CN117949237A - 一种无人机多点分集式土壤采样装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种无人机多点分集式土壤采样装置，属于采样装置的领域，其包括安装在无人机下方的连接壳体，所述连接壳体下方设有取土机构和存土机构，所述取土机构包括位于所述连接壳体下方的取样筒，所述存土机构包括转动连接在连接壳体下方的接土盘，所述接土盘上设有多个绕接土盘转动轴线均匀分布的存土筒，所述存土筒的轴线与所述接土盘的转动轴线之间的距离和所述取样筒的轴线与所述接土盘的转动轴线之间的距离相等，所述连接壳体上还设有用于驱动所述取样筒和所述接土盘的驱动组件。本申请具有提高土壤采集效率，降低采集难度的效果。

Description

一种无人机多点分集式土壤采样装置

技术领域

本申请涉及采样装置的领域，尤其是涉及一种无人机多点分集式土壤采样装置。

背景技术

土壤取样器，是指用于获取土壤样品的工具。常用的有土钻、铁锹和铁铲。其中土钻由硬质材料制成的钻头和手柄组成。钻头常为螺旋形或者筒形，螺旋形钻头的顶端是一对可以旋转切入土壤的锐利刀口，与刀口相连的是一个用于盛土的空腔，随着手柄的旋转向下钻入土面，可将欲采集土层的土样导入空腔。

但是此种方式需要到达指定区域后进行人工采集，对于复杂多变的环境或者不方便进入的区域，采集工作困难且效率低下。

发明内容

为了提高土壤采集效率，降低采集难度，本申请提供一种无人机多点分集式土壤采样装置。

本申请提供的一种无人机多点分集式土壤采样装置采用如下的技术方案：

一种无人机多点分集式土壤采样装置，包括安装在无人机下方的连接壳体，所述连接壳体下方设有取土机构和存土机构，所述取土机构包括位于所述连接壳体下方的取样筒，所述存土机构包括转动连接在连接壳体下方的接土盘，所述接土盘上设有多个绕接土盘转动轴线均匀分布的存土筒，所述存土筒的轴线与所述接土盘的转动轴线之间的距离和所述取样筒的轴线与所述接土盘的转动轴线之间的距离相等，所述连接壳体上还设有用于驱动所述取样筒和所述接土盘的驱动组件。

通过采用上述技术方案，无人机能够在复杂地形的上空快速移动，从而到达取样地点，在达到取样地点后，驱动组件驱动取样筒下降从而进行挖土取样工作，在取样工作完成后，驱动组件再次驱动取样筒上升，存土盘在驱动组件的作用下转动，使得其中一个存土筒移动到取样筒的下方，进而方便取样筒内的样品被快速收集，由于接土盘上设置多个存土筒，因此能够连续取样多次，进而减少往返次数，降低时间成本，提高取样效率。

可选的，所述取土机构还包括转动连接在取样筒上方的驱动块，所述取样筒内设有卸土推块，所述驱动组件包括同轴线固定在所述卸土推块上端的驱动丝杆，所述驱动丝杆远离所述卸土推块的一端穿过驱动块且与驱动块螺纹连接，所述驱动丝杆与所述连接壳体转动连接，所述连接壳体上设有驱使驱动丝杆转动的旋压电机，所述驱动丝杠一侧设有导向杆，所述导向杆一端固定在所述驱动块上，另一端穿过所述连接壳体，且与所述连接壳体滑动连接。

通过采用上述技术方案，旋压电机驱使驱动丝杆转动，驱动块在导向杆的作用下，驱动丝杆驱使驱动块上下升降，从而带动取样筒上下升降，取样筒下降时进行挖土取样工作，取样筒升高到指定高度时，卸土推块将取样筒内的样品推出，从而快速完成取样存土的工作，提高取样效率。

