CN211426832U - 一种岩壁探测与岩样采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种岩壁探测与岩样采集装置，包括起吊系统、岩性探测系统和岩样采集系统；起吊系统连接岩性探测系统；岩性探测系统包括履带车、以及探地雷达和摄像机构；岩样采集系统包括多自由度机械臂、转盘、刮铲机构和钻磨取样机构，该机械臂一端连接履带车，另一端连接转盘，刮铲机构和钻磨取样机构固定于转盘，钻磨取样机构包括套筒、收集腔、电磨机和磨头，套筒后端固定于转盘上，前端连接收集腔，电磨机后端插入套筒内，且电磨机与套筒之间设有弹簧，收集腔前端设有抵接孔，电磨机前端抵持于抵接孔并连接三爪夹头，磨头安装于三爪夹头上。本实用新型的有益效果：降低了采集岩壁样品的劳动力和危险性，提高对岩壁样品探测采集效率。

Description

一种岩壁探测与岩样采集装置

技术领域

本实用新型涉及地质工程技术领域，尤其涉及一种岩壁探测与岩样采集装置。

背景技术

地质历史时期中的沉积作用使得岩层往往呈层状展布，不同层位的岩层分别产生于不同时代和不同的古地理环境，因而不同层位岩层岩性特征各有不同。在地质科研工作中，为了连续而完整地研究某时代或地区的岩石地层,通常需要逐层、密集地采集样品来分析不同岩层岩性特征。

目前科学工作或市场上并未出现岩壁探测及采集装置或机构，一般科研人员直接攀爬至岩壁指定位置进行岩样采集，由于在岩壁探测及岩样采集过程中受洞穴、崖壁等地理环境因素限制，人工取样具有危险性且并不高效，因此急需一种新型的岩壁探测与岩样采集装置。

实用新型内容

针对崖壁岩性探测及岩壁采集难度大，人工作业危险系数高等问题，本实用新型的实施例提供了一种岩壁探测与岩样采集装置。

本实用新型的实施例提供一种岩壁探测与岩样采集装置，包括起吊系统、岩性探测系统和岩样采集系统；

所述起吊系统设置于岩顶，且连接所述岩性探测系统，用于沿着岩壁升降所述岩性探测系统；

所述岩性探测系统包括履带车、以及设置于所述履带车上的探地雷达和摄像机构，所述履带车连接所述起吊系统；

所述岩样采集系统包括多自由度机械臂、转盘、刮铲机构和钻磨取样机构，所述多自由度机械臂一端连接所述履带车，另一端连接所述转盘，所述刮铲机构和所述钻磨取样机构分别固定于所述转盘上，所述钻磨取样机构包括套筒、收集腔、电磨机和磨头，所述套筒后端固定于所述转盘上，前端连接所述收集腔，所述电磨机后端插入所述套筒内，且所述电磨机后端与所述套筒之间设有弹簧，所述收集腔前端设有抵接孔，所述电磨机前端抵持于所述抵接孔并连接所述三爪夹头，所述磨头安装于所述三爪夹头上，所述收集腔与所述电磨机之间为岩样储存空间，所述磨头受挤压使所述电磨机与所述抵接孔之间形成供岩样进入所述岩样储存空间的间隙。

进一步地，所述电磨机后端外壁与所述套筒内壁贴合，所述抵接孔与所述套筒轴线重合，所述电磨机前端为阶梯轴状，所述电磨机前端贴合贯穿所述抵接孔，且轴肩抵住所述抵接孔边缘，所述抵接孔与所述套筒对所述电磨机轴定位。

进一步地，所述弹簧的数量为四个，所述电磨机后端为锥形，四所述弹簧紧贴所述套筒内壁均匀分布，且每一所述弹簧后端固定于所述套筒上，前端支撑所述电磨机后端的锥形面。

进一步地，所述起吊系统包括底座、桁架、收放机构、钢丝绳和控制箱，所述桁架和所述收放机构均固定于所述底座上，所述桁架上设有多个滚轮，所述底座上还设有铰链，所述钢丝绳绕过所述铰链和所有滚轮并连接所述收放机构，所述控制箱连接所述收放机构。

进一步地，所述履带车包括车架和两履带，所述车架两侧分别设有两组轮毂，每一所述履带套设于于一组轮毂上，所述车架上还设有驱动两组轮毂的两驱动机构，每一所述驱动机构包括步进电机和减速器，所述步进电机连接所述减速器输入端，所述减速器输出端连接一组轮毂。

