一种深海潜水器机械手夹持式生物取样器的制作方法

1.本发明涉及一种机械手，尤其涉及一种深海潜水器机械手夹持式生物取样器。


背景技术：

2.海洋约占地球表面积的71%，是重要的能源、矿产及生物宝库。近年来随着国家海洋战略的实施，海洋特别深海的研究持续升温，研究观测取样手段也日益多样化。以“蛟龙”号为代表的载人潜水器和“海龙”系列无人缆控潜水器成为重要的深海探测载体，通过潜航员或操作人员操纵机械手完成各种操作获取生物、地质等样品，当前通过机械手直接夹持或者借助简单的网兜、取样管等可以获取地质、活动能力比较弱的生物，对鱼、虾、螃蟹等活动能力较强的生物较难直接抓取，大大降低了生物取样种类和数量。
3.基于此，如何发明一种适用于深海潜水器的生物取样器，能够被机械手夹持，配合控制触发机构完成活动能力较强生物样品的多次捕获和存储，提高潜水器取样能力和取样效率，从而保证潜水器一次下潜能够获取更多的生物样品，是本发明主要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中深海潜水器对鱼、虾、螃蟹等活动能力较强的生物较难直接抓取，大大降低了生物取样种类和数量的技术问题，提出了一种深海潜水器机械手夹持式生物取样器，可以解决上述问题。
5.为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：一种深海潜水器机械手夹持式生物取样器，包括：取样器支撑体，其为一端具有端口的桶状结构，所述取样器支撑体的另外一端具有支撑面板；电气控制舱，其内部密封有控制器；限位销组件，其固定在所述支撑面板上，所述限位销组件包括限位销，所述控制器能够控制带动所述限位销做伸缩动作；把手，其固定在所述支撑面板上，被用作由机械手进行夹持；网兜，其底部具有开口部，所述网兜设置在所述取样器支撑体的内部，且网兜的顶部固定在所述取样器支撑体的内壁上；自收缩收口部，其为闭合结构，设置在所述网兜的开口部，所述自收缩收口部具有在被张开时自缩回的形变能力；外牵引部，其一端与所述自收缩收口部连接，另外一端为自由端，用于与所述限位销可分离连接；内牵引部，其具有在拉伸时自收缩的形变能力，所述内牵引部的一端与所述自收缩收口部连接，另外一端固定在所述取样器支撑体的内壁上；在常态下所述网兜的开口部自所述取样器支撑体的端口向外翻出，所述自收缩收口部环在取样器支撑体的外壁上，将所述网兜的开口部保持张开，所述限位销伸出，所述外
牵引部的自由端挂在所述限位销上，将所述自收缩收口部保持环在取样器支撑体的外壁上，所述外牵引部处于拉伸状态，当生物进入网兜时触发生物取样动作，所述限位销缩回，将所述外牵引部释放，所述自收缩收口部在所述内牵引部的回缩力作用下从取样器支撑体的外壁上脱离，且所述自收缩收口部在其自收缩力的作用下自收缩，将所述网兜的开口部进行收口。
6.在一些实施例中，所述外牵引部的自由端固定有拉环，其能够在所述限位销伸出时挂在所述限位销上，且在所述限位销收回时与所述限位销脱离。
7.在一些实施例中，所述外牵引部具有两个，相对称地固定在所述网兜的开口部上，该两个外牵引部与同一个限位销连接。
8.在一些实施例中，所述网兜具有多个，且该多个网兜依次套设，每次触发生物取样动作时，控制将位于最内层的网兜收口，直至所有的网兜收口完毕，能够多次进行生物取样；所述限位销组件相应具有多个，与所述网兜一一对应设置。
9.在一些实施例中，所述限位销组件还包括：第一外壳，其内部具有密闭的第一腔体，所述第一外壳的其中一端部设置用于封堵所述第一腔体的密封盖，所述密封盖的外端面上具有下沉的下凹腔；限位销支架，其具有开口朝下的上凹腔，所述限位销支架具有外翻边，所述外翻边与所述密封盖固定，所述限位销支架的上底上开设有销孔，所述下凹腔与所述上凹腔围成容纳腔；限位销设置在所述上凹腔中，包括销头和与所述销头连接的向外翻折的销边，所述销头与所述销孔同轴心设置，且所述销头可穿过所述销孔探出至所述限位销支架的外侧，或者缩回至所述限位销支架的内侧；磁吸部，其设置在所述容纳腔中，所述磁吸部与所述限位销固定连接；限位弹簧，其套设在所述磁吸部的外侧，所述限位弹簧一端与所述销边相抵接，另外一端与所述密封盖相抵接，常态下所述限位弹簧支撑所述限位销，将所述销头推出至所述限位销支架的外侧；电磁铁组件，其设置在所述第一腔体内，所述电磁铁组件上电时产生磁吸力用于吸引所述磁吸部朝向所述第一腔体的方向移动，带动所述限位销压缩所述限位弹簧，将所述销头收回至所述限位销支架的内侧。