可选的，所述驱动组件还包括设置在驱动块上的旋挖电机，所述旋挖电机和所述取样筒之间设有连接两者的皮带。

通过采用上述技术方案，旋挖电机通过皮带驱动取样筒转动，取样筒在旋转的过程中能够更加容易插接到土壤中，降低挖土取样的难度，提高取样效率。

可选的，所述取样筒远离所述驱动块的一端转动连接有多个沿取样筒边沿分布的旋挖齿，所述取样筒上设有驱动旋挖齿转动的传动组件。

通过采用上述技术方案，在取样筒旋挖取样时，传动组件驱使旋挖齿转动，使得旋挖齿处于竖直状态，在取样筒转动时，旋挖齿对土壤切割挖掘，在取样筒不转动时，传动组件使得旋挖齿处于水平状态，旋挖齿的齿尖朝向取样筒的中心线，由此在取样筒没有转动时，旋挖齿被收纳，减少对外界物品的损害，另外当样品在取样筒内部时，旋挖齿还能在样品底部支撑，减少样品因随意掉落，而导致样品取样失败的可能。

可选的，所述取样筒远离所述驱动块一端开设有与旋挖齿相对应的空腔，所述取样筒靠近所述旋挖齿的一端设有凸块，所述凸块的表面设置为弧形，且所述旋挖齿绕所述凸块转动，所述传动组件包括设置在空腔内且与所述取样筒转动连接的转动杆，所述转动杆和所述旋挖齿之间设有连接两者的连接杆，所述凸块上开设有供连接杆滑动的腰型孔，所述空腔内还设有驱动转动杆旋转的传动件。

通过采用上述技术方案，在取样筒转动时，传动件驱使转动杆转动，同时转动杆带动连接杆转动，从而使得旋挖齿转动，在旋挖齿由此能够调整竖直和水平状态，另外旋挖齿绕凸块转动，能够减少旋挖齿和取样筒之间的容纳土壤的空间，从而降低土壤堵塞的可能。

可选的，所述传动件包括设置在空腔内且与所述取样筒转动连接的传动杆，所述传动杆的轴线垂直朝向所述取样筒的轴线，所述转动杆和所述传动杆之间设有连接两者的齿轮组，所述传动杆上设有限位块，所述限位块一侧设有第一推块，所述第一推块通过滚珠螺纹连接在所述传动杆上，所述第一推块与所述取样筒仅沿所述传动杆的轴线方向滑动连接，所述第一推块和所述取样筒之间设有连接两者的复位弹簧。

通过采用上述技术方案，在取样筒转动时，第一推块受到离心力的作用，第一推块向远离取样筒中心线的方向移动，在移动过程中驱动传动杆转动，传动杆通过齿轮组驱动转动杆转动，此时旋挖齿从水平状态转动到竖直状态，当取样筒停止转动时，复位弹簧驱使第一推块回复原位，从而使得第一推块带动传动杆反向转动，由此使得旋挖齿从竖直状态转动到水平状态，由此无需外力，仅仅通过取样筒转动，即可完成旋挖齿的转动，进而完成旋挖和存土工作。

可选的，所述转动杆上固定有同轴设置的卡接齿圈，所述第一推块上设有与卡接齿圈相配合的卡接齿，所述传动杆上滑动连接有第二推块，所述第一推块和所述第二推块结构相同且关于所述限位块对称分布，所述第一推块和所述第二推块之间设有连接两者的固定杆。

通过采用上述技术方案，在第一推块在离心力的作用下靠近转动杆时，卡接齿卡接到卡接齿圈上，同时离心力使得第一推块抵接在转动杆，由此能够限制转动杆的转动，进而维持旋挖齿竖直状态的稳定，当离心力消失，第一推块远离转动杆，第二推块靠近并抵接转动杆，第二推块上的卡接齿卡接在卡接齿圈上，从而维持旋挖齿水平状态的稳定。

