【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于擾動土壤探井取樣，涉及無擾動自動探井取樣機器人，本專利技術還涉及無擾動自動探井取樣方法。
技術介紹
1、傳統的探井取樣，通過洛陽鏟成井至地下10m~50m的深度，由作業人員深入井下手工取樣，但該方式存在較大作業人員傷亡事故風險，易造成重大人員傷亡和重大經濟損失。有必要選擇機器人代替作業人員下井取樣，如公開號為cn209894525u的申請提供了一種不擾動土探井取樣機器人，此外公開號為cn110068478b的申請公開了一種基于不擾動土探井取樣機器人的探井取樣方法，他們提出了采用支撐氣囊膨脹支撐的不擾動土探井取樣機器人，但是該機器人存在野外作業需配置氣源設備帶來的不便捷問題，具體為隨采用取樣送樣并行作業，存在采用單鋼絲送樣中擺動對取樣造成二次擾動問題，此外利用機器人刻槽取樣存在受機器人刻槽力波動反向作用與氣囊支撐裝置產生不穩定造成對土壤的取樣擾動和取樣效率低的問題。
2、公開號為cn111781009b的一種自動土壤取樣機器人、公開號為cn117232892b的一種土壤自動取樣機器人以及公開號為cn116713970a的一種新型土壤取樣機器人，均提出采用輪式或履帶式車體結構，使用場景多為垂直地面向下方向工況作業，但其因為體積大，結構復雜，存在不適用于探井下井壁向作業的問題，且存在取樣送樣不能并行作業，存在效率低的問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供無擾動自動探井取樣機器人，具有對土樣無擾動、多方位井壁向、取樣送樣并行作業的自動化取樣的特點。>
2、本專利技術的另一目的是提供無擾動自動探井取樣方法。
3、本專利技術所采用的第一種技術方案是，無擾動自動探井取樣機器人，包括操作單元，操作單元通過電纜連接有升降系統及機器人本體，升降系統包括有第一鋼索和第二鋼索，升降系統通過第二鋼索連接有送樣機構，升降系統通過第一鋼索連接有機器人本體，機器人本體包括支撐機構和取樣機構，取樣機構位于支撐機構內。
4、本專利技術的特點在于：
5、升降系統包括升降支架，升降支架頂部橫梁上設置有若干吊耳，若干吊耳共同固接有卷揚箱，卷揚箱內固接有第一卷揚電機，卷揚箱一側設置有齒輪箱，齒輪箱內設有外嚙合的第一齒輪副及第二齒輪副，第一卷揚電機的轉動軸連接有第一齒輪副上輪，第一齒輪副下輪輪軸上連接有第一卷揚輪，第一鋼索卷繞在第一卷揚輪上；
6、卷揚箱內還固接有第二卷揚電機，第二卷揚電機的轉動軸連接有第二齒輪副上輪，第二齒輪副下輪輪軸上連接有第二卷揚輪，第二鋼索卷繞在第二卷揚輪上。
7、卷揚箱內還固接第一導向桿及第二導向桿，第一導向桿及第二導向桿均位于卷揚箱底部，第一導向桿兩端分別轉動設置有第一導向輪，第二導向桿中間轉動設置有第二導向輪，第一鋼索卷繞在第一導向輪上，第二鋼索卷繞在第二導向輪上。
8、支撐機構包括第一支撐盤，送樣機構包括導向片，導向片貫穿第一支撐盤圓心，導向片兩端與第一支撐盤邊緣重合，第一支撐盤與導向片重合處分別固接有第一鋼索，第二鋼索于第一支撐盤圓心處貫穿導向片連接有提拉盤，提拉盤遠離升降系統一側固接有若干棘爪桿，每個棘爪桿固接有棘爪，提拉盤、棘爪桿與棘爪之間可卡合土樣。
9、支撐機構還包括有第二支撐盤，第一支撐盤與第二支撐盤邊緣相對位置共同連接有四個第一支撐連桿，四個第一支撐連桿等距分布，每個第一支撐連桿遠離升降系統一側還依次固接有第三支撐盤及第四支撐盤，第四支撐盤底部固接有支撐電機，支撐電機轉動軸上固接有若干驅動叉，每個驅動叉位于第三支撐盤和第四支撐盤之間，每個驅動叉滑動連接有第一驅動臂，每個第一驅動臂另一端鉸鏈連接有第一支撐爪，每個第一支撐爪位于第三支撐盤和第四支撐盤外側，每個第一驅動臂內置槽內連接有驅動桿。
