一种土壤取样头换置器的制作方法

本实用新型属于机械技术领域，具体涉及一种配合机械臂的旋转自锁固定土壤取样器端。

背景技术：

在一些灾难现场自动取样场合，特别是机器人采样领域，要保证采样的方法的科学性有效性，同时还需要做到多点取样，并保证多个样品之间未被交叉污染。

目前，在土壤取样领域，尤其是浅层土样采集领域，主要使用土铲、土钻等工具进行土样采集工作，即通过将管状前端插入土壤中，将土样带出。此种取样方法历史悠久，具有丰富的实践检验经历，较为可靠，但此种方法操作较为复杂，尤其是在土样保存与取样管替换多为人工取样时采用，并不适用于灾难现场的土样采集工作，在智能机器人取样领域的应用相对较少。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种土壤取样头换置器，解决了现有灾难现场土样采集自动化的可行性问题，有效降低了取样器土样的存样、换取取样工具工作的难度。

为达到上述目的，本实用新型所述一种土壤取样头换置器包括取样器公头和取样器母头，取样公头包括槽口转柱、转盘和L形圆柱销，槽口转柱包括外壳和设置在外壳中的连接板，外壳上设置有若干第一出入孔，连接板上沿圆周方向均布有若干滑道，滑道与第一出入孔连通，转盘与槽口转柱同心设置，转盘的底盘沿圆周开设有若干弧形滑槽，转盘圆心处设置有转轴，转轴与驱动装置的动力输出轴连接，L形圆柱销包括水平端和竖直端，L形圆柱销水平端位于滑道中，L形圆柱销的竖直端柱伸入转盘上的弧形滑槽中；

取样器母头套设在槽口转柱外侧，取样器母头侧壁开设有若干第二出入孔，当取样器母头和取样公头装配在一起时，第二出入孔位于第一出入孔外侧，且与第一出入孔同轴。

进一步的，取样器母头下端面设置有与存样容器内的凸起相啮合的棘齿。

进一步的，槽口转柱底端设置有弧形凸起，取样器母头上设置有与弧形凸起配合的定位凹槽，弧形凸起水平方向的中点处于第一出入孔中点正下方，取样器母头内定位凹槽中心位于第二出入孔水平方向的中点正下方。

进一步的，取样器母头上设置有固定圆筒，固定圆筒通过定位销与取样管固定连接。

进一步的，还包括取样器公头顶盖和支座，支座为壳体，支座内设置有轴承，取样器公头顶盖与槽口转柱固定连接，取样器公头顶盖上设置有二阶阶梯圆柱，位于下方的二级圆柱的顶面与支座的底面接触，位于上方的一级圆柱上部穿过轴承且与轴承过盈配合，一级圆柱上位于轴承上方的位置开设有卡簧槽，卡簧槽中设置有卡簧。

进一步的，取样器公头顶盖中设置有连轴套，驱动装置的动力输出轴和转盘的转轴通过连轴套固定连接。

进一步的，取样器公头顶盖下端面开设有与滑道形状和大小均相同的定位滑道，当取样器公头顶盖、L形圆柱销和槽口转柱安装在一起时，L形圆柱销的水平端上部位于定位滑道中，下部位于滑道中，方便装配。

进一步的，支座侧面开设有用于与连接机械臂的螺纹孔。

进一步的，驱动装置为步进电机。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益的技术效果，采用公母头分离式设计，公头固定在机械臂一端，取样器母头为可替换设计，可与多种样式的采样工具结合，做到一器多用的效果，增加取样器的实用性，且取样器母头的存放、替换等工作均可通过步进电机驱动取样器公头内部的转盘和L形圆柱销实现，工作的难度得到降低，取样器母头所连接取样管可直接作为存样管使用，不需将土样进行转移存放，降低土样被污染可能性。

进一步的，取样器母头下端面设置有与存样容器内的凸起相啮合的棘齿。存样容器的每个样品存放口内沿周匀分布有个直角三角凸起，在机械臂存放土样时可以与取样器母头下端棘齿吻合，约束取样器母头的逆时针方向旋转，使取样器母头与取样器公头能够分离。

进一步的，槽口转柱底端设置有弧形凸起，取样器母头上设置有与弧形凸起配合的定位凹槽，弧形凸起水平方向的中点处于第一出入孔中点正下方，取样器母头内定位凹槽中心位于第二出入孔水平方向的中点正下方。可保证取样器公头与取样器母头配合时，圆柱形弧槽滑道侧面的出入孔与取样器母头侧面圆孔同心。

