CN117367868A - 一种土壤采样装置及土壤采样无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤采样装置及土壤采样无人机，包括安装架和与之丝接的丝杆，安装架上设有用于驱使丝杆旋转的驱动器，丝杆的远端与取样头相连；当丝杆相对安装架发生正向旋转时，取样头沿远端移动；取样头包括料仓和盖板，料仓的近端与丝杆相连、其远端成型有进料口，盖板铰接在料仓的远端；盖板朝向近端凸出成型有用于限定盖板相对料仓旋转角度的限位卡，限位卡插入进料口；当料仓相对盖板发生正向旋转时，进料口露出，当料仓相对盖板发生反向旋转时，进料口被盖板封闭。采样装置可以在土壤采集结束后，通过丝杆的旋转在提升取样头的同时封闭进料口，从而能够有效避免或减少后续运输过程中的样品散落问题。

Description

一种土壤采样装置及土壤采样无人机

技术领域

本发明主要涉及土壤采样技术领域，尤其涉及一种土壤采样装置及土壤采样无人机。

背景技术

在危险环境中（如遭受生化污染或核污染的环境）开展勘探工作时，需要利用无人机对土壤样本进行采集。

现有技术中的土壤采样装置（如中国专利202221831789.1）包括采样筒，设置在采样筒内部的螺旋杆，设置在采样筒顶端的收集部，等间距环形设置在收集部底端的三组收集辊，以及等间距环形设置在收集部内部的三组调节部；收集部顶端的中间位置处设置有伺服电机，且伺服电机延伸至收集部的内部与螺旋杆固定连接；其中滑动调节部，调节部能够堵住收集部，以使土壤能够存放至收集部的内部。这种土壤采样装置在采集结束时，螺旋杆与采样筒间可能残留大量土壤样品，由于采样筒的下端呈开口状，因此残留的土壤样品易从采样筒中落出、对环境造成污染。

因此，需要一种能够在采样结束后自动关闭仓门以密封样品的土壤采样装置，以及与之适配的土壤采样无人机。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种土壤采样装置及土壤采样无人机。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种土壤采样装置，包括安装架和与之丝接的丝杆，所述安装架上设有用于驱使丝杆旋转的驱动器，所述丝杆的远端与取样头相连；当丝杆相对安装架发生正向旋转时，取样头沿远端移动；

所述取样头包括料仓和盖板，所述料仓的近端与丝杆相连、其远端成型有进料口，所述盖板铰接在料仓的远端；所述盖板朝向近端凸出成型有用于限定盖板相对料仓旋转角度的限位卡，所述限位卡插入进料口；当料仓相对盖板发生正向旋转时，进料口露出，当料仓相对盖板发生反向旋转时，进料口被盖板封闭。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述安装架包括与丝杆丝接的第一固定板，所述第一固定板的近端设有第二固定板，所述第一固定板与所述第二固定板间经至少两根平行设置的立杆相连，所述立杆上可滑动地套装有滑移板，所述滑移板上固定有驱动器，所述驱动器的输出端与丝杆的近端相连。

所述第一固定板朝向第二固定板的一侧设有第一限位开关；所述第二固定板朝向第一固定板的一侧设有第二限位开关；滑移板上设有用于触发所述第一限位开关和所述第二限位开关的开关板。

所述丝杆与所述取样头弹性连接，二者能够沿丝杆的轴线方向产生相对移动。

所述丝杆的远端设有挡环，所述料仓的近端设有套管，所述套管套装在丝杆末端；所述套管成型有一对腰型孔，丝杆与套管经销轴相连，所述挡环与所述料仓间夹装有弹簧。

所述料仓包括与丝杆相连的端板，所述端板的远端可拆卸地安装有仓筒。

所述端板沿径向对称设置有一对凸卡，两所述凸卡之间经弹性件相连，所述仓筒的近端成型有一对卡孔，所述凸卡经弹性件推挤后其外端穿过所述卡孔。

所述盖板朝向远端凸出成型有中心刀片和若干用于粉碎土壤的切齿，所述中心刀片位于盖板中心。

所述盖板朝向料仓的一面贴设有海绵层。

然后，本发明公开了一种土壤采样无人机，其包括无人机本体，所述无人机本体的机腹下方安装有若干上述的土壤采样装置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

采样装置可以在土壤采集结束后，通过丝杆的旋转在提升取样头的同时封闭进料口，从而能够有效避免或减少后续运输过程中的样品散落问题。并且，在该技术方案中，取样头的下探、提升，以及进料口的开启和关闭都由丝杆操控，无需额外设置控制和驱动机构，因此能够极大简化采样装置的结构、降低制造成本。

