[发明专利]水下沉积物采样机器人及其采样方法

说明书

技术领域

本发明属于底泥采样技术领域，特别涉及一种水下沉积物采样机器人及其采样方法。

背景技术

在环境监测、科学研究等过程中，采集河流、湖泊、水库、海洋等水体的沉积物底泥的采样器，管式采样器得到大量应用，这些采样器由操作人员从母船上投放到水中，依靠自身重力沉入水底并将采样管插入沉积物中，然后由操作人员拉回水面，由于这些采样器不具备独立运动调节能力，在下沉过程中受水流的冲击影响较大，因此采样的位置随机，难以获得满意的采样结果，因此采样成功率不高。

水下沉积物采集的事件，对采集到的样品的扰动破坏情况，是一项评价采样器好坏的重要指标。为尽量不扰动采集的样品，采用静压方式实现采样过程成为主流方法。而静压采样需要有较大的初始压力，现有的采样器，是通过加大采样器自身重量的方式获得初始压力；而水下机器人的运动，需要水下机器人尽量保持零浮力状态，两者相互矛盾，因此，通过水下机器人实现静压采样是业内难点。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水下沉积物采样机器人及其采样方法，能够实现机器人在水下运动时保持零浮力状态，又能在实现采样的前提下为采样作业提供足够的压力，有效避免对采样沉积物的破坏。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种水下沉积物采样机器人，包括主舱体以及安装在主舱体上的推进器和采样器，所述主舱体上还设置有配重块和气瓶，所述配重块安装在主舱体下部，所述气瓶位于主舱体外，该气瓶上设置有排气阀。

采用上述结构，采样器在下降时，采用无动力驱动的方式，利用静压原理，采样时依靠所述气瓶排气产生的竖直向下的净浮力插入沉积物中，配重块靠下部，使得装置的重心靠近下部，以使装置易于维持水平姿态，配重块可以为铅块等，配重块起到抵消浮力，维持主舱体平衡的作用使其趋于水平悬浮状态，由于装置采用的是排气缓慢下降的方式，而且下降速率可以通过排气阀的排气量和速度控制，能够在插入沉积物的过程中最大限度地保护沉积物，能够零浮力状态下由操作人员控制寻找最佳采样位置，并通过改变净浮力来实现无扰动采样，从而获得最原始的样品。

所述气瓶安装在主舱体顶部外侧，所述排气阀设置在气瓶顶部，所述气瓶底部还设置有进水阀，所述采样器安装在主舱体下部，所述配重块对称地安装在采样器的两侧。增设进水阀，在排气时进水，进一步起到平衡和调节速度的作用

所述气瓶中部设置有隔板，该隔板将气瓶内腔分隔为前后两部分，且前后两部分腔体的容积相同，所述排气阀和进水阀均为两个，分别靠近气瓶前后两端，该排气阀和进水阀由控制器单独控制。

4个阀由控制器单独控制，在排气进水的时候能够分别调节流速和流量，通过控制排气阀和进水阀的流量，可以调节气瓶内两部分的进水量，从而改变装置的重心位置，以适应采样时采样管所受到的阻力变化。

还包括线缆，所述线缆连接在采样器顶部，所述主舱体内密封地设置有姿态传感器、摄像头和声呐，所述摄像头为2个，一个水平设置，另一个朝下设置，所述声呐朝向下方，所述线缆与姿态传感器、摄像头和声呐通信连接，进行数据传输。

所述采样器包括、包括采样管，所述采样管上方从上到下依次设置有连接环、固定套、卡紧机构和采样管上盖，连接环与所述主舱体连接，固定套通过固定块与连接环连接，固定套内设置有滑动芯轴，所述线缆连接在滑动芯轴上端，所述滑动芯轴下部设置有与卡紧机构配合的执行块，所述卡紧机构与采样管上盖上的卡接部配合，所述采样管上部竖直设置有导向轴，采样管上盖套在该导向轴上，并能沿导向轴上下运动，采样管上盖与采样管之间设置有拉簧。

初始采样时，卡紧机构通过卡接部将采样管上盖锁定在采样管上方的位置，当采样完成后，通过可以拉动线缆操作滑动芯轴，实现卡紧机构的解锁，使卡紧机构将采样管上盖松开，采样管上盖在拉簧以及重力作用下沿导向轴向下移动，并盖在采样管上端，将采样管封闭。该封闭过程中，由于设置了导向轴因此能够实现准确对准，不会出现封闭不严有间隙的情况，通过拉簧的拉力使采样管上盖进一步拉紧，保证密封效果，操作卡紧机构能够实现采样管上盖的卡紧和松开。

所述卡接部为固定在采样管上盖上表面的卡接块，该卡接块侧面开设有多个卡接槽，所述卡紧机构包括竖向设置在固定套侧的拨动块以及连接在拨动块下端的卡接头，卡接头朝向所述固定套，拨动块内侧设置有连接块，所述固定套下部外壁设置有扭簧架，所述连接块和扭簧架通过销轴穿设连接，该销轴上还套有扭簧，该扭簧一端抵在固定套外壁上，另一端抵在连接块下部。