附图说明

图1是土壤取样器结构剖视图；

图2是土壤取样器整体轴测图；

图3是取样器公头顶盖剖视图；

图4是取样器公头顶盖外形示意图；

图5是槽口转柱的结构示意图；

图6是槽口转柱的剖视图；

图7是转盘5俯视图；

图8为槽口转柱与L形圆柱销装配剖视图；

图9是样器母头整体棘齿结构示意图；

图10是取样器母头底部棘齿结构示意图；

图11是存样容器的俯视图；

图12是取样器与三自由度机械臂配合示意图；

图13是取样器整体爆炸视图一；

图14是取样器整体爆炸视图二；

附图中，1-步进电机，2-支座，3-连轴套，4-槽口转柱，41-滑道，43-外壳，44-连接板，45-第一出入孔，46-弧形凸起，5-转盘，51-转轴，52-弧形滑槽，53-底盘，6-卡簧，7-轴承，8-取样器公头顶盖，9-L形圆柱销，10-取样器母头，101-第二出入孔，102-定位凹槽，103-棘齿，104-定位圆筒，105-固定圆筒，11-定位销，12-取样管，13-存样容器，131-直角三角凸起，14-机械臂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

参照图1、图2、图13和图14，以下各个零件方位以取样时，取样管12垂直于水平面为参照，一种土壤取样头换置器包括步进电机1、取样器公头以及与取样管12连接的取样器母头10，取样公头包括槽口转柱4、转盘5、取样器公头顶盖8和L形圆柱销9。

步进电机1的外壳通过螺栓与支座2固定连接。支座2内部开设有圆形通孔，圆形通孔内设置有轴承7，轴承7为薄壁轴承，轴承7与支座底部圆孔同心。轴承7内圈与取样器公头顶盖上部的一级圆柱过盈配合，支座2侧面有螺孔可与机械臂一端通过螺钉连接，

参照图1、图3和图4，取样器公头顶盖8上端与槽口转柱4上端通过螺钉固定连接，取样器公头顶盖8上有二级阶梯圆柱，位于上方的一级圆柱上部穿过轴承7，一级圆柱上有卡簧槽，阶梯圆柱穿过支座2的圆形通孔，至二级圆柱顶面与支座2的底面接触，此时位于一级圆柱上的卡簧槽恰好位于轴承7上方，卡簧槽与16mm的卡簧6配合，限制固定取样器公头顶盖8与支座2竖直方向相对位置。取样器公头顶盖8圆心开设有贯穿整个取样器公头顶盖8的通孔，盖通孔中设置有连轴套3，步进电机1的输出轴和转盘5的转轴51通过连轴套3固定连接。连轴套3上部位于支座2的圆形通孔中，下部位于取样器公头顶盖8中。取样器公头顶盖8下端面开设有与滑道41一模一样的定位滑道，当取样器公头顶盖8、L形圆柱销9和槽口转柱4安装在一起时，L形圆柱销9的水平端上部位于定位滑道中，下部位于滑道41中，方便装配。

参照图5、图6和图8，槽口转柱4包括圆筒形的外壳43，外壳43上设置有三个第一出入孔45，外壳43内设置有连接板44，连接板44为圆盘形，连接板44圆心处沿轴向开设有用于穿过转轴51的通孔，连接板44上沿圆周方向均布有三个直线形的滑道41，滑道41远离圆心的一端与第一出入孔45连通。外壳43下端面设置有三个弧形凸起46。

L形圆柱销9包括水平端和竖直端，L形圆柱销9水平端与滑道41同心配合，且位于滑道41中，L形圆柱销9的竖直端柱穿过滑道41底部的槽口，形成槽口配合，且伸入转盘5上的弧形槽中。

参照图7、图13和图14，转盘5与槽口转柱4同心设置。转盘5包括底盘53，底盘53为圆盘，底盘53上固定有转轴51，转轴51穿过连接板44圆心处开设的通孔伸入连轴套3中。底盘53沿圆周分布有三个弧形滑槽52，三个弧形滑槽2各与L形圆柱销9的竖直端柱再次形成槽口配合，连轴套3上部与连接步进电机1的输出轴固定连接、下部与转盘5固定连接，用于连接步进电机1的输出轴和转盘5的转轴；槽口转柱4底端有沿圆周分布有3个弧形凸起46，每个弧形凸46起水平方向的中点处于第一出入孔45中点正下方，与取样器母头10底部设置的弧形的定位凹槽102配合，取样器母头10内定位凹槽中心位于第二出入孔101水平方向的中点正下方，可保证取样器公头与取样器母头10配合时，槽口转柱4侧面的出入孔45与取样器母头10侧面圆孔同心；存样容器13的每个样品存放口内沿周向均匀分布有3个直角三角凸起131，在机械臂存放土样时可以与取样器母头10下端棘齿吻合，约束取样器母头10的逆时针方向旋转，使取样器母头10与取样器公头能够分离。