附图说明

图1是土壤采样装置的结构示意图；

图2是安装架的结构示意图；

图3是驱动器、丝杆和取样图的结构示意图；

图4是取样头的爆炸示意图；

图5是盖板的结构示意图；

图6是端板的内部结构示意图；

图7是丝杆与端板的连接示意图；

图8是土壤采样无人机的结构示意图。

图中各标号表示：1、安装架；11、第一固定板；12、第二固定板；13、立杆；14、滑移板；15、第一限位开关；16、第二限位开关；17、开关板；2、丝杆；21、挡环；3、驱动器；4、取样头；41、料仓；411、进料口；412、套管；413、腰型孔；414、销轴；415、弹簧；416、端板；4161、凸卡；4162、弹性件；417、仓筒；4171、卡孔；42、盖板；421、限位卡；422、中心刀片；423、切齿；43、海绵层；5、无人机本体；6、土壤采样装置。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例

如图1至图8所示，本实施例的土壤采样装置，包括安装架1和与之丝接的丝杆2，安装架1上设有用于驱使丝杆2旋转的驱动器3，丝杆2呈竖直状，其下端与取样头4相连；当丝杆2相对安装架1发生顺时针旋转（从上往下观察）时，取样头4沿下方移动；取样头4包括料仓41和盖板42，料仓41呈空心圆筒状，料仓41的上端面与丝杆2的下端相连、料仓41的下端面成型有两个对称的三角形进料口411；盖板42的形状与进料口411的形状相适配，盖板42的中心与料仓41的下端面中心经螺栓铰接，盖板42能够绕该螺栓旋转。盖板42的上侧凸出成型有用于限定盖板42相对料仓41旋转角度的限位卡421，限位卡421插入进料口411中，当料仓41相对盖板42发生顺时针旋转（从上往下观察）时，进料口411与盖板42逐渐错位、从而露出，且当进料口411与盖板42完全错开时，限位卡421与进料口411的一侧边缘相抵，从而阻止进料口411与料仓41继续发生相对旋转，在此状态下，外部土壤可以由外部穿过进料口411进入料仓41；而当料仓41相对盖板42发生逆时针旋转（从上往下观察）时，进料口411与盖板42逐渐叠合、从而进料口411被盖板42封闭，且当进料口411被盖板42完全封闭时，限位卡421与进料口411的另一侧边缘相抵，从而阻止进料口411与料仓41继续发生相对旋转，在此状态下，料仓41内的土壤无法穿过进料口411排出。需要说明的是，在本实施例中，正向旋转是指从上往下观察的顺时针旋转、反向旋转是指从上往下看的逆时针旋转，而在其他实施例中，正向旋转和逆向旋转仅代表相反的两个旋转方向，可根据具体情形另行定义；且在本实施例中，由于丝杆2呈竖直状、且取样头4位于其下方，故近端是指上方、远端是指下方，而在其他实施例中，近端指由丝杆2指向取样头4的方向、远端指取样头4指向丝杆2的方向，近端和远端根据丝杆2的姿态进行定义。通过以上设置，当需要对土壤进行取样时，首先将取样头4移动到待取样土壤的正上方，然后顺时针旋转丝杆2，丝杆2驱使取样头4同步旋转并向下移动接触土壤，当盖板42与土壤贴合后，由于摩擦力的作用，料仓41将相对于盖板42发生顺时针旋转（盖板42在摩擦力的作用下静止、料仓41在丝杆2的驱动下发生顺时针旋转），从而使得进料口411与盖板42逐渐错位，当进料口411与盖板42完全错开时，限位卡421与进料口411的一侧边缘相抵，从而阻止进料口411与料仓41继续发生相对旋转；此后，丝杆2继续顺时针旋转，在丝杆2的推动作用下，取样头4继续下移，土壤受到挤压由外部穿过进料口411进入料仓41，从而实现对土壤的采集。随后，丝杆2反转（即发生逆时针旋转），由于此时盖板42仍与土壤贴合，在摩擦力的作用下，料仓41将相对于盖板42发生逆时针旋转（盖板42在摩擦力的作用下静止、料仓41在丝杆2的驱动下发生逆时针旋转），从而使得进料口411与盖板42逐渐叠合，当进料口411被盖板42完全封闭时，限位卡421与进料口411的另一侧边缘相抵，从而阻止进料口411与料仓41继续发生相对旋转，在此状态下，料仓41内的土壤无法穿过进料口411排出；随着丝杆2继续逆时针旋转，储存有土壤样品的取样头4上移至预定高度，取样过程完成。可见，在本实施例所公开的技术方案中，采样装置可以在土壤采集结束后，通过丝杆2的旋转在提升取样头4的同时封闭进料口411，从而能够有效避免或减少后续运输过程中的样品散落问题。并且，在该技术方案中，取样头4的下探、提升，以及进料口411的开启和关闭都由丝杆2操控，无需额外设置控制和驱动机构，因此能够极大简化采样装置的结构、降低制造成本。