可选的，所述卸土推块远离所述驱动丝杠的一端开设有容纳槽，所述容纳槽的槽口大于槽底，所述容纳槽的边缘处设有多个安装在所述卸土推块上的刮板，所述刮板一侧抵接在所述取样筒的内壁上，且所有所述刮板与取样筒内壁的夹角相同。

通过采用上述技术方案，在取样筒卸下内部样品时，取样筒处于转动状态，此时刮板对取样筒内壁上的样品进行刮除，并且被刮下的样品沿刮板的倾斜角度向容纳槽内部移动，由此减少卸土推块和取样筒内壁之间残留样品的可能，提高卸土效率的同时，提高取样筒内部的清洁度。

可选的，所述容纳槽的槽壁上设有若干导向块，导向块一端连接刮板，另一端连接容纳槽中心，且所述导向块螺旋分布。

通过采用上述技术方案，进入容纳槽内的样品沿导向块的方向移动，由此使得样品不会在容纳槽的槽口边缘处堆积，减少此处的压力，从而方便样品。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.无人机通过携带取土机构和存土机构能够连续取样多次，并分别进行存储，进而减少往返次数，降低时间成本，提高取样效率；

2.传动组件在轴向推力与周向旋转扭矩的共同作用下驱动旋挖齿相对取样筒轴线向下运动与转动，使得旋挖齿能够顺利旋挖取样以及收纳支撑样品，取样效率高。

附图说明

图1是本发明实施例1中的整体结构示意图；

图2是本发明实施例1中取样筒内部的结构示意图；

图3是本发明实施例2中关于取样筒和旋挖齿的连接结构示意图；

图4是本发明实施例2中传动件的结构示意图；

图5是本发明实施例2中卸土推块的结构示意图。

附图标记说明，1、连接壳体；2、取土机构；21、取样筒；22、驱动块；23、卸土推块；231、容纳槽；3、存土机构；31、接土盘；32、支撑杆；33、传动轴；34、存土筒；4、驱动组件；41、驱动丝杆；42、旋压电机；43、导向杆；44、旋挖电机；5、旋挖齿；6、凸块；61、腰型孔；7、转动杆；71、连接杆；8、传动件；81、传动杆；82、限位块；83、第一推块；84、第二推块；85、固定杆；86、卡接齿圈；87、卡接齿；88、复位弹簧；9、刮板；91、导向块。

具体实施方式

以下结合附图1-图5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例1公开一种无人机多点分集式土壤采样装置。参照图1和图2，无人机多点分集式土壤采样装置包括固定安装在无人机下方的连接壳体1，连接壳体1下方设有取土机构2，连接壳体1上还设有连接取样筒21的驱动组件4。取土机构2包括竖直设置在连接壳体1下方的取样筒21，取样筒21上方转动连接有驱动块22，驱动组件4包括竖直设置在驱动块22上方的驱动丝杆41，驱动丝杆41与取样筒21同轴线设置。驱动丝杆41一端与连接壳体1转动连接，另一端穿过驱动块22并且与驱动块22螺纹连接，驱动丝杆41位于取样筒21内的一端同轴固定有卸土推块23，连接壳体1上还安装有旋压电机42，旋压电机42通过皮带连接驱动丝杆41。在驱动丝杆41一侧设有平行于驱动丝杆41的导向杆43，导向杆43一端固定在驱动块22上，另一端穿过连接壳体1并且与连接壳体1滑动连接。

旋压电机42驱使驱动丝杆41转动，在导向杆43的导向作用下，驱动丝杆41驱使驱动块22上下移动，使得取样筒21能够下降挖取样品，取样筒21在上升过程中，卸土推块23将取样筒21内部的样品推出，从而快速完成卸土工作。

在驱动块22上还固定连接有旋挖电机44，旋挖电机44的输出轴通皮带连接在取样筒21上端的外侧壁上，取样筒21远离取样筒21的一端安装有多个均匀分布的旋挖齿5。在取样筒21下降取样时，旋挖电机44驱动取样筒21转动，取样筒21下端的旋挖齿5随取样筒21转动，从而对土壤切割取样。

