CN110398390A - 一种用于地下天然岩洞的探测取样设备 - Google Patents

一种用于地下天然岩洞的探测取样设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于地下天然岩洞的探测取样设备，包括电源和与电源连接的无人机本体、密封控制箱、摄像头、三维形貌检测装置、气体检测仪、取样机械手和照明灯，密封控制箱固定在无人机本体的下侧，电源内置于密封控制箱内，三维形貌检测装置和摄像头安装于无人机本体上侧的两端，取样机械手、气体检测仪和照明灯安装在密封控制箱的下侧。本发明通过将无人机本体与各种地下岩洞探测装置结合，通过遥控无人机本体进入地下天然岩洞中，规避了人工探测的各种风险，也为后续人工勘探提前开路。

Description

一种用于地下天然岩洞的探测取样设备
技术领域
本发明涉及地质勘探设备领域，尤其涉及一种用于地下天然岩洞的探测取样设备。
背景技术
目前，在地下天然岩洞的勘探过程中，主要通过多名勘探人员携带各种检测设备下入岩洞中，进行岩洞的大小、成型机理、地形地貌、生物种群和地质种类的勘探，存在如下问题：由于天然岩洞的洞壁非常光滑，内部存在各种不可控、未知的危险因素，一般情况下勘探人员很难进入，即便冒险进入，也存在发生意外的风险。同时，由于地下岩洞的地质机构非常复杂，地下孔洞、断层的存在，导致勘探效率也非常低下，况且勘探人员还需携带勘探设备，进一步降低其勘探的可行性。
发明内容
本发明目的在于提供一种通过遥控操纵的全自动用于地下天然岩洞的探测取样设备，从而解决上述问题。
为实现上述目的，本发明公开一种用于地下天然岩洞的探测取样设备，包括电源和与电源连接的无人机本体、密封控制箱、摄像头、三维形貌检测装置、气体检测仪、取样机械手和照明灯，所述密封控制箱固定在所述无人机本体的下侧，所述电源内置于所述密封控制箱内，所述三维形貌检测装置和摄像头安装于所述无人机本体上侧的两端，所述气体检测仪和照明灯安装在所述密封控制箱的两端，所述取样机械手安装在所述密封控制箱的下侧。
进一步的，还包括一与所述取样机械手对称设置的钻挖取样装置，所述钻挖取样装置包括钻头、钻头驱动电机、钻头摆动电机、钻头摆动电机安装座和钻头驱动电机安装座，所述钻头摆动电机安装座可拆式安装在所述密封控制箱上，所述钻头驱动电机安装座与所述钻头摆动电机安装座枢接，且该钻头驱动电机安装座通过安装在所述钻头摆动电机安装座上的钻头摆动电机驱动旋转，所述钻头与所述钻头驱动电机安装座枢接，且该钻头通过安装在所述钻头驱动电机安装座上的钻头驱动电机驱动旋转，所述钻头内设置中心孔，所述钻头的外壁上设置有贯通到中心孔的通槽。
进一步的，所述钻头的中心孔的末端开口设置，且且末端的外壁上设置有夹持面或者连接螺纹。
进一步的，所述取样机械手包括夹爪、端盖、安装筒、滑杆、上滑杆座和下滑杆座和伸缩驱动机构，所述端盖安装在所述安装筒的一端，所述安装筒的另一端与所述密封控制箱连接，所述上滑杆座和下滑杆座位于端盖的两侧，所述滑杆与所述端盖滑接，且该滑杆的两端分别与上滑杆座和下滑杆座连接，所述夹爪的一端与所述端盖铰接，另一端与所述上滑杆座铰接，所述伸缩驱动机构驱动所述下滑杆座上下运动以使所述夹爪张开与合拢。
进一步的，所述伸缩驱动件包括夹爪驱动电机和丝杠，所述夹爪驱动电机固接在所述安装筒内，所述丝杠与所述下滑杆座螺纹传动连接，且该丝杠的一端与所述端盖枢接，另一端与所述夹爪驱动电机的输出轴同轴连接。
进一步的，还包括一安装筒安装座和安装筒偏摆驱动电机，所述安装筒安装座安装在所述密封控制箱上，所述安装筒与所述安装筒安装座枢接，且通过安装在所述安装筒安装座上的装筒偏摆驱动电机驱动旋转。
进一步的，所述三维形貌检测装置包括延伸杆、声呐测距探头、探头安装座、探头旋转电机和探头安装座偏摆电机，所述声呐测距探头安装在所述探头安装座上，且通过安装在该探头安装座上的探头旋转电机驱动旋转，所述探头安装座与所述延伸杆的一端枢接，且通过安装在该延伸杆上的所述探头安装座偏摆电机驱动而偏摆，所述延伸杆的另一端安装有所述摄像头。