本实施例中，安装架1包括与丝杆2丝接的第一固定板11，第一固定板11的上方设有用于与外部承载机构（如无人机）固定连接的第二固定板12，二者之间经三根竖直设置的立杆13相连，立杆13上可滑动地套装有滑移板14，由于立杆13的限制，滑移板14仅能发生竖向移动而不能产生旋转；滑移板14上固定有驱动器3，驱动器3的输出端经联轴器与丝杆2的上端相连；第一固定板11、第二固定板12和滑移板14均呈水平状。由于丝杆2与第一固定板11丝接，且用于驱动丝杆2旋转的驱动器3与仅能竖向移动的滑移板14固定连接，当丝杆2发生旋转时，丝杆2将相对于第一固定板11发生竖向移动，从而能够驱使取样头4探入土壤或从土坑中拔离。具体地，用于与丝杆2配合的丝纹可以直接成型在第一固定板11上，也可以在第一固定板11上设置螺母，利用螺母与丝杆2进行丝接。

本实施例中，第一固定板11朝向第二固定板12的一侧设有第一限位开关15；第二固定板12朝向第一固定板11的一侧设有第二限位开关16；滑移板14上设有用于触发第一限位开关15和第二限位开关16的开关板17。通过设置第一限位开关15和第二限位开关16，可以为限制丝杆2的竖向行程提供硬件条件。举个例子：将第一限位开关15、第二限位开关16和驱动器3分别与外部控制器相连，通过程序限制使得当第二限位开关16被触发时驱动器3停止工作、当第一限位开关15被触发时驱动器3反转。在进行土壤取样时，驱动器3驱使丝杆2旋转下移，当丝杆2移动至下限高度时，开关板17与第一限位开关15发生挤压、从而触发第一限位开关15，于是驱动器3反转；在驱动器3的带动下，丝杆2反向旋转从而向上移动，当丝杆2移动至上限高度时，开关板17与第二限位开关16发生挤压、从而触发第二限位开关16，于是驱动器3停止工作。可见，通过改变第一限位开关15和第二限位开关16的高度，即可调节丝杆2的行程范围，从而能够避免丝杆2超出极限位置而造成设备损坏。

本实施例中，丝杆2与取样头4弹性连接，二者能够沿丝杆2的轴线方向产生相对移动。具体地，丝杆2的下端设有挡环21，料仓41的近端设有套管412，套管412套装在丝杆2末端；套管412成型有一对腰型孔413，丝杆2与套管412经销轴414相连，挡环21与料仓41间夹装有弹簧415。起始状态下，弹簧415呈压缩状，在弹簧415的弹力作用下，销轴414与腰型孔413的上端相抵；当取样头4下移至与土壤发生挤压时，在土壤提供的向上的推力作用下，弹簧415进一步压缩，此时销轴414在腰型孔413内发生下移（同步地，丝杆2相对于取样头4发生下移），当销轴414与腰型孔413的下端相抵后，丝杆2进一步推动取样头4向下探入土壤。取样完成后，丝杆2反向旋转，此时丝杆2发生上移；而由于弹簧415具有恢复至原长的趋势，在弹簧415弹力的作用下，使得取样头4依旧能够贴紧土壤，从而使得在反转发生时盖板42能够与土壤保持挤压，从而产生摩擦力，在该摩擦力的作用下，盖板42保持静止，而此时料仓41已跟随丝杆2发生反向旋转，从而使得进料口411与盖板42逐渐叠合、直至进料口411被盖板42完全封闭。

本实施例中，料仓41包括与丝杆2相连的端板416，端板416的远端可拆卸地安装有仓筒417。端板416沿径向对称设置有一对凸卡4161，两凸卡4161之间经弹性件4162相连，仓筒417的上端成型有一对卡孔4171，凸卡4161经弹性件4162推挤后其外端穿过卡孔4171。通过以上设置，操作人员只需向内挤压凸卡4161（弹性件4162发生压缩），便可使得凸卡4161的外端从卡孔4171中脱出，从而令仓筒417与端板416分离。