在取样机构一侧还设有存土机构3，存土机构3包括接土盘31，接土盘31中心处固定连接有支撑杆32，支撑杆32平行于取样筒21且位于取样筒21一侧，支撑杆32上端通过销轴连接有传动轴33，传动轴33转动连接在连接壳体1上，连接壳体1上还安装有驱动传动轴33转动的伺服电机。连接壳体1内设有为旋压电机42、旋挖电机44和伺服电机供电的电池。

接土盘31上固定连接有六个绕传动轴33均匀分布的存土筒34，存土筒34的轴线与传动轴33的轴线之间的距离和取样筒21的轴线与传动轴33的轴线之间的距离相同。在取样筒21取样时，取样筒21位于相邻的两个存土筒34之间，取样筒21取样完成后，取样筒21上升至旋挖齿5位于存土筒34上方，此时卸土推块23尚未接触到取样筒21内部的样品，随后伺服电机驱动接土盘31转动，使得其中一个存土筒34移动到取样筒21正下方，此时取样筒21再次上升，使得卸土推块23抵接样品并将样品从取样筒21内推出，由此样品进入存土筒34内，最后伺服电机再次驱动接土盘31转动，使得取样筒21再次位于相邻的两个取样筒21之间，进而能够连续取样。

本申请实施例1的实施原理为：无人机移动到取样地点，旋挖电机44驱动取样筒21转动，随后旋压电机42驱动取样筒21下降，取样筒21对下方的土壤取样，取样完成后，取样筒21上升，随后伺服电机驱动接土盘31转动，使得其中一个存土筒34位于取样筒21的正下方，取样筒21继续上升，卸土推块23将取样筒21内部的样品推出并使样品落到存土筒34内，随后伺服电机再次驱动接土盘31转动，使得取样筒21再次位于相邻的两个取样筒21之间，重复连续取样。

实施例2

参照图3和图4，与实施例1不同之处在于，取样筒21靠近旋挖齿5的一端固定连接有与旋挖齿5相对应的凸块6，在竖直截面上，凸块6呈半圆状，旋挖齿5的一端抵接在凸块6的弧面上，且旋挖齿5的抵接凸块6的一侧设置为四分之一圆弧的形状，且旋挖齿5沿凸块6的弧面转动。在取样筒21下端的筒体内部开设有与旋挖齿5相对应的空腔，空腔内设有驱动旋挖齿5转动的传动组件，传动组件包括转动杆7，凸块6远离取样筒21轴线的一侧开设有腰型孔61，腰型孔61内设有连接杆71，连接杆71一端固定在旋挖齿5上，另一端位于空腔内且固定连接在转动杆7上，转动杆7与取样筒21转动连接，空腔内还设有驱动转动杆7转动的传动件8。

传动件8包括设置在空腔内且与取样筒21转动连接的传动杆81，传动杆81的中间处固定连接有限位块82，限位块82靠近取样筒21中心的一侧设有第一推块83，传动杆81穿过第一推块83，传动杆81上设有一段螺纹，第一推块83在螺纹位置处与传动杆81滚珠螺纹连接，使得第一推块83能够通过轴向移动而驱动传动杆81转动。限位块82另一侧设有第二推块84，传动杆81穿过第二推块84且与第二推块84滑动连接，第一推块83和第二推块84关于限位块82对称分布，第一推块83和第二推块84之间设有固定连接两者的固定杆85。

第一推块83和第二推块84位于传动杆81上方的一端与取样筒21滑动连接，且滑动方向平行于传动杆81的轴线方向，第二推块84和第二推块84正对转动杆7的一侧均开设有正对转动杆7的凹槽，转动杆7上固定有一圈卡接齿圈86，凹槽处固定有与卡接齿圈86配合的卡接齿87，当第一推块83或第二推块84抵接限位块82时，相对应的卡接齿87啮合到卡接齿圈86上，当第一推块83抵接限位块82时，第一推块83刚刚脱离螺纹，第一推块83远离限位块82的一端固定连接有复位弹簧88，复位弹簧88套接在传动杆81上，且复位弹簧88远离第一推块83的一端与取样筒21固定连接。