进一步的，所述探头安装座旋转至与所述延伸杆平行时，所述声呐测距探头延伸至所述无人机本体的外侧，所述探头安装座旋转至与所述延伸杆垂直时，所述声呐测距探头高于所述无人机本体。
进一步的，所述无人机本体上还设置有一用于运载物品的载物箱。
进一步的，所述摄像头为红外摄像头，所述照明灯为自动旋转探照灯。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过将无人机本体与各种地下岩洞探测装置结合，通过摄像头和照明灯可以观测地下岩洞的地质外貌和生物种群构造，通过三维形貌检测装置可以测绘地下岩洞的空间构造，通过气体检测仪可以监测地下岩洞的空气组分，通过取样机械手可以分析地下岩洞的地质结构和形成机理等，通过遥控无人机本体进入地下天然岩洞中即可完成各种勘探和运输任务，规避了人工探测的各种风险和低效率，也为后续人工勘探提前开路。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例公开的用于地下天然岩洞的探测取样设备的第一轴测示意图；
图2是本发明实施例公开的用于地下天然岩洞的探测取样设备的第二轴测示意图；
图3是本发明实施例公开的用于地下天然岩洞的探测取样设备的第三轴测示意图；
图4是本发明实施例公开的取样机械手的轴测示意图；
图5是本发明实施例公开的钻头的轴测示意图。
图例说明：
1、无人机本体；2、密封控制箱；3、摄像头；4、三维形貌检测装置；5、气体检测仪；6、取样机械手；7、照明灯；8、钻挖取样装置；9、钻头；10、钻头驱动电机；11、钻头摆动电机；12、钻头摆动电机安装座；13、钻头驱动电机安装座；14、中心孔；15、工作部；16、通槽；17、照明灯旋转电机；18、夹爪；19、端盖；20、安装筒；21、滑杆；22、上滑杆座；23、下滑杆座；24、夹爪驱动电机；25、丝杠；26、安装筒安装座；27、安装筒偏摆驱动电机；28、延伸杆；29、声呐测距探头；30、探头安装座；31、探头旋转电机；32、探头安装座偏摆电机；33、载物箱；34、夹持面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1-图5所示，本发明公开了一种用于地下天然岩洞的探测取样设备，包括电源和与电源连接的无人机本体1、密封控制箱2、摄像头3、三维形貌检测装置4、气体检测仪5、取样机械手6和照明灯7，密封控制箱2为控制中心，包括处理器和无线收发模块(无线传送各种勘探数据)等，密封控制箱2固定在无人机本体1的下侧，电源内置于密封控制箱2内，三维形貌检测装置4和摄像头3安装于无人机本体1上侧的两端，照明灯7和气体检测仪5安装在密封控制箱2的两侧面上，气体检测仪5安装在密封控制箱2的下侧，通过摄像头3和照明灯7可以观测地下岩洞的生物种群构造，通过三维形貌检测装置4可以检测地下岩洞的空间构造，通过气体检测仪5可以监测地下岩洞的空气组分，通过取样机械手6可以分析地下岩洞的地质结构和形成机理等，从而通过遥控无人机本体1进入地下天然岩洞中，规避了人工探测的各种风险，也为后续人工勘探提前开路。
在本实施例中，为了能够对天然岩洞岩壁内部的岩石取样，还包括一与取样机械手6对称设置的钻挖取样装置8，钻挖取样装置8包括钻头9、钻头驱动电机10、钻头摆动电机11、钻头摆动电机安装座12和钻头驱动电机安装座13，钻头摆动电机安装座12可拆式安装在密封控制箱2上，钻头驱动电机安装座13与钻头摆动电机安装座12枢接，且该钻头驱动电机安装座13通过安装在钻头摆动电机安装座12上的钻头摆动电机11驱动旋转，钻头9与钻头驱动电机安装座13枢接，且该钻头9通过安装在钻头驱动电机安装座13上的钻头驱动电机10驱动旋转，钻头9内设置中心孔14，钻头9的外壁上设置有贯通到中心孔14的通槽16(具体为远离钻头9的工作部15)，钻头9为麻花钻，通过钻头9钻入岩壁内部，岩石粉末即可随着通槽16进入中心孔14，待取下钻头9，即可通过钻头9的中心孔14末端的开口将其倒出来，进行分析化验，钻头9的末端设置有用于与钻头驱动电机10连接的夹持面34或者连接螺纹。