进一步地，所述多自由度机械臂固定于所述车架前端，所述探地雷达和所述摄像机构固定于所述车架底部。

进一步地，所述探地雷达设有为其供电的电源模块、接口模块和无线天线，所述接口模块连接所述摄像机构，所述探地雷达通过所述无线天线远程连接PC端，用以向所述PC端传输所述探地雷达采集的岩壁数据以及所述滚轮摄像机构拍摄的图像数据。

进一步地，所述摄像机构为工业相机。

进一步地，所述多自由度机械臂为四自由度机械臂。

进一步地，还包括电气控制系统，所述电气控制系统分别连接所述起吊系统、所述履带车、所述探地雷达、所述摄像机构、所述多自由度机械臂和所述电磨机。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型的一种岩壁探测与岩样采集装置，通过起吊系统升降岩性探测系统和岩样采集系统，岩性探测系统对岩壁进行探测和摄像，获得岩壁内部介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度，岩样采集系统通过磨头可磨削岩壁来获取颗粒粉末岩壁样品，且岩壁样品自动落入收集腔内，实现对岩壁样品的自动化采集，另外遇到较硬岩层时铲刮机构工作将岩石颗粒刮铲，协助电磨机对岩石磨削取样，大大降低了科研人员采集岩壁样品的劳动力和危险性因素的影响，同时提高对岩壁样品的探测采集效率。

附图说明

图1是本实用新型一种岩壁探测与岩样采集装置的示意图；

图2是图1中起吊系统1的示意图；

图3是图1中岩性探测系统2和岩样采集系统3的示意图；

图4是图3中履带车201的示意图；

图5是图4中履带车的仰视图；

图6是图3中探地雷达202的示意图；

图7是图1中岩样采集系统3的示意图；

图8是图7中钻磨取样机构304的示意图。

图中：1-起吊系统、101-底座、102-桁架、103-钢丝绳、104-控制箱、105-铰链、106-滚轮、2-岩性探测系统、201-履带车、202-探地雷达、203-摄像机构、204-车架、205-轮毂、206-履带、207-挂环、208-步进电机、209-减速器、210-电源模块、211-无线天线、212-接口模块、3-岩样采集系统、301-多自由度机械臂、302-转盘、303-刮铲机构、304-钻磨取样机构、305-机械套臂、306-套筒、307-收集腔、308-电磨机、309-磨头、310-弹簧、311-三爪夹头。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种岩壁探测与岩样采集装置，包括起吊系统1、岩性探测系统2、岩样采集系统3和电气控制系统。

所述起吊系统1设置于岩顶，且连接所述岩性探测系统2，用于沿着岩壁升降所述岩性探测系统2；

具体的，请参考图2，所述起吊系统1包括底座101、桁架102、收放机构、钢丝绳103和控制箱104，所述桁架102和所述收放机构均固定于所述底座101上，所述桁架102上设有多个滚轮106，所述底座上还设有铰链105，所述铰链105设置于所述底座101的前部，所述钢丝绳102绕过所述铰链105和所有滚轮106并连接所述收放机构，所述控制箱104连接所述收放机构。所述滚轮106对所述钢丝绳102起着导向作用，通过调整所述铰链105开合角度可以调节所述钢丝绳102的牵引角度。所述收放机构一般选择卷扬机，所述控制箱104控制所述卷扬机转动，继而控制所述钢丝绳102牵引所述岩性探测系统2升降。

请参考图3，所述岩性探测系统2包括履带车201、以及设置于所述履带车201上的探地雷达202和摄像机构203，所述履带车201连接所述起吊系统1；

具体的，请参考图4和5，所述履带车201包括车架204和两履带206，所述车架204两侧分别设有两组轮毂205，每一所述履带206套设于于一组轮毂205上，所述车架204上还设有驱动两组轮毂205的两驱动机构，每一所述驱动机构包括步进电机208和减速器209，所述步进电机208连接所述减速器209输入端，所述减速器209输出端连接一组轮毂205。所述车架204的后端还设有挂环207，通过该挂环207与所述钢丝绳102连接。所述履带206增强抓地力与对凹凸不平的岩壁表面的适应力，所述步进电机208驱动所述轮毂205转动，所述轮毂205带动所述履带206以低速转动，依靠所述履带车201的重力，所述步进电机208的驱动力及所述钢丝绳102拉力共同作用使所述履带车201升降。