传动杆81和转动杆7之间设有连接两者的齿轮组，齿轮组包括竖直设置的从动杆，从动杆与取样筒21转动连接，同时从动杆一端通过锥齿轮与传动杆81连接，另一端同样通过锥齿轮与转动杆7连接。

在取样筒21高速转动从而旋挖样品时，取样筒21的离心力使得第一推块83朝向限位块82移动，同时驱动传动杆81转动，传动杆81同时通过齿轮组驱动转动杆7转动，转动杆7则通过连接杆71使得旋挖齿5转动，此时旋挖齿5处于竖直状态，用于切割样品，并且旋挖齿5封堵了腰型孔61，使得样品不会从腰型孔61进入空腔，同时第一推块83脱离传动杆81上的螺纹，并抵接在限位块82上，此时卡接齿87和卡接齿圈86配合固定转动杆7，使得旋挖齿5稳定，在取样筒21停止转动时，复位弹簧88驱动第一推块83远离限位块82，第一推块83再次通过螺纹与传动杆81连接，并驱动传动杆81反向转动，从而驱动旋挖齿5处于水平状态，此时第二推块84上的卡接齿87啮合在卡接齿圈86上，通过限制转动杆7进而使得旋挖齿5对取样筒21内部的样品进行支撑。

当旋挖齿5处于竖直状态时，旋挖齿5远离取样筒21的一端设置为尖锐状，即旋挖齿5靠近取样筒21轴线的一侧设置为斜面，斜面远离凸块6的一端向远离取样筒21轴线的方向倾斜。在旋挖齿5切割样品时，样品沿斜面挤压旋挖齿5，使得旋挖齿5能够稳定在竖直状态上，提高旋挖齿5的稳定性。

参照图3和图5，在需要将取样筒21内部的样品卸下时，取样筒21再次高速转动，从而使得旋挖齿5再次竖直，为了提高卸土的效率和卸土后取样筒21内壁的清洁度，在卸土推块23靠近样品的一端的边缘处固定连接有多个绕其轴线均匀分布的刮板9，刮板9与取样筒21内壁的夹角相同。在卸土推块23靠近样品一端的中心处开设有容纳槽231，容纳槽231的槽口大于槽底，且容纳槽231内固定有与挡板相对应的导向块91，导向块91沿螺旋分布。

当卸土推块23接触到样品时，挡板对取样筒21内壁上的样品进行刮除，同时被刮下的样品沿刮板9进入容纳槽231内，并沿导向块91向容纳侧的中心移动，由此减少对样品内部的挤压破坏，同时还能快速清洁取样筒21内部，在连续取样的过程中，减少对其他样品的影响。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无人机多点分集式土壤采样装置，其特征在于：包括安装在无人机下方的连接壳体（1），所述连接壳体（1）下方设有取土机构（2）和存土机构（3），所述取土机构（2）包括位于所述连接壳体（1）下方的取样筒（21），所述存土机构（3）包括转动连接在连接壳体（1）下方的接土盘（31），所述接土盘（31）上设有多个绕接土盘（31）转动轴线均匀分布的存土筒（34），所述存土筒（34）的轴线与所述接土盘（31）的转动轴线之间的距离和所述取样筒（21）的轴线与所述接土盘（31）的转动轴线之间的距离相等，所述连接壳体（1）上还设有用于驱动所述取样筒（21）和所述接土盘（31）的驱动组件（4）。