为了实现对岩洞中岩石或者生物样品的取样，在本实施例中，取样机械手6模拟人的手的夹取方式设置，包括夹爪18、端盖19、安装筒20、滑杆21、上滑杆座22和下滑杆座23和伸缩驱动机构，端盖19安装在安装筒20的一端，安装筒20的另一端与密封控制箱2连接，上滑杆座22和下滑杆座23位于端盖19的两侧，滑杆21与端盖19滑接，且该滑杆21的两端分别与上滑杆座22和下滑杆座23连接，夹爪18的一端与端盖19铰接，另一端与上滑杆座22铰接，伸缩驱动机构驱动下滑杆座23上下运动以使夹爪18张开与合拢，形成类似人的手一样的取放功能，进而能更好地抓取岩洞中的物体。
具体的，伸缩驱动件包括夹爪驱动电机24和丝杠25，丝杠25与下滑杆座23螺纹传动连接，下滑杆座23上设置有与丝杠25外螺纹匹配的内螺纹，夹爪驱动电机24通过螺栓固定安装在安装筒20内，且该丝杠25的一端与端盖19枢接，另一端与夹爪驱动电机24的输出轴同轴连接，从而将夹爪驱动电机24的旋转运动转化为下滑杆座23驱动滑杆21的上下运动。
在本实施例中，还包括一安装筒安装座26和安装筒偏摆驱动电机27，安装筒安装座26安装在密封控制箱2上，安装筒20与安装筒安装座26枢接，且通过安装在安装筒安装座26上的安装筒偏摆驱动电机27驱动旋转，从而取样机械手6能够实现大角度的切换，提高了其抓取的灵活性。
在本实施例中，三维形貌检测装置4包括延伸杆28、声呐测距探头29、探头安装座30、探头旋转电机31和探头安装座偏摆电机32，声呐测距探头29安装在探头安装座30上，且通过安装在该探头安装座上30的探头旋转电机31驱动旋转，探头安装座30与延伸杆28枢接，且通过安装在该延伸杆28上的探头安装座偏摆电机32驱动而偏摆，当需要检测天然岩洞内部形貌时，控制驱动无人机本体1进入，如果是竖向天然岩洞，则探头安装座偏摆电机32驱动探头安装座30到垂直的位置，然后无人机本体1开始向天然岩洞的底部平稳下降，此时探头旋转电机31驱动声呐测距探头29进行360°旋转扫描，进而将扫描形貌数据传输到地面的工作站，而如果是面对横向天然岩洞，则控制天然岩洞驱动探头安装座30到平行的位置，然后无人机本体1开始向天然岩洞的平稳前进，此时声呐测距探头29进行360°旋转扫描即可得到横向矿山尾矿的形貌数据，与此类似，斜向天然岩洞只需相应控制探头安装座偏摆电机32驱动探头安装座30到相应角度即可。
在本实施例中，探头安装座旋30转至与延伸杆28平行时，声呐测距探头29延伸至无人机本体1的外侧，探头安装座30旋转至与延伸杆28垂直时，声呐测距探头29高于无人机本体1，避免无人机本体1上零部件对声呐测距探头29所发出声呐的干涉作用。
在本实施例中，无人机本体1上还设置有一用于运载物品的载物箱33，从而方便向岩洞内外运输，同时，摄像头3为红外摄像头，照明灯7与摄像头3安装在同一侧，具体为自动旋转探照灯，可通过照明灯旋转电机17照亮无人机本体1运动轨迹前方区域。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于地下天然岩洞的探测取样设备，其特征在于，包括电源和与电源连接的无人机本体(1)、密封控制箱(2)、摄像头(3)、三维形貌检测装置(4)、气体检测仪(5)、取样机械手(6)和照明灯(7)，所述密封控制箱(2)固定在所述无人机本体(1)的下侧，所述电源内置于所述密封控制箱(2)内，所述三维形貌检测装置(4)和摄像头(3)安装于所述无人机本体(1)上侧的两端，所述气体检测仪(5)和照明灯(7)安装在所述密封控制箱(2)的两端，所述取样机械手(6)安装在所述密封控制箱(2)的下侧。
