的内部设有与真空吸尘器142出尘口连通的样本罐，样本收集箱143的顶部铰接有箱盖146。

具体的，通过打开箱盖146后，方便对样本罐进行取放，设置的样本罐可以对每次收集的样本进行单独存放，继而使得该机器人能够对污染场地进行多次或不同区域的分别取样，增加实用性，同时采用负压方式收集样品，可以实现样品的轻松收集，并能有效降低扬尘产生，较于传统方式的样品收集效率也更为高效。

在本实施例中：管道144为波纹管，管道144的中部置于中空的伸缩臂134内部。

具体的，通过将管道144置于伸缩臂134内部，利用伸缩臂134可以对管道144进行保护，增加管道144的使用寿命。

在本实施例中：控制箱3内部安装有PLC控制器，视觉传感相机122和雷达传感器123均与PLC控制器电性连接，PLC控制器与减速电机124、真空吸尘器142、钻机135、第一电动伸缩杆151、减速电机124、第二电动伸缩杆136、第三电动伸缩杆137和第四电动伸缩杆139电性连接，PLC控制器与电池箱内2部的电池和直流发电机电性连接。

具体的，通过设置的PLC控制器可以分别对减速电机124、真空吸尘器142、钻机135、第一电动伸缩杆151、减速电机124、第二电动伸缩杆136、第三电动伸缩杆137和第四电动伸缩杆139进行控制，而该种机器人可以一台或多台协同采样，多个视觉传感和雷达传感系统也可以构成一个传感网络，多个PLC控制器进行无线通信，污染场地采样作业时，可以实现污染场地不用采样点同时采样，提高污染场地采样的效率，并且该机器人不仅能实现污染场地的准确识别、定位，还能规划最优路径，有效避障，真正实现污染场地的自动采样。

请参阅图8，一种污染场地的自动采样方法，通过使用上述中任意一项一种污染场地采样机器人采集，具体包括以下步骤：

S1，基础信息输入；S2，初期工作准备；S3，智能控制。

S1步骤中基础信息输入包括设备参数信息输入、场地源数据对接和采样目标输入；S2步骤中初期工作准备包括采样位置搜集、路径优化和设备预热；S3步骤中智能控制包括预测分析、优化和控制和命令输出。

设备参数初始化是将PLC控制器、视觉传感相机122和雷达传感器123变量赋为默认值，把减速电机124、真空吸尘器142、钻机135、第一电动伸缩杆151、减速电机124、第二电动伸缩杆136、第三电动伸缩杆137和第四电动伸缩杆139设为默认状态；场地源数据对接为输入场地环境信息和空间坐标分布信息；

采样目标输入为确定污染场地采样区域分布方式以及各采样区域采样量要求；采样位置搜集是机器人首先对场地环境进行勘测，使用视觉传感器获取场地的地形、障碍物位置、空气质量信息，为后续的导航和采样提供参考；

路径规划与避障为：机器人利用雷达传感器进行自我定位和周围环境感知，通过SLAM技术构建地图并更新自身位置，根据事先设定的机器人起始点和目标采样点，结合地图数据和障碍物信息，考虑是否满足机器人最大转角、最大动力行程等因素，使用智能规划算法确定前往采样点的最佳路径，其中，机器人路径规划适应度函数为：

式中：li为第i段参考路径的长度；hi为第i段参考路径的高度差；αi为第i段参考路径的平滑度；ω1、ω2和ω3分别为长度、高度差和平滑度的权重；fα为参考路径的转向角是否超过最大转向角，当超过时取值为1，否则取值为0；fs为参考路径是否超过动力航程，当超过时取1，否则取值为0；fl为参考航迹是否与任务区域障碍物相交，相交时取1，否则取值为0；ωα、ωs和ωl为相应的惩罚权重，当ω1取值为1，ω2、ω3、ωα、ωs和ωl取值为0时，F表示规划路径长度；

设备预热为：机器人按照计划的路径移动到达目标采样点后，进行采样准备工作，这包括打开采样装置、检查传感器状态和连接是否正常，并确保机器人处于适当的姿态和位置，以便执行准确的采样动作；

预测分析：机器人根据视觉传感拍摄画面判定是否需要进行待取土样的钻进与破碎，如果土壤松软，则控制单元发出控制信号直接控制负压吸取机构按照最大功率进行进行吸取，如果采样点土层较为坚硬，开启最大抽吸功率仍然不满足抽取目标，此时判定器2则将信号反馈到智能控制单元，重新启动钻碎其他文中改为钻碎设备设备和负压吸取设备，并设计最优的钻进时间、单阶段抽取时间和最优吸取功率以及钻碎功率；