请参考图6，所述探地雷达202固定于所述车架204的底部，所述探地雷达202设有为其供电的电源模块210、接口模块212和无线天线211，所述探地雷达202通过发射与接收高频电磁波来探测检测不同岩层的深度和厚度，并能推断出岩壁内部介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。所述接口模块212连接所述摄像机构203，所述探地雷达202通过所述无线天线211远程连接PC端，用以向所述PC端传输所述探地雷达202采集的岩壁数据以及所述滚轮摄像机构拍摄203的图像数据。

所述摄像机构203也固定于所述车架204的底部，本实施例中所述摄像机构203选择工业相机，该工业相机自带补光功能，用以采集岩壁岩性图像，且在光照不足的情况下，采集岩壁岩性图像时并不需要设置照明系统辅。

请参考图7，所述岩样采集系统3包括多自由度机械臂301、转盘302、刮铲机构303和钻磨取样机构304。

所述多自由度机械臂301用于调整所述刮铲机构303和所述钻磨取样机构304的位置，本实施例中所述多自由度机械臂301选择四自由度机械臂，当然也可以实际采集环境选择其他多自由度机械臂。所述多自由度机械臂301一端固定于所述车架204前端，另一端固定连接所述转盘302，所述刮铲机构和所述钻磨取样机构分别通过机械套臂305固定于所述转盘302上。所述多自由度机械臂301可控制所述转盘302移动，且控制所述转盘302转动。关于所述刮铲机构303和所述钻磨取样机构304在所述转盘302上的位置，优选的，所述刮铲机构303和所述钻磨取样机构304直接成60°夹角，可使所述刮铲机构303和所述钻磨取样机构304互不干涉且很好地避障。

请参考图8，所述钻磨取样机构304包括套筒306、收集腔307、电磨机308和磨头309，所述套筒306后端固定于所述机械套臂305，并通过所述机械套臂305固定于所述转盘302上，所述套筒306前端连接所述收集腔307，这里所述套筒306和所述收集腔307螺纹连接，所述收集腔307内腔为圆柱形且内腔直径大于所述套筒外306径。所述电磨机308后端插入所述套筒306内，且所述电磨机308后端与所述套筒306之间设有弹簧，所述收集腔307前端设有抵接孔，所述电磨机308前端抵持于所述抵接孔并连接所述三爪夹头311，所述磨头309通过夹持安装于所述三爪夹头311上。可根据岩壁性质的不同选择不同类型磨头309，针对不同岩壁只需要更换所述磨头309即可。所述收集腔307与所述电磨机308之间为岩样储存空间，所述磨头309受挤压会向后推动所述电磨机308后移，进而使所述电磨机308前端与所述抵接孔之间形成供岩样进入所述岩样储存空间的间隙。

进一步的，所述抵接孔还具有定位功能。具体的，所述电磨机308后端外壁与所述套筒306内壁贴合，所述抵接孔与所述套筒306轴线重合，所述电磨机308前端为阶梯轴状，所述电磨机308前端贴合贯穿所述抵接孔，且轴肩抵住所述抵接孔边缘，所述抵接孔与所述套筒对所述电磨机308轴定位，防止所述电磨机308工作时水平方向晃动。

为了使所述电磨机308在受压时稳定后移，避免所述磨头309在磨削较硬岩样时产生剧烈振动以损伤所述电磨机308，所述弹簧310的数量选择四个，所述电磨机308后端制成锥形，使四所述弹簧310紧贴所述套筒306内壁均匀分布，且每一所述弹簧310后端固定于所述套筒306上，前端支撑所述电磨机308后端的锥形面。这样所述电磨机308受压时可保证稳定后移。

所述电气控制系统分别连接所述起吊系统1的控制箱104、所述履带车201、所述探地雷达202、所述摄像机构203、所述多自由度机械臂301和所述电磨机308。所述电气控制系统用以控制所述起吊系统1升降所述履带车201、所述履带车201的步进电机208转动、所述探地雷达202启停、所述摄像机构203启停、所述多自由度机械臂301运动以及所述电磨机308启停。

