一种小型水下沉积物采样机器人

本发明属于机械技术领域，特别是涉及一种小型水下沉积物采样机器人。

背景技术：

为了研究江河湖泊水下土壤受到的污染情况，就必须要从水下取得样本。而传统的泥土采样方法往往通过实验船配合绞车和泥土采样器进行采样作业，这样的采样方式有很多缺点，机器人采样技术应运而生。通过对国内外现有水下机器人的分析研究，虽然面向深水区域的水下机器人研发工作以及开展地十分深入，但并没有发现一款水下机器人可以很好地针对我国的江河湖泊浅水区域水下沉积物进行取样，而传统人工取样缺点是费时费力，效率底下，人工成本高，容易受到环境条件制约，取样精度普遍不高。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种小型水下沉积物采样机器人。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种小型水下沉积物采样机器人，它包括上壳体、下壳体、动力机构和采样机构，所述上壳体和下壳体均为盘型结构，所述上壳体和下壳体密封固定连接，所述动力机构数量为多个，多个动力机构沿下壳体圆周方向均布，所述下壳体的中心位置固定连接有圆筒，所述圆筒与工作电机固定连接，所述圆筒内壁上设置有滑槽，所述采样机构通过联轴器与工作电机相连，所述采样机构包括钻头、活塞和套筒，所述钻头设置在套筒内，所述钻头顶端与活塞相连，所述活塞与圆筒内壁密封配合，所述套筒卡接在滑槽中，所述套筒顶端设置有螺纹凸台，所述套筒通过螺纹凸台与端盖螺纹连接。

更进一步的，所述动力机构包括导管、原动机、驱动轴和螺旋桨，所述原动机通过原动机安装板与下壳体相连，所述驱动轴的两端分别连接原动机和螺旋桨，所述螺旋桨设置在导管的内部。

更进一步的，所述动力机构数量为三个。

更进一步的，所述采样机器人还包括蓄水机构，所述蓄水机构数量为多个，多个蓄水机构沿下壳体圆周方向均布，所述蓄水机构与动力机构沿下壳体圆周方向交错布置。

更进一步的，所述蓄水机构包括蓄水器和排水管，所述下壳体外部加工有排水口，所述蓄水器通过排水管与排水口相连。

更进一步的，所述圆筒外侧设置有浮力块，所述浮力块通过端盖卡紧。

更进一步的，所述浮力块上部设置有三个槽口，所述槽口中安装有挡块，通过挡块限制浮力块转动。

更进一步的，所述下壳体内部沿圆周方向均布有六个肋板，肋板两端分别连接下壳体的内壁和圆筒外壁，六个肋板将下壳体内部空间等分为六份。

更进一步的，所述肋板上开设有椭圆孔。

更进一步的，所述上壳体和下壳体上均设置有安装凸台，通过安装凸台使用螺栓ⅰ将上壳体和下壳体相连，所述上壳体和下壳体的连接处均开设有密封槽，所述密封槽内放置密封垫圈，通过密封垫圈对上壳体和下壳体进行密封，所述工作电机与电机安装板通过螺栓ⅱ相连，所述电机安装板与圆筒相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有机器人无法对江河湖泊浅水区域水下沉积物进行取样的问题。本发明结合江河湖泊浅水区域的指定环境，综合考虑了技术难度、经济成本以及实用程度，设计出一种体型较小、结构简单、易于控制的水下沉积物采样机器人。

本发明通过合理的结构设计，在浅水区域能够实现机器人的自动采样，能够满足低样本量的采集需求。本发明在尽可能保证航行性能的情况下减小阻力；采用六块肋板分隔空间，空间利用合理，便于总体布置；并且壳体有足够的强度，支撑整个系统；整体结构有良好的工艺性，以便于生产加工和装配。

附图说明

图1为本发明所述的一种小型水下沉积物采样机器人主视结构示意图；

图2为本发明所述的一种小型水下沉积物采样机器人内部结构立体示意图；

图3为本发明所述的图1中a-a剖视结构示意图；

图4为本发明所述的浮力块立体结构示意图。

1-端盖，2-挡块，3-浮力块，4-螺栓ⅰ，5-安装凸台，6-钻头，7-上壳体，8-导管，9-密封垫圈，10-下壳体，11-工作电机，12-电机安装板，13-螺栓ⅱ，14-螺纹凸台，15-蓄水器，16-肋板，17-原动机，18-原动机安装板，19-排水管，20-圆筒，21-槽口，22-联轴器，23-活塞，24-套筒，25-滑槽，26-密封槽，27-驱动轴，28-螺旋桨。