10.在一些实施例中，所述第一腔体中充注有液态绝缘油。
11.在一些实施例中，所述电气控制舱中充注有液态绝缘油。
12.在一些实施例中，所述深海潜水器机械手夹持式生物取样器还包括：电缆接线舱，其固定在所述支撑面板上，电缆接线舱的内部密封有水密电缆接头，所述第一腔体通过线管与所述电缆接线舱相连通，所述电磁铁组件的信号线穿过所述线管伸入至所述电缆接线舱中与所述水密电缆接头连接，所述水密电缆接头通过水密电缆与所述电气控制舱中的控制器连接。
13.在一些实施例中，所述电缆接线舱的一端开有压力补偿口，所述压力补偿口处密封固定有橡胶补偿膜。
14.在一些实施例中，所述把手为t字形。
15.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的深海潜水器机械手夹持式生物取样器，通过设置网兜，网兜的开口部设置自收缩收口部，在常态下通过将网兜的开口部自所述取样器支撑体的端口向外翻出，自收缩收口部可环在取样器支撑体的外壁上，使得网兜的开口部保持开口，将外牵引部的一端与自收缩收口部连接，另外一端与限位销连接，使得自收缩收口部保持环在取样器支撑体的外壁上，当生物进入网兜时触发生物取样动作，将限位销缩回，解除对自收缩收口部的外侧牵引力，自收缩收口部在内牵引部的内牵引力作用下从取样器支撑体的外壁上脱离，进而在其自收缩力的作用下收缩，带动网兜的开口部进行收口，进而将进入的生物捕获在网兜中，通过设置把手，方便深海潜水器的机械手夹持，本方案尤其适用于对深海状况下人无法直接触及的生物进行捕获，解决了目前对于鱼、虾、螃蟹等活动能力较强的生物较难直接抓取的问题，捕获率高，取样方便，可以极大地提高海底生物取样种类和数量。
16.结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
18.图1 是本发明提出的深海潜水器机械手夹持式生物取样器的一种实施例的结构示意图图2是图1中取样器支撑体11的剖视图；图3是图2的分解图；图4是本发明提出的深海潜水器机械手夹持式生物取样器的一种实施例中电缆接线舱19的剖视图；图5是本发明提出的深海潜水器机械手夹持式生物取样器的一种实施例的网兜的结构示意图；图6是图1中电气控制舱12的剖视图；图7是本发明提出的深海潜水器机械手夹持式生物取样器的一种实施例中网兜张开状态示意图；图8是本发明提出的深海潜水器机械手夹持式生物取样器的一种实施例中网兜封口状态示意图。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便
于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
21.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.实施例一本实施例提出了一种深海潜水器机械手夹持式生物取样器，如图1、图2、图5所示，包括取样器支撑体11、电气控制舱12、限位销组件13、把手14、网兜15、自收缩收口部16、外牵引部17以及内牵引部18。
23.取样器支撑体11为一端具有端口110的桶状结构，取样器支撑体11的另外一端具有支撑面板111，用于为该机械手夹持式生物取样器的其他构件提供支撑。
24.电气控制舱12的内部密封有控制器，控制器一方面与深海潜水器舱内的电控部件通信连接，另外一方面与限位销组件13中的电控动作构件通信连接，电控动作构件可接受控制器的控制执行相应的动作。
25.限位销组件13固定在支撑面板111上，限位销组件13包括限位销131，限位销131接受控制器的控制能够做伸缩动作。
26.把手14固定在支撑面板111上，被用作由机械手进行夹持，当机械手夹持移动把手14时，可带动取样器支撑体11及其所有与取样器支撑体11固定的构件一起移动。
27.网兜15的底部具有开口部，网兜15设置在取样器支撑体11的内部，且网兜15的顶部固定在取样器支撑体11的内壁上。优选的，网兜15的顶部固定在支撑面板111的内侧壁上，可以在收口后收回至取样器支撑体11的顶部。
28.自收缩收口部16为闭合结构，设置在网兜15的开口部，自收缩收口部16具有在被张开时自缩回的形变能力。可以理解的，当自收缩收口部16张开时，带动网兜15的开口部张开口，当自收缩收口部16收缩至自然状态时，其带动网兜15的开口部收口。网兜15的开口部可采样但不限于采用具有一定弹力的弹力皮筋实现。