10、驅動桿沿著豎直方向自上而下依次轉動連接有第一支撐盤、第二支撐盤、第三支撐盤和第四支撐盤，每個驅動桿在第一支撐盤和第二支撐盤之間固接有第二驅動臂，每個第二驅動臂另一端鉸鏈連接有第二支撐爪；
11、取樣機構包括第五支撐盤，第五支撐盤與第二支撐盤為集成滾輪結構，第五支撐盤固接有兩個第二支撐連桿和兩個第三支撐連桿，兩個第二支撐連桿和第三支撐連桿另一端固接有第六支撐盤，第六支撐盤與第三支撐盤為集成滾輪結構，第六支撐盤與第三支撐盤同軸連接有旋轉電機。
12、第三支撐連桿固接有第一進退齒輪箱，相鄰第三支撐連桿固接有第二進退齒輪箱，第一進退齒輪箱一端通過螺栓固接有進退減速機構，進退減速機構和第二進退齒輪箱之間通過內外花鍵連接有進退傳動軸，進退減速機構底部固接有進退電機，第一進退齒輪箱和第二進退齒輪箱還分別轉動連接有進退絲杠副，兩個進退絲杠副另一端分別與兩個第二支撐連桿為集成軸承連接，兩個軸承分別固定在兩根第二支撐連桿內。
13、進退絲杠副上還滑動連接有主軸支撐臂，兩個主軸支撐臂通過內置軸承連接有偏轉齒輪箱，兩個偏轉齒輪箱之間通過偏轉傳動軸轉動連接有偏轉減速機構，偏轉減速機構一端設置有偏轉電機，兩個偏轉齒輪箱之間通過螺栓還連接有主軸電機，偏轉齒輪箱遠離主軸電機一端鍵連接有土樣切削刀。
14、本專利技術所采用的第一種技術方案是，無擾動自動探井取樣方法，采用無擾動自動探井取樣機器人，具體包括以下步驟：
15、步驟1，確認土樣位置及取樣任務，操作單元通過電纜連接升降系統及機器人本體，并在探井口處安裝升降系統；
16、步驟2，依據作業現場確定探井數據設定，通過操作單元控制升降系統，使機器人本體下降至預設探井深度位置，并支撐固定探井壁上；
17、步驟3，通過操作單元控制機器人本體進行偏轉、進給以及取樣，取樣結束后，機器人本體回退；
18、步驟4，抓取機器人本體扣取的土樣，隨后升降系統上升并將土樣送回探井口；
19、步驟5，重復步驟3-4，直至完成同一井深處4次取樣；
20、步驟6，若完成取樣任務，則結束；若未完成取樣任務，則進入下一井深，重復步驟2-5。
21、本專利技術的特點在于：
22、步驟2具體為：
23、步驟201，通過操作操作單元取樣機器人監控界面，設置“支撐+”動作指令，機器人本體的支撐電機經驅動叉和4個第一驅動臂，將支撐驅動功率傳遞給4個第一支撐爪；
24、步驟202，支撐電機同時經驅動叉、4個第一驅動臂、4根驅動桿和4個第二驅動臂，將支撐驅動功率傳遞給4個第二支撐爪；
25、步驟203，支撐機構中的第一驅動臂及第二驅動臂與探井壁間形成支撐作用力，從而實現機器人本體在預設探井深度位置的固定支撐；
26、步驟3具體為：
27、步驟301，通過操作操作單元取樣機器人監控界面，設置“偏轉+”動作指令，偏轉電機旋轉驅動偏轉減速機構，實現主軸電機和土樣切削刀的取樣或送樣方向的偏轉，該機器人默認初始偏轉位置為朝向探井口向的送樣方向，設置機器人本體“偏轉-”動作指令，實現土樣切削刀向探井壁取樣向偏轉；
28、步驟302，通過操本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.無擾動自動探井取樣機器人，其特征在于，包括操作單元(1)，所述操作單元(1)通過電纜連接有升降系統(2)及機器人本體(3)，所述升降系統(2)包括有第一鋼索(2-3)和第二鋼索(2-4)，所述升降系統(2)通過第二鋼索(2-4)連接有送樣機構(2-2)，所述升降系統(2)通過第一鋼索(2-3)連接有機器人本體(3)，所述機器人本體(3)包括支撐機構(3-1)和取樣機構(3-2)，所述取樣機構(3-2)位于支撐機構(3-1)內。