本实施例中，盖板42朝向远端凸出成型有中心刀片422和若干用于粉碎土壤的切齿423，中心刀片422位于盖板42中心。通过设置中心刀片422和切齿423，能够利用二者在旋转过程中对土壤进行破碎，从而便于土壤穿过进料口411进入料仓41。

本实施例中，盖板42朝向料仓41的一面贴设有海绵层43。海绵层43填补盖板42与料仓41之间的空隙，一方面既能起到密封作用、避免土壤外泄，另一方面又能避免硬质颗粒夹塞在盖板42与料仓41之间、影响盖板42的开合。

然后，本发明还公开了土壤采样无人机，在其一实施例中，土壤采样无人机包括无人机本体5，无人机本体5的机腹下方安装有八个上述的土壤采样装置6。安装在同一无人机本体5上的八个土壤采样装置6间隔分布，从而能够在一次航程中分多次对多处地点进行取样。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种土壤采样装置，其特征在于：包括安装架（1）和与之丝接的丝杆（2），所述安装架（1）上设有用于驱使丝杆（2）旋转的驱动器（3），所述丝杆（2）的远端与取样头（4）相连；当丝杆（2）相对安装架（1）发生正向旋转时，取样头（4）沿远端移动；

所述取样头（4）包括料仓（41）和盖板（42），所述料仓（41）的近端与丝杆（2）相连、其远端成型有进料口（411），所述盖板（42）铰接在料仓（41）的远端；所述盖板（42）朝向近端凸出成型有用于限定盖板（42）相对料仓（41）旋转角度的限位卡（421），所述限位卡（421）插入进料口（411）；当料仓（41）相对盖板（42）发生正向旋转时，进料口（411）露出，当料仓（41）相对盖板（42）发生反向旋转时，进料口（411）被盖板（42）封闭。

2.根据权利要求1所述的土壤采样装置，其特征在于：所述安装架（1）包括与丝杆（2）丝接的第一固定板（11），所述第一固定板（11）的近端设有第二固定板（12），所述第一固定板（11）与所述第二固定板（12）间经至少两根平行设置的立杆（13）相连，所述立杆（13）上可滑动地套装有滑移板（14），所述滑移板（14）上固定有驱动器（3），所述驱动器（3）的输出端与丝杆（2）的近端相连。

3.根据权利要求2所述的土壤采样装置，其特征在于：所述第一固定板（11）朝向第二固定板（12）的一侧设有第一限位开关（15）；所述第二固定板（12）朝向第一固定板（11）的一侧设有第二限位开关（16）；滑移板（14）上设有用于触发所述第一限位开关（15）和所述第二限位开关（16）的开关板（17）。

4.根据权利要求1所述的土壤采样装置，其特征在于：所述丝杆（2）与所述取样头（4）弹性连接，二者能够沿丝杆（2）的轴线方向产生相对位移。

5.根据权利要求4所述的土壤采样装置，其特征在于：所述丝杆（2）的远端设有挡环（21），所述料仓（41）的近端设有套管（412），所述套管（412）套装在丝杆（2）末端；所述套管（412）成型有一对腰型孔（413），丝杆（2）与套管（412）经销轴（414）相连，所述挡环（21）与所述料仓（41）间夹装有弹簧（415）。

6.根据权利要求1所述的土壤采样装置，其特征在于：所述料仓（41）包括与丝杆（2）相连的端板（416），所述端板（416）的远端可拆卸地安装有仓筒（417）。

7.根据权利要求6所述的土壤采样装置，其特征在于：所述端板（416）沿径向对称设置有一对凸卡（4161），两所述凸卡（4161）之间经弹性件（4162）相连，所述仓筒（417）的近端成型有一对卡孔（4171），所述凸卡（4161）经弹性件（4162）推挤后其外端穿过所述卡孔（4171）。

8.根据权利要求1所述的土壤采样装置，其特征在于：所述盖板（42）朝向远端凸出成型有中心刀片（422）和若干用于粉碎土壤的切齿（423），所述中心刀片（422）位于盖板（42）中心。

9.根据权利要求1所述的土壤采样装置，其特征在于：所述盖板（42）朝向料仓（41）的一面贴设有海绵层（43）。

10.一种土壤采样无人机，其特征在于：包括无人机本体（5），所述无人机本体（5）的机腹下方安装有若干权利要求1-9中任一项所述的土壤采样装置（6）。