29.外牵引部17的一端与自收缩收口部16连接，另外一端为自由端，自由端用于与限位销131可分离连接。当自由端与限位销131连接时，可为自收缩收口部16提供位于限位销组件13外侧且向上的拉力。当自由端与限位销131解除连接时，为自收缩收口部16提供的拉力消失。
30.内牵引部18，其具有在拉伸时自收缩的形变能力，内牵引部18的一端与自收缩收口部16连接，另外一端固定在取样器支撑体11的内壁上。内牵引部18可为自收缩收口部16提供位于限位销组件13内侧且向上的拉力。当自收缩收口部16不受到外牵引部17的外拉力时，内牵引部18呈自然收缩状态，能够将自收缩收口部16提升至高于取样器支撑体的端口110。
31.在常态下所述网兜15的开口部自取样器支撑体11的端口110向外翻出，自收缩收
口部16环在取样器支撑体11的外壁上，将网兜15的开口部保持张开，限位销131伸出，外牵引部17的自由端与限位销131连接，将自收缩收口部16保持环在取样器支撑体11的外壁上，外牵引部17处于拉伸状态，当生物进入网兜15时触发生物取样动作，限位销131缩回，将外牵引部17释放，自收缩收口部16在内牵引部18的回缩力作用下从取样器支撑体11的外壁上脱离，且自收缩收口部16在其自收缩力的作用下自收缩，将网兜15的开口部进行收口，此时，能够将进入的生物锁在网兜15中实现捕获。
32.本实施例的深海潜水器机械手夹持式生物取样器，通过设置网兜15，网兜15的开口部设置自收缩收口部16，在常态下通过将网兜15的开口部自所述取样器支撑体11的端口110向外翻出，自收缩收口部16可环在取样器支撑体11的外壁上，使得网兜15的开口部保持开口，通过将外牵引部17的一端与自收缩收口部16连接，另外一端与限位销131连接，进而外牵引部17牵引自收缩收口部16保持环在取样器支撑体11的外壁上。当生物进入网兜15时触发生物取样动作，将限位销131缩回，解除对自收缩收口部16的外侧牵引力，自收缩收口部16在内牵引部18的内牵引力作用下从取样器支撑体11的外壁上脱离，进而在其自收缩力的作用下收缩，带动网兜15的开口部进行收口，最终将进入的生物捕获在网兜15中。通过设置把手14，方便深海潜水器的机械手夹持，本方案尤其适用于对深海状况下人工无法直接触及的生物进行捕获，解决了目前对于鱼、虾、螃蟹等活动能力较强的生物较难直接抓取的问题，捕获率高，取样方便。
33.为了提高自收缩收口部16在收口时的对网兜15的开口部的封闭力度，防止捕获的生物挣脱，优选自收缩收口部16为中空结构，且自收缩收口的内部设置有封口磁铁（图中未示出）。
34.限位销131缩回后，网兜15的开口部在自收缩收口部16拉力作用下缩回网兜15支撑体内部，并被内牵引部18上拉至顶部，同时在自收缩收口部16和封口磁铁共同作用下将网兜15的开口部封住，捕获生物样品，完成一次生物取样操作。
35.在一些实施例中，为了方便将外牵引部17与限位销连接以及脱离，外牵引部17的自由端固定有拉环23，其能够在限位销131伸出时挂在限位销131上，且在限位销131收回时自动与限位销131脱离。
36.在一些实施例中，外牵引部17具有两个，相对称地固定在网兜15的开口部上，该两个外牵引部17与同一个限位销131连接。通过设置两个外牵引部17，且两个外牵引部17对称设置，能够在将自收缩收口部16保持环在取样器支撑体11的外壁上时施加相均匀的力，防止任一侧由于受力不均导致脱离。
37.由于潜水器下潜一次特别不容易，尤其对于深海潜水器，需要耗费大量的人力物力。在一些实施例中，如图7、图8所示，网兜15具有多个，且该多个网兜15依次套设，每次触发生物取样动作时，控制将位于最内层的网兜15收口，每个网兜15收口时，即可对生物进行一次捕获。直至所有的网兜15收口完毕，能够多次进行生物取样，被捕获的生物分别被各自的网兜15兜住，层层叠加。
38.为了使得每个网兜15能够独立动作，限位销组件13相应具有多个，与网兜15一一对应设置。每一个限位销组件13用于对一个网兜15的收口进行控制。本方案可以在一次下潜即可极大地提高海底生物取样种类和数量，有利于减小取样成本。
39.在一些实施例中，如图2、图3所示，限位销组件13还包括第一外壳137、限位销支架
132、磁吸部133、限位弹簧134以及电磁铁组件135。
40.第一外壳137内部具有密闭的第一腔体1370，第一外壳137的其中一端部设置有用于封堵第一腔体的密封盖136，密封盖的外端面上具有下沉的下凹腔1361。