2.根據權利要求1所述的無擾動自動探井取樣機器人，其特征在于，所述升降系統(2)包括升降支架(2-1)，所述升降支架(2-1)頂部橫梁上設置有若干吊耳(2-13)，若干所述吊耳(2-13)共同固接有卷揚箱(2-10)，所述卷揚箱(2-10)內固接有第一卷揚電機(2-8)，所述卷揚箱(2-10)一側設置有齒輪箱(2-7)，所述齒輪箱(2-7)內設有外嚙合的第一齒輪副(2-7-1)及第二齒輪副(2-7-2)，所述第一卷揚電機(2-8)的轉動軸連接有第一齒輪副(2-7-1)上輪，所述第一齒輪副(2-7-1)下輪輪軸上連接有第一卷揚輪(2-5)，所
3.根據權利要求2所述的無擾動自動探井取樣機器人，其特征在于，所述卷揚箱(2-10)內還固接第一導向桿(2-11-1)及第二導向桿(2-11-2)，所述第一導向桿(2-11-1)及第二導向桿(2-11-2)均位于卷揚箱(2-10)底部，所述第一導向桿(2-11-1)兩端分別轉動設置有第一導向輪(2-12-1)，所述第二導向桿(2-11-2)中間轉動設置有第二導向輪(2-12-2)，所述第一鋼索(2-3)卷繞在第一導向輪(2-12-1)上，所述第二鋼索(2-4)卷繞在第二導向輪(2-12-2)上。
4.根據權利要求1所述的無擾動自動探井取樣機器人，其特征在于，所述支撐機構(3-1)包括第一支撐盤(3-1-1)，所述送樣機構(2-2)包括導向片(2-2-1)，所述導向片(2-2-1)貫穿第一支撐盤(3-1-1)圓心，所述導向片(2-2-1)兩端與第一支撐盤(3-1-1)邊緣重合，所述第一支撐盤(3-1-1)與導向片(2-2-1)重合處分別固接有第一鋼索(2-3)，所述第二鋼索(2-4)于第一支撐盤(3-1-1)圓心處貫穿導向片(2-2-1)連接有提拉盤(2-2-3)，所述提拉盤(2-2-3)遠離升降系統(2)一側固接有若干棘爪桿(2-2-4)，每個所述棘爪桿(2-2-4)固接有棘爪(2-2-5)，所述提拉盤(2-2-3)、棘爪桿(2-2-4)與棘爪(2-2-5)之間可卡合土樣(4)。
5.根據權利要求4所述的無擾動自動探井取樣機器人，其特征在于，所述支撐機構(3-1)還包括有第二支撐盤(3-1-2)，所述第一支撐盤(3-1-1)與第二支撐盤(3-1-2)邊緣相對位置共同連接有四個第一支撐連桿(3-1-9)，四個所述第一支撐連桿(3-1-9)等距分布，每個所述第一支撐連桿(3-1-9)遠離升降系統(2)一側還依次固接有第三支撐盤(3-1-3)及第四支撐盤(3-1-4)，所述第四支撐盤(3-1-4)底部固接有支撐電機(3-1-5)，所述支撐電機(3-1-5)轉動軸上固接有若干驅動叉(3-1-6)，每個所述驅動叉(3-1-6)位于第三支撐盤(3-1-3)和第四支撐盤(3-1-4)之間，每個所述驅動叉(3-1-6)滑動連接有第一驅動臂(3-1-7)，每個所述第一驅動臂(3-1-7)另一端鉸鏈連接有第一支撐爪(3-1-11)，每個所述第一支撐爪(3-1-11)位于第三支撐盤(3-1-3)和第四支撐盤(3-1-4)外側，每個所述第一驅動臂(3-1-7)內置槽內連接有驅動桿(3-1-8)。
6.根據權利要求5所述的無擾動自動探井取樣機器人，其特征在于，所述驅動桿(3-1-8)沿著豎直方向自上而下依次轉動連接有第一支撐盤(3-1-1)、第二支撐盤(3-1-2)、第三支撐盤(3-1-3)和第四支撐盤(3-1-4)，每個所述驅動桿(3-1-8)在第一支撐盤(3-1-1)和第二支撐盤(3-1-2)之間固接有第二驅動臂(3-1-10)，每個所述第二驅動臂(3-1-10)另一端鉸鏈連接有第二支撐爪(3-1-12)；
7.根據權利要求6所述的無擾動自動探井取樣機器人，其特征在于，所述第三支撐連桿(3-2-13)固接有第一進退齒輪箱(3-2-7-1)，相鄰所述第三支撐連桿(3-2-13)固接有第二進退齒輪箱(3-2-7-2)，所述第一進退齒輪箱(3-2-7-1)一端通過螺栓固接有進退減速機構(3-2-7)，所述進退減速機構(3-2-7)和第二進退齒輪箱(3-2-7-2)...