参照图9、图10、图13和图14，取样器母头10包括定位圆筒104，定位圆筒104侧壁开设有三个第二出入孔101，定位圆筒内侧底部，靠近侧壁处设置有三个弧形的定位凹槽102，三个弧形的定位凹槽102用于与槽口转柱4底部的弧形凸起相配合，达到定位的目的。定位圆筒下端面沿周向设置有与存样容器13内的凸起相配合的直角棘齿103。定位圆筒下端面中心处设置有固定圆筒105，固定圆筒105通过6mm的定位销11与取样管12固定连接。

参照图11和图12，通过以上设计，可以在步进电机1驱动下和机械臂14。配合实现自动化换取取样器母头10，槽口转柱4和转盘5与L形圆柱销9的竖直端柱形成的槽口配合；步进电机1的输出轴通过连轴套3与转盘5连接，带动转盘5旋转，当转盘5进行顺时针方向旋转时，转盘5的弧形滑槽的内侧挤压L形圆柱销9竖直端圆柱，同时L形圆柱销9竖直端受槽口转柱4内滑道41的约束，从滑道41的弧形滑槽近心端滑向远心端，L形圆柱销9水平端柱伸出插入对应的取样器母头10侧面的圆孔中，转盘5的弧形滑槽52两端点之距即为圆柱销9能够推出的长度。此时取样器公头与取样器母头10完成配合，步进电机1可驱动取样器母头10顺时针方向旋转，进而带动取样管螺旋向下，进而进行土样采集工作。存放土样时机械臂使取样器与存样容器13的存样口同心，步进电机1带动取样器母头10逆时针旋转，由于存样容器13内壁分布有三角凸起可限制底部有棘齿的取样器母头10的逆时针方向旋转，此时转盘5的弧形滑槽外侧挤压L形圆柱销9的竖直端圆柱，同时L形圆柱销9竖直端圆柱有受槽口转柱4内直线槽口约束，向近心处收回，取样器公头与取样器母头10分离，取样器母头10和取样管12留在存样容器13中，取样器公头和取样器母头10分离，在取样器公头上连接新的器母头10和取样管，可进行下一次的土样采集工作。

参照图11，存样容器13一次可同时惠存四支取样管12，初始取样管存放于取样容器中，机械臂通过程序设计，对准存样容器13上的口后，使槽口转柱4侧面的圆孔与取样器母头10侧面的圆孔同心，机械臂端的步进电机1开始驱动转盘5旋转，L形圆柱销9伸出，此时取样器公头与取样器母头10固定，机械臂将取样管拉出，进行下一步的取样工作。

本装置的使用过程如下：

取样时，机械臂使取样管垂直于存样容器13平面，使机械臂端取样器公头与位于存样容器13存样口内取样器母头10同心，步进电机1通过连轴套3使转盘5顺时针旋转，引出L形圆柱销9，后取样器公头与取样器母头10完成配合，机械臂将取样器母头10从存样容器13内拉出，准备进行下一步采样工作；采样时，步进电机1顺时针旋转将取样器母头10所连接取样管钻入土壤中，后将取样器母头10以及附着有所取土样的取样管拉出，土样采集工作完成，准备进行土样存放以及取样器母头的替换工作；进行土样存放工作时，同样机械臂先使取样器与存样容器13内存样口同心，步进电机1使取样器母头逆时针旋转，至取样器母头10受存样容器13内三角凸起约束无法旋转时，此时转盘5的弧形滑槽外侧挤压L形圆柱销9的下端圆柱，同时L形圆柱销9下端圆柱有受槽口转柱4内直线槽口约束，向近心处收回，取样器公头与取样器母头10分离。

重复上述步骤可进行第二次至第四次取样工作。

本旋转自锁式土壤取样器就是基于钻入式土壤采样法，能够将其与自动化智能机器人机械臂结合，可实现多点浅层土样机器人自动化采集，无需采样人员亲临采样现场。同时取样器母头端为可替换，可设计采用多种选用的采样工具，增加取样方法的多样性与装置实用性。