41.限位销支架132具有开口朝下的上凹腔1321，限位销支架132具有外翻边1323，外翻边与密封盖固定，限位销支架132的上底上开设有销孔1322，下凹腔1341与上凹腔1321围成容纳腔，可以理解的，容纳腔为非密封腔，可通过销孔1322与外部环境连通。
42.限位销131设置在上凹腔1321中，包括销头1311和与销头1311连接的向外翻折的销边1312，销头与所述销孔同轴心设置，且销头可穿过销孔探出至限位销支架132的外侧，或者缩回至限位销支架132的内侧。
43.磁吸部133设置在容纳腔中，且磁吸部133与限位销131固定连接，磁吸部133可以在磁吸力的作用下在限位销131的轴线方向运动，进而带动限位销131在其轴线方向运动，最终实现销头可穿过销孔探出至限位销131支架的外侧，或者缩回至限位销支架132的内侧。
44.限位弹簧134套设在磁吸部133的外侧，限位弹簧134一端与销边相抵接，另外一端与密封盖相抵接，常态下限位弹簧134支撑限位销131，将销头推出至限位销支架132的外侧。可以理解的，在常态下，限位弹簧134应当处于压缩状态，在其自身恢复弹力的作用下，将销头推出至限位销支架132的外侧。
45.电磁铁组件135设置在第一腔体内，电磁铁组件135上电时产生磁吸力用于吸引磁吸部133朝向第一腔体的方向移动，带动限位销131压缩限位弹簧134，将销头朝向远离销孔的方向运动，进而收回至限位销支架132的内侧。
46.由于本生物取样器需要在深海进行取样，深海的水压特别大，而限位销组件13内部具有电子元器件，需要密封防腐，为了平衡内外侧压力，防止被水压压变形甚至破损，第一腔体中充注有液态绝缘油，一方面可以平衡外部海水压力，另外一方面可以防止第一外壳137内的电子元器件被腐蚀。
47.同理的，电气控制舱12中充注有液态绝缘油。
48.在一些实施例中，深海潜水器机械手夹持式生物取样器还包括电缆接线舱19，其固定在支撑面板111上，电缆接线舱19的内部密封有水密电缆接头，第一腔体1370通过线管20与电缆接线舱19相连通，电磁铁组件135的信号线穿过线管20伸入至电缆接线舱19中与水密电缆接头连接，水密电缆接头通过水密电缆22与电气控制舱12中的控制器连接。
49.在一些实施例中，如图4所示，电缆接线舱19的一端开有压力补偿口，压力补偿口处密封固定有橡胶补偿膜21。当电缆接线舱19和第一腔体1370外部压力变化时橡胶补偿膜21变形，从而保证内部和外部压力平衡，防止电缆接线舱19和第一腔体1370受压损坏。
50.电缆接线舱19具有接线舱接头191，线管20与接线舱接头191密封连接，各电磁铁组件135的动力导线通过线管20和接线舱接头191进入电缆接线舱19，连接到水密电缆接头，与水密电缆连接，从而接收电气控制舱12的触发电流。
51.如图6所示，电气控制舱12主要包括电气控制舱盖121、电气控制舱体122、继电器123、控制器124、电源管理模块125、锂电池组126、电气控制舱密封圈127，其中电气控制舱体122可以直接承受外部海水的压力，电气控制舱12内部为常压环境。
52.电气控制舱12通过伸缩水密电缆与取样器支撑体11连接，电气控制舱12固定在潜
水器本体采样篮上，电气控制舱12通过信号接口水密电缆连接舱内，从而舱内进行控制。
53.在一些实施例中，为了方便机机械夹持取样器支撑体11，把手14优选设置为t字形。
54.电磁铁组件135包括铁芯1351和围在铁芯1351外侧缠绕的线芯1352，当线芯1352上电后，铁芯1351产生电磁作用力，电磁作用力通过铁芯1351穿过密封盖吸引磁吸部133，磁吸部133收到了电磁力大于限位弹簧134的弹力，从而带动限位销131缩回，触发释放外牵引部17，当掉电后电磁力消失，限位销131在限位弹簧134的作用下伸出。
55.生物取样时，潜水器的机械手夹持t型把手14将取样器支撑体11移动至生物样品上方，并将生物样品罩入网兜15的内部，潜水器的舱内操作人员控制电气控制舱12内部主控制板驱动控制继电器工作，从而电磁铁组件135的线芯上电，限位弹簧134跟随磁吸部133缩回释放触发拉环，网兜15的开口部在自收缩收口部16拉力作用下收口，捕获生物样品，完成一次生物取样操作，内牵引部18将自收缩收口部16及网兜15的开口部上拉至顶部，同时为下一层的网兜15捕获生物样品让出底部空间，按照同样方法可以完成若干次生物取样操作。
56.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。