[发明专利]一种基于不扰动土探井取样机器人的探井取样方法

摘要

本发明公开了一种基于不扰动土探井取样机器人的探井取样方法，该方法包括步骤：一、确定土样位置；二、获取探井；三、下放取样机器人；四、固定取样机器人并调整取样机器人的高度和朝向；五、下放样本框；六、获取土样；七、土样放样；八、运送土样；九、取样机器人的移位。本发明利用支撑气囊膨胀实现取样机器人与探井之间的固定，利用机器人刻槽取样，采用取样机构平稳准确的获取土样，利用平衡气囊平衡放样过程中土样对样本框的扰动，能使工人在不进入井内的前提下，将不扰动土取出，以保证工人的人身安全，体积小、质量轻、智能化程度高，可广泛用于各类土体取样，为科研设计提供优质的研究样本。

主权项

1.一种基于不扰动土探井取样机器人的探井取样方法，所述不扰动土探井取样机器人包括安装在地面上的第一卷扬机(3)和第二卷扬机(5)，以及与第一卷扬机(3)配合且伸入至探井(2)内的取样机器人和与第二卷扬机(5)配合且下放至所述取样机器人上的样本框(8)，样本框(8)为顶部和前部均敞口的样本框，所述取样机器人包括基座(9)、安装在基座(9)上的转盘(10)和安装在转盘(10)上且用于限定升降柱(13)升降路径的中空结构的限位座(12)，基座(9)和转盘(10)的横截面尺寸小于探井(2)的横截面尺寸，基座(9)的周向端面上设置有环形结构且用于固定基座(9)位置的支撑气囊(11)，支撑气囊(11)位于基座(9)和探井(2)之间的空隙中，基座(9)的底部安装有用于为支撑气囊(11)供气的第一气泵(14)，第一气泵(14)为支撑气囊(11)供气的管路上安装有第一电磁阀(15)，升降柱(13)的顶端固定安装有机身(16)，机身(16)的背部安装有平衡气囊(20)，机身(16)上开设有出气孔和用于与样本框(8)配合的安装槽，所述安装槽为顶部和前部均为敞口的安装槽，机身(16)的底板内开设有用于供取样机构(17)水平滑动的取样机构滑轨(29)，机身(16)内设置有平衡气囊放气管(21)、为取样机构(17)提供推拉动力的取样动力机构(18)和为平衡气囊(20)供气的第二气泵(19)，平衡气囊放气管(21)的一端与平衡气囊(20)连通，平衡气囊放气管(21)的另一端与所述出气孔连通，平衡气囊放气管(21)与平衡气囊(20)连通的管路上安装有第二电磁阀(22)，机身(16)的两外侧面上分别设置有机械臂(25)，机械臂(25)远离机身(16)的一端安装有切取土样(23)的刮铲(26)；样本框(8)的外侧壁上安装有旋转伸缩杆(28)，旋转伸缩杆(28)远离机身(16)的一端固定安装有推板(24)；/n取样机构(17)包括承托板(17-1)和设置在承托板(17-1)上部且与机身(16)为一体的限位板(17-2)，限位板(17-2)位于机身(16)前侧的下边缘设置有限位块(17-3)，承托板(17-1)和限位板(17-2)之间形成间隙(17-7)，承托板(17-1)上设置有与限位块(17-3)配合的L形推送板(17-4)，L形推送板(17-4)的竖直面板与限位块(17-3)抵接，L形推送板(17-4)的水平面板上设置有取样板(17-5)，L形推送板(17-4)的水平面板和取样板(17-5)之间设置有多个升降支墩(17-6)，L形推送板(17-4)的水平面板的厚度与取样板(17-5)的厚度之和小于限位块(17-3)的下表面与承托板(17-1)的上表面之间的间距；/n其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一、确定土样位置：对现场的不扰动土体(1)进行勘探，获取待取的土样(23)的位置；/n步骤二、获取探井：利用成孔工具在待取的土样(23)竖直方向的旁侧进行成孔，获取探井(2)，探井(2)的横截面尺寸大于基座(9)和转盘(10)的横截面尺寸；/n步骤三、下放取样机器人：将取样机器人与第一卷扬机(3)的钢丝绳连接，利用第一卷扬机(3)将取样机器人下放至探井(2)内，直至机身(16)