优化过程为：机器人可实现闭环动态控制，每一阶段抽取样品前都进行最优控制参数求解，具体优化过程如下，以钻机电力消耗成本以E(w)表示和土壤吸取成本以Sw表示总成本之和ES最低，以及最大施工时间ttotal最短建立多目标优化方程：

其中：pi为负压抽取设备在第i个工作时间内的抽取功率w，pj为钻碎设备在第j个工作时间内的抽取功率w，ti为负压抽取设备第i个运行时段用时，tj为钻碎设备在第j个运行时段用时，ttotal为该采样点采样结束时总用时，约束条件为：

T1m—负压抽取系统额定单次抽取时间s

T1m—钻进系统额定单次钻进时间s

M-目标采样量，mi-单次负压抽取土壤量g

控制和命令输出为：控制器通过求解上述方程获得下一阶段最佳吸取和钻探时间，以及抽取功率和钻进功率，并将信号传递给嵌入式控制设备，求解方法可不限定使用遗传算法在内的多种算法；

最后结束采样：完成采样任务后，机器人将采集到的数据通过无线网络或有线接口传输到专业的数据处理系统。

以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种污染场地采样机器人，包括机器人本体(1)，其特征在于：所述机器人本体(1)包括行走机构(11)、视觉传感系统(12)、钻探机构(13)和负压吸取机构(14)组成；

所述行走机构(11)包括安装台(111)，所述安装台(111)的内部两端均固定安装有两个伺服电机(112)，每个所述伺服电机(112)的输出端均安装有履带轮(113)，位于同侧的两个履带轮(113)套设有行走履带(114)；

视觉传感系统(12)包括安装于安装台(111)一端顶部的支撑架(121)，所述支撑架(121)的顶部一侧设有视觉传感相机(122)和雷达传感器(123)；

所述钻探机构(13)包括安装于安装台(111)顶部的U型座(131)，所述U型座(131)的一端内部铰接有第一支撑臂(132)，所述第一支撑臂(132)的顶部铰接有第二支撑臂(133)，所述第二支撑臂(133)的内部套接有伸缩臂(134)，所述伸缩臂(134)的一端转动安装有转动座(1341)，所述转动座(1341)的一侧安装有钻机(135)；

所述负压吸取机构(14)包括安装于安装台(111)中部顶端的U形箱(141)，所述U形箱(141)的内部安装有真空吸尘器(142)，所述真空吸尘器(142)的出尘口连接有样本收集箱(143)，所述真空吸尘器(142)的进料口通过管道(144)连接有样本采集管(145)。

2.根据权利要求1所述的一种污染场地采样机器人，其特征在于，所述支撑架(121)的底部固定安装有支撑机构(15)，所述支撑机构(15)包括两根固定安装于支撑架(121)底部的第一电动伸缩杆(151)，所述第一电动伸缩杆(151)的底部固定安装有支撑垫(152)。

3.根据权利要求2所述的一种污染场地采样机器人，其特征在于，所述安装台(111)的另一端顶部固定安装有电池箱(2)，所述安装台(111)的顶部还安装有分别位于U形箱(141)两侧的控制箱(3)和样本罐放置架(4)，所述样本罐放置架(4)的表面开设有多个放置槽(41)。

4.根据权利要求3所述的一种污染场地采样机器人，其特征在于，所述视觉传感系统(12)还包括安装于支撑架(121)两端凸台顶部的减速电机(124)和丝杆座(125)，所述减速电机(124)的输出端安装有双螺纹丝杆(126)，所述双螺纹丝杆(126)的外部螺纹连接有两个丝杆螺母(127)，两个所述丝杆螺母(127)的中部均穿插连接有导向杆(128)，所述导向杆(128)的两端与支撑架(121)中部的两个凸台固定连接，所述视觉传感相机(122)和雷达传感器(123)分别固定安装于两个丝杆螺母(127)的一侧。

5.根据权利要求4所述的一种污染场地采样机器人，其特征在于，所述钻探机构(13)还包括铰接于第二支撑臂(133)底部的第二电动伸缩杆(136)，所述第二电动伸缩杆(136)的底部铰接于U型座(131)一端的凸台顶部，所述第二支撑臂(133)的顶部固定安装有第三电动伸缩杆(137)，所述第三电动伸缩杆(137)的一端与转动座(1341)的顶部铰接，所述转动座(1341)的一端底部铰接有第四电动伸缩杆(139)，所述第四电动伸缩杆(139)远离伸缩端安装于第二支撑臂(133)的底部。

6.根据权利要求1所述的一种污染场地采样机器人，其特征在于，所述样本收集箱(143)也安装于U形箱(141)的内部，所述样本收集箱(143)的内部设有与真空吸尘器(142)出尘口连通的样本罐，所述样本收集箱(143)的顶部铰接有箱盖(146)。