2.根据权利要求1所述的用于地下天然岩洞的探测取样设备，其特征在于，还包括一与所述取样机械手(6)对称设置的钻挖取样装置(8)，所述钻挖取样装置(8)包括钻头(9)、钻头驱动电机(10)、钻头摆动电机(11)、钻头摆动电机安装座(12)和钻头驱动电机安装座(13)，所述钻头摆动电机安装座(12)可拆式安装在所述密封控制箱(2)上，所述钻头驱动电机安装座(13)与所述钻头摆动电机安装座(12)枢接，且该钻头驱动电机安装座(13)通过安装在所述钻头摆动电机安装座(12)上的钻头摆动电机(11)驱动旋转，所述钻头(9)与所述钻头驱动电机安装座(13)枢接，且该钻头(9)通过安装在所述钻头驱动电机安装座(13)上的钻头驱动电机(10)驱动旋转，所述钻头(9)内设置中心孔(14)，所述钻头(9)的外壁上设置有贯通到中心孔(14)的通槽(16)。
3.根据权利要求2所述的用于地下天然岩洞的探测取样设备，其特征在于，所述钻头(9)的中心孔(14)的末端开口设置，且末端的外壁上设置有夹持面(34)或者连接螺纹。
4.根据权利要求3所述的用于地下天然岩洞的探测取样设备，其特征在于，所述取样机械手(6)包括夹爪(18)、端盖(19)、安装筒(20)、滑杆(21)、上滑杆座(22)和下滑杆座(23)和伸缩驱动机构，所述端盖(19)安装在所述安装筒(20)的一端，所述安装筒(20)的另一端与所述密封控制箱(2)连接，所述上滑杆座(22)和下滑杆座(23)位于端盖(19)的两侧，所述滑杆(21)与所述端盖(19)滑接，且该滑杆(21)的两端分别与上滑杆座(22)和下滑杆座(23)连接，所述夹爪(18)的一端与所述端盖(19)铰接，另一端与所述上滑杆座(22)铰接，所述伸缩驱动机构驱动所述下滑杆座(23)上下运动以使所述夹爪(18)张开与合拢。
5.根据权利要求4所述的用于地下天然岩洞的探测取样设备，其特征在于，所述伸缩驱动件包括夹爪驱动电机(24)和丝杠(25)，所述夹爪驱动电机(24)固接在所述安装筒(20)内，所述丝杠(25)与所述下滑杆座(23)螺纹传动连接，且该丝杠(25)的一端与所述端盖(19)枢接，另一端与所述夹爪驱动电机(24)的输出轴同轴连接。
6.根据权利要求5所述的用于地下天然岩洞的探测取样设备，其特征在于，还包括一安装筒安装座(26)和安装筒偏摆驱动电机(27)，所述安装筒安装座(26)安装在所述密封控制箱(2)上，所述安装筒(20)与所述安装筒安装座(26)枢接，且通过安装在所述安装筒安装座(26)上的安装筒偏摆驱动电机(27)驱动旋转。
7.根据权利要求1-6任一所述的用于地下天然岩洞的探测取样设备，其特征在于，所述三维形貌检测装置(4)包括延伸杆(28)、声呐测距探头(29)、探头安装座(30)、探头旋转电机(31)和探头安装座偏摆电机(32)，所述声呐测距探头(29)安装在所述探头安装座(30)上，且通过安装在该探头安装座(30)上的探头旋转电机(31)驱动旋转，所述探头安装座(30)与所述延伸杆(28)的一端枢接，且通过安装在该延伸杆(28)上的所述探头安装座偏摆电机(32)驱动而偏摆，所述延伸杆(28)的另一端安装有所述摄像头(3)。
8.根据权利要求7所述的用于地下天然岩洞的探测取样设备，其特征在于，所述探头安装座(30)旋转至与所述延伸杆(28)平行时，所述声呐测距探头(29)延伸至所述无人机本体(1)的外侧，所述探头安装座(30)旋转至与所述延伸杆(28)垂直时，所述声呐测距探头(29)高于所述无人机本体(1)。
9.根据权利要求1-6任一所述的用于地下天然岩洞的探测取样设备，其特征在于，所述无人机本体(1)上还设置有一用于运载物品的载物箱(33)。
10.根据权利要求1-6任一所述的用于地下天然岩洞的探测取样设备，其特征在于，所述摄像头(3)为红外摄像头，所述照明灯(7)为自动旋转探照灯。
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