2.根据权利要求1所述的一种无人机多点分集式土壤采样装置，其特征在于：所述取土机构（2）还包括转动连接在取样筒（21）上方的驱动块（22），所述取样筒（21）内设有卸土推块（23），所述驱动组件（4）包括同轴线固定在所述卸土推块（23）上端的驱动丝杆（41），所述驱动丝杆（41）远离所述卸土推块（23）的一端穿过驱动块（22）且与驱动块（22）螺纹连接，所述驱动丝杆（41）与所述连接壳体（1）转动连接，所述连接壳体（1）上设有驱使驱动丝杆（41）转动的旋压电机（42），所述驱动丝杠一侧设有导向杆（43），所述导向杆（43）一端固定在所述驱动块（22）上，另一端穿过所述连接壳体（1），且与所述连接壳体（1）滑动连接。

3.根据权利要求2所述的一种无人机多点分集式土壤采样装置，其特征在于：所述驱动组件（4）还包括设置在驱动块（22）上的旋挖电机（44），所述旋挖电机（44）和所述取样筒（21）之间设有连接两者的皮带。

4.根据权利要求3所述的一种无人机多点分集式土壤采样装置，其特征在于：所述取样筒（21）远离所述驱动块（22）的一端转动连接有多个沿取样筒（21）边沿分布的旋挖齿（5），所述取样筒（21）上设有驱动旋挖齿（5）转动的传动组件。

5.根据权利要求4所述的一种无人机多点分集式土壤采样装置，其特征在于：所述取样筒（21）远离所述驱动块（22）一端开设有与旋挖齿（5）相对应的空腔，所述取样筒（21）靠近所述旋挖齿（5）的一端设有凸块（6），所述凸块（6）的表面设置为弧形，且所述旋挖齿（5）绕所述凸块（6）转动，所述传动组件包括设置在空腔内且与所述取样筒（21）转动连接的转动杆（7），所述转动杆（7）和所述旋挖齿（5）之间设有连接两者的连接杆（71），所述凸块（6）上开设有供连接杆（71）滑动的腰型孔（61），所述空腔内还设有驱动转动杆（7）旋转的传动件（8）。

6.根据权利要求5所述的一种无人机多点分集式土壤采样装置，其特征在于：所述传动件（8）包括设置在空腔内且与所述取样筒（21）转动连接的传动杆（81），所述传动杆（81）的轴线垂直朝向所述取样筒（21）的轴线，所述转动杆（7）和所述传动杆（81）之间设有连接两者的齿轮组，所述传动杆（81）上设有限位块（82），所述限位块（82）一侧设有第一推块（83），所述第一推块（83）通过滚珠螺纹连接在所述传动杆（81）上，所述第一推块（83）与所述取样筒（21）仅沿所述传动杆（81）的轴线方向滑动连接，所述第一推块（83）和所述取样筒（21）之间设有连接两者的复位弹簧（88）。

7.根据权利要求6所述的一种无人机多点分集式土壤采样装置，其特征在于：所述转动杆（7）上固定有同轴设置的卡接齿圈（86），所述第一推块（83）上设有与卡接齿圈（86）相配合的卡接齿（87），所述传动杆（81）上滑动连接有第二推块（84），所述第一推块（83）和所述第二推块（84）结构相同且关于所述限位块（82）对称分布，所述第一推块（83）和所述第二推块（84）之间设有连接两者的固定杆（85）。

8.根据权利要求2所述的一种无人机多点分集式土壤采样装置，其特征在于：所述卸土推块（23）远离所述驱动丝杠的一端开设有容纳槽（231），所述容纳槽（231）的槽口大于槽底，所述容纳槽（231）的边缘处设有多个安装在所述卸土推块（23）上的刮板（9），所述刮板（9）一侧抵接在所述取样筒（21）的内壁上，且所有所述刮板（9）与取样筒（21）内壁的夹角相同。

9.根据权利要求8所述的一种无人机多点分集式土壤采样装置，其特征在于：所述容纳槽（231）的槽壁上设有若干导向块（91），导向块（91）一端连接刮板（9），另一端连接容纳槽（231）中心，且所述导向块（91）螺旋分布。