上的安装槽的上表面高度低于待取的土样(23)的底部高度，第一卷扬机(3)停止钢丝绳下放工作，利用第一卷扬机(3)对取样机器人持续悬吊；/n步骤四、固定取样机器人并调整取样机器人的高度和朝向：打开第一电磁阀(15)，开启第一气泵(14)，利用第一气泵(14)为支撑气囊(11)充气，使支撑气囊(11)逐渐膨胀，并与探井(2)的内壁挤压，直至膨胀后的支撑气囊(11)与探井(2)内壁之间的摩擦力大于取样机器人自重，实现将取样机器人固定在探井(2)内，关闭第一气泵(14)和第一电磁阀(15)；/n控制升降柱(13)上升，直至取样板(17-5)上表面初始高度与待取的土样(23)的底面高度一致；/n控制转盘(10)转动，转盘(10)转动带动限位座(12)、升降柱(13)和机身(16)同步转动，直至机身(16)上的安装槽前部敞口正对待取的土样(23)；/n开启第二气泵(19)，利用第二气泵(19)为平衡气囊(20)充气，使平衡气囊(20)逐渐膨胀，并与探井(2)的内壁挤压；/n步骤五、下放样本框：将样本框(8)与第二卷扬机(5)的钢丝绳连接，利用第二卷扬机(5)将样本框(8)下放至机身(16)上的安装槽内，其中，样本框(8)的顶部敞口与安装槽的顶部敞口位置一致，样本框(8)的前部敞口与安装槽的前部敞口位置一致，旋转伸缩杆(28)将推板(24)旋转上升至样本框(8)的前侧上方；/n步骤六、获取土样：根据样本框(8)的大小以及取样需求，机身(16)的两外侧面上的两个机械臂(25)带动两个刮铲(26)通过刻槽的方式对指定高度的土样(23)进行刻槽取样，刻槽位置包括土样(23)的左边缘位置、右边缘位置、上边缘位置、下边缘位置和后边缘位置，所述机械臂(25)为蛇形机械臂；/n步骤七、土样放样：利用取样动力机构(18)推动取样机构(17)工作，所述取样动力机构(18)为电动自动伸缩机构，所述电动自动伸缩机构包括两个旋转电机(18-1)以及一个用于推拉承托板(17-1)的第一推拉伸缩杆(18-2)和一个用于推拉L形推送板(17-4)的第二推拉伸缩杆(18-3)，第一推拉伸缩杆(18-2)与两个旋转电机(18-1)中的一个旋转电机(18-1)传动连接，第二推拉伸缩杆(18-3)与两个旋转电机(18-1)中的另一个旋转电机(18-1)传动连接；/n利用一个旋转电机(18-1)工作推动第一推拉伸缩杆(18-2)伸出，直至承托板(17-1)与土样(23)下部的不扰动土体(1)抵接，利用另一个旋转电机(18-1)工作推动第二推拉伸缩杆(18-3)伸出，直至L形推送板(17-4)与限位块(17-3)抵接，并提供取样板(17-5)动力，使取样板(17-5)插入至土样(23)底部；/n控制升降支墩(17-6)上升，直至取样板(17-5)的上表面与样本框(8)的内底面平齐；/n控制第一推拉伸缩杆(18-2)缩回，使取样板(17-5)与样本框(8)接触，此时，取样板(17-5)的上表面与样本框(8)的内底面衔接为一个连续的平面；/n旋转伸缩杆(28)将推板(24)旋转至土样(23)的后方，控制旋转伸缩杆(28)缩回，推板(24)推动土样(23)平稳进入样本框(8)内，直至推板(24)与样本框(8)抵接，完成土样(23)的放样；/n步骤八、运送土样：推板(24)对样本框(8)中的土样(23)进行围挡保护，利用第二卷扬机(5)将样本框(8)从安装槽内提起，并提升至地面上，完成土样(23)的运送；/n步骤九、取样机器人的移位：控制第二推拉伸缩杆(18-3)缩回，使取样机构(17)恢复初始状态，控制第二电磁阀(22)打开，平衡气囊(20)中的气体经平衡气囊放气管(21)和出气孔排放至外界，同时，控制支撑气囊(11)的气体排放至外界，支撑气囊(11)收缩，实现取样机器人与探井(2)的分离，同时实现取样机器人上土渣的下放；/n当取样机器人在该探井(2)上其他位置进行取样时，循环步骤一；/n当取样机器人无需在该探井(2)上其他位置进行取样时，利用第一卷扬机(3)将取样机器人从探井(2)中提升至地面。/n