7.根据权利要求4所述的一种污染场地采样机器人，其特征在于，控制箱(3)内部安装有PLC控制器，所述视觉传感相机(122)和雷达传感器(123)均与PLC控制器电性连接，所述PLC控制器与所述减速电机(124)、真空吸尘器(142)、钻机(135)、第一电动伸缩杆(151)、减速电机(124)、第二电动伸缩杆(136)、第三电动伸缩杆(137)和第四电动伸缩杆(139)电性连接，所述PLC控制器与电池箱内(2)部的电池和直流发电机电性连接。

8.一种污染场地的自动采样方法，通过使用权利要求1-7中所述一种污染场地采样机器人采集，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1，基础信息输入；S2，初期工作准备；S3，智能控制。

9.根据权利要求8所述的一种污染场地的自动采样方法，其特征在于，所述S1步骤中基础信息输入包括设备参数信息输入、场地源数据对接和采样目标输入；所述S2步骤中初期工作准备包括采样位置搜集、路径优化和设备预热；所述S3步骤中智能控制包括预测分析、优化和控制和命令输出。

10.根据权利要求9所述的一种污染场地的自动采样方法，其特征在于，所述设备参数初始化是将PLC控制器、视觉传感相机(122)和雷达传感器(123)变量赋为默认值，把减速电机(124)、真空吸尘器(142)、钻机(135)、第一电动伸缩杆(151)、减速电机(124)、第二电动伸缩杆(136)、第三电动伸缩杆(137)和第四电动伸缩杆(139)设为默认状态；所述场地源数据对接为输入场地环境信息和空间坐标分布信息；

所述采样目标输入为确定污染场地采样区域分布方式以及各采样区域采样量要求；所述采样位置搜集是机器人首先对场地环境进行勘测，使用视觉传感器获取场地的地形、障碍物位置、空气质量信息，为后续的导航和采样提供参考；

所述路径规划与避障为：机器人利用雷达传感器进行自我定位和周围环境感知，通过SLAM技术构建地图并更新自身位置，根据事先设定的机器人起始点和目标采样点，结合地图数据和障碍物信息，考虑是否满足机器人最大转角、最大动力行程等因素，使用智能规划算法确定前往采样点的最佳路径，其中，机器人路径规划适应度函数为：

式中：li为第i段参考路径的长度；hi为第i段参考路径的高度差；αi为第i段参考路径的平滑度；ω1、ω2和ω3分别为长度、高度差和平滑度的权重；fα为参考路径的转向角是否超过最大转向角，当超过时取值为1，否则取值为0；fs为参考路径是否超过动力航程，当超过时取1，否则取值为0；fl为参考航迹是否与任务区域障碍物相交，相交时取1，否则取值为0；ωα、ωs和ωl为相应的惩罚权重，当ω1取值为1，ω2、ω3、ωα、ωs和ωl取值为0时，F表示规划路径长度；

所述设备预热为：机器人按照计划的路径移动到达目标采样点后，进行采样准备工作，这包括打开采样装置、检查传感器状态和连接是否正常，并确保机器人处于适当的姿态和位置，以便执行准确的采样动作；

所述预测分析：机器人根据视觉传感拍摄画面判定是否需要进行待取土样的钻进与破碎，如果土壤松软，则控制单元发出控制信号直接控制负压吸取机构按照最大功率进行进行吸取，如果采样点土层较为坚硬，开启最大抽吸功率仍然不满足抽取目标，此时判定器2则将信号反馈到智能控制单元，重新启动钻碎(其他文中改为钻碎设备)设备和负压吸取设备，并设计最优的钻进时间、单阶段抽取时间和最优吸取功率以及钻碎功率；

所述优化过程为：机器人可实现闭环动态控制，每一阶段抽取样品前都进行最优控制参数求解，具体优化过程如下，以钻机电力消耗成本(以E(w)表示)和土壤吸取成本(以S(w)表示)总成本之和ES最低，以及最大施工时间ttotal最短建立多目标优化方程：

其中：pi为负压抽取设备在第i个工作时间内的抽取功率(w)，pj为钻碎设备在第j个工作时间内的抽取功率(w)，ti为负压抽取设备第i个运行时段用时，tj为钻碎设备在第j个运行时段用时，t total为该采样点采样结束时总用时，约束条件为：

T1m—负压抽取系统额定单次抽取时间(s)

T1m—钻进系统额定单次钻进时间(s)

M-目标采样量，mi-单次负压抽取土壤量(g)所述控制和命令输出为：控制器通过求解上述方程获得下一阶段最佳吸取和钻探时间，以及抽取功率和钻进功率，并将信号传递给嵌入式控制设备，求解方法可不限定使用遗传算法在内的多种算法；

最后结束采样：完成采样任务后，机器人将采集到的数据通过无线网络或有线接口传输到专业的数据处理系统。