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、完整地阐述。

参见图1-4说明本实施方式，一种小型水下沉积物采样机器人，它包括上壳体7、下壳体10、动力机构和采样机构，所述上壳体7和下壳体10均为盘型结构，所述上壳体7和下壳体10密封固定连接，所述动力机构数量为多个，多个动力机构沿下壳体10圆周方向均布，所述下壳体10的中心位置固定连接有圆筒20，所述圆筒20与工作电机11固定连接，所述圆筒20内壁上设置有滑槽25，所述采样机构通过联轴器22与工作电机11相连，所述采样机构包括钻头6、活塞23和套筒24，所述钻头6设置在套筒内，所述钻头6顶端与活塞23相连，所述活塞23与圆筒20内壁密封配合，所述套筒24卡接在滑槽25中，所述套筒24顶端设置有螺纹凸台14，所述套筒24通过螺纹凸台14与端盖1螺纹连接。

本实施例上壳体7和下壳体10采用耐压材料，制造简单，负责承载内部各机构，流体阻力小。端盖1负责壳体密封，方便采样机构的取出，在拧紧时采用生胶带防水。在端盖1打开后，可以将整个采样机构取出，从而将取得的样本取下。通过动力机构实现对机器人的驱动，实现机器人的上浮、下沉以及各方向的移动。通过工作电机11带动采样机构进行采样工作。滑槽25结构为圆形，与套筒24配合，并可使套筒24沿滑槽25自由滑动，防止干涉钻头6。采样机构使用钻头6完成采样步骤，通过工作电机11带动钻头6向下转动，钻头6钻入土壤中，将土壤松动，使得土壤进入到钻头6的缝隙中。收集完毕后，再将钻头6收回套筒24中，防止残留在钻头6上的土壤松动掉落。最后随机器人上浮回收，完成整个收集的过程。该方案的取样机构的优点是结构简单，生产、加工、装配难度较低。

动力机构包括导管8、原动机17、驱动轴27和螺旋桨28，原动机17通过原动机安装板18与下壳体10相连，驱动轴27的两端分别连接原动机17和螺旋桨28，螺旋桨28设置在导管8的内部，动力机构数量为三个。跟据采样机器人的设计要求、运动性能要求、低成本和民用化的目标，本实施例采用三推进器环形布置方案，工作电机11与电机安装板12通过螺栓ⅱ13相连，电机安装板12与圆筒20相连，动力机构可以从水平切换至垂直方向，这种布局方式可以产生x轴和y轴的推力，还可以产生绕z轴的力矩；此种布局的特点是：在水平面内水下机器人的运动灵活，机动性好；通过调节驱动轴27，可以调节推进器的角度，从而可以更好的控制机器人在水中的姿态；在机器人下潜的过程中，推进器可以调至竖直状态，辅助下潜；相较于四推进器环形布置减少了一个推进器，节约了成本。

采样机器人还包括蓄水机构，蓄水机构数量为多个，多个蓄水机构沿下壳体10圆周方向均布，蓄水机构与动力机构沿下壳体10圆周方向交错布置。蓄水机构包括蓄水器15和排水管19，下壳体10外部加工有排水口，蓄水器15通过排水管19与排水口相连。，圆筒20外侧设置有浮力块3，浮力块3通过端盖1卡紧。浮力块3上部设置有三个槽口21，槽口21中安装有挡块2，通过挡块2限制浮力块3转动。在蓄水器15满载的情况下配合浮力块3与配重，机器人可以实现自动下沉，在紧急状况或采样作业完成过后上浮时通过排水管19将存水排出。

下壳体10内部沿圆周方向均布有六个肋板16，肋板16两端分别连接下壳体10的内壁和圆筒20外壁，六个肋板16将下壳体10内部空间等分为六份。可以放置电机、电缆、配重、蓄水器、推进器等器件。肋板16上开设有椭圆孔，肋板经优化结构，中间椭圆孔结构方便线路装配，原动机17和蓄水器15各占据三个部分，在下壳体10外部加工有三个排水口，与蓄水器15的排水管19配合，并采用相关密封装置进行密封。上壳体7和下壳体10上均设置有安装凸台5，通过安装凸台5使用螺栓ⅰ4将上壳体7和下壳体10相连，上壳体7和下壳体10的连接处均开设有密封槽26，密封槽26内放置密封垫圈9，通过密封垫圈9对上壳体7和下壳体10进行密封。

以上对本发明所提供的一种小型水下沉积物采样机器人，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。