【技術特征摘要】
1.無擾動自動探井取樣機器人，其特征在于，包括操作單元(1)，所述操作單元(1)通過電纜連接有升降系統(2)及機器人本體(3)，所述升降系統(2)包括有第一鋼索(2-3)和第二鋼索(2-4)，所述升降系統(2)通過第二鋼索(2-4)連接有送樣機構(2-2)，所述升降系統(2)通過第一鋼索(2-3)連接有機器人本體(3)，所述機器人本體(3)包括支撐機構(3-1)和取樣機構(3-2)，所述取樣機構(3-2)位于支撐機構(3-1)內。
2.根據權利要求1所述的無擾動自動探井取樣機器人，其特征在于，所述升降系統(2)包括升降支架(2-1)，所述升降支架(2-1)頂部橫梁上設置有若干吊耳(2-13)，若干所述吊耳(2-13)共同固接有卷揚箱(2-10)，所述卷揚箱(2-10)內固接有第一卷揚電機(2-8)，所述卷揚箱(2-10)一側設置有齒輪箱(2-7)，所述齒輪箱(2-7)內設有外嚙合的第一齒輪副(2-7-1)及第二齒輪副(2-7-2)，所述第一卷揚電機(2-8)的轉動軸連接有第一齒輪副(2-7-1)上輪，所述第一齒輪副(2-7-1)下輪輪軸上連接有第一卷揚輪(2-5)，所述第一鋼索(2-3)卷繞在第一卷揚輪(2-5)上；
3.根據權利要求2所述的無擾動自動探井取樣機器人，其特征在于，所述卷揚箱(2-10)內還固接第一導向桿(2-11-1)及第二導向桿(2-11-2)，所述第一導向桿(2-11-1)及第二導向桿(2-11-2)均位于卷揚箱(2-10)底部，所述第一導向桿(2-11-1)兩端分別轉動設置有第一導向輪(2-12-1)，所述第二導向桿(2-11-2)中間轉動設置有第二導向輪(2-12-2)，所述第一鋼索(2-3)卷繞在第一導向輪(2-12-1)上，所述第二鋼索(2-4)卷繞在第二導向輪(2-12-2)上。
4.根據權利要求1所述的無擾動自動探井取樣機器人，其特征在于，所述支撐機構(3-1)包括第一支撐盤(3-1-1)，所述送樣機構(2-2)包括導向片(2-2-1)，所述導向片(2-2-1)貫穿第一支撐盤(3-1-1)圓心，所述導向片(2-2-1)兩端與第一支撐盤(3-1-1)邊緣重合，所述第一支撐盤(3-1-1)與導向片(2-2-1)重合處分別固接有第一鋼索(2-3)，所述第二鋼索(2-4)于第一支撐盤(3-1-1)圓心處貫穿導向片(2-2-1)連接有提拉盤(2-2-3)，所述提拉盤(2-2-3)遠離升降系統(2)一側固接有若干棘爪桿(2-2-4)，每個所述棘爪桿(2-2-4)固接有棘爪(2-2-5)，所述提拉盤(2-2-3)、棘爪桿(2-2-4)與棘爪(2-2-5)之間可卡合土樣(4)。
5.根據權利要求4所述的無擾動自動探井取樣機器人，其特征在于，所述支撐機構(3-1)還包括有第二支撐盤(3-1-2)，所述第一支撐盤(3-1-1)與第二支撐盤(3-1-2)邊緣相對位置共同連接有四個第一支撐連桿(3-1-9)，四個所述第一支撐連桿(3-1-9)等距分布，每個所述第一支撐連桿(3-1-9)遠離升降...
【專利技術屬性】
技術研發人員：呂遠強，錢思眾，趙金剛，史可，李花，王新剛，
申請(專利權)人：中煤西安設計工程有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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