本实用新型的一种岩壁探测与岩样采集装置工作时，通过所述起吊系统1升降所述履带车201至指定位置，所述探地雷达202对岩壁后地质性质进行探测，所述摄像机构203拍摄岩壁岩性图像，并将探测的地质数据和壁岩性图像传输至PC端分析和保存；所述多自由度机械臂301调整位置，使所述钻磨取样机构304的磨头309到达取样位置，然后磨头309磨削岩壁来获取颗粒粉末岩壁样品，且岩壁对磨头309的挤压作用使所述磨头309向后推动所述电磨机308后移，岩壁样品自动落入收集腔307内，实现对岩壁样品的自动化采集，另外遇到较硬岩层时所述铲刮机构303工作将岩石颗粒刮铲，协助所述电磨机308对岩石磨削取样，大大降低了科研人员采集岩壁样品的劳动力和危险性因素的影响，同时提高对岩壁样品的探测采集效率。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩壁探测与岩样采集装置，其特征在于：包括起吊系统、岩性探测系统和岩样采集系统；

所述起吊系统设置于岩顶，且连接所述岩性探测系统，用于沿着岩壁升降所述岩性探测系统；

所述岩性探测系统包括履带车、以及设置于所述履带车上的探地雷达和摄像机构，所述履带车连接所述起吊系统；

所述岩样采集系统包括多自由度机械臂、转盘、刮铲机构和钻磨取样机构，所述多自由度机械臂一端连接所述履带车，另一端连接所述转盘，所述刮铲机构和所述钻磨取样机构分别固定于所述转盘上，所述钻磨取样机构包括套筒、收集腔、电磨机和磨头，所述套筒后端固定于所述转盘上，前端连接所述收集腔，所述电磨机后端插入所述套筒内，且所述电磨机后端与所述套筒之间设有弹簧，所述收集腔前端设有抵接孔，所述电磨机前端抵持于所述抵接孔并连接三爪夹头，所述磨头安装于所述三爪夹头上，所述收集腔与所述电磨机之间为岩样储存空间，所述磨头受挤压使所述电磨机与所述抵接孔之间形成供岩样进入所述岩样储存空间的间隙。

2.如权利要求1所述的一种岩壁探测与岩样采集装置，其特征在于：所述电磨机后端外壁与所述套筒内壁贴合，所述抵接孔与所述套筒轴线重合，所述电磨机前端为阶梯轴状，所述电磨机前端贴合贯穿所述抵接孔，且轴肩抵住所述抵接孔边缘，所述抵接孔与所述套筒对所述电磨机轴定位。

3.如权利要求1所述的一种岩壁探测与岩样采集装置，其特征在于：所述弹簧的数量为四个，所述电磨机后端为锥形，四所述弹簧紧贴所述套筒内壁均匀分布，且每一所述弹簧后端固定于所述套筒上，前端支撑所述电磨机后端的锥形面。

4.如权利要求1所述的一种岩壁探测与岩样采集装置，其特征在于：所述起吊系统包括底座、桁架、收放机构、钢丝绳和控制箱，所述桁架和所述收放机构均固定于所述底座上，所述桁架上设有多个滚轮，所述底座上还设有铰链，所述钢丝绳绕过所述铰链和所有滚轮并连接所述收放机构，所述控制箱连接所述收放机构。

5.如权利要求1所述的一种岩壁探测与岩样采集装置，其特征在于：所述履带车包括车架和两履带，所述车架两侧分别设有两组轮毂，每一所述履带套设于于一组轮毂上，所述车架上还设有驱动两组轮毂的两驱动机构，每一所述驱动机构包括步进电机和减速器，所述步进电机连接所述减速器输入端，所述减速器输出端连接一组轮毂。

6.如权利要求5所述的一种岩壁探测与岩样采集装置，其特征在于：所述多自由度机械臂固定于所述车架前端，所述探地雷达和所述摄像机构固定于所述车架底部。

7.如权利要求1所述的一种岩壁探测与岩样采集装置，其特征在于：所述探地雷达设有为其供电的电源模块、接口模块和无线天线，所述接口模块连接所述摄像机构，所述探地雷达通过所述无线天线远程连接PC端，用以向所述PC端传输所述探地雷达采集的岩壁数据以及所述摄像机构拍摄的图像数据。

8.如权利要求1所述的一种岩壁探测与岩样采集装置，其特征在于：所述摄像机构为工业相机。

9.如权利要求1所述的一种岩壁探测与岩样采集装置，其特征在于：所述多自由度机械臂为四自由度机械臂。

10.如权利要求1所述的一种岩壁探测与岩样采集装置，其特征在于：还包括电气控制系统，所述电气控制系统分别连接所述起吊系统、所述履带车、所述探地雷达、所述摄像机构、所述多自由度机械臂和所述电磨机。

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