一种底泥取样机器人技术领域
本发明涉及机器人领域，具体涉及一种底泥取样机器人。
背景技术
河道尾砂及底泥取样一直是流域调查工作的难题，通常都是人工划船到河中心或
湖中心进行取样，取样存在很大的安全隐患，且取样往往深度不准确，作业难度大，浪费人
力同时，目前市场上的取样设备，取样往往深度不准确，自动化程度不高，过于依赖人力等
缺点，目前实际工作中常用抓泥斗采样工具(彼得逊采泥器)是能深入泥层采集河流、湖泊、
水库的水下沉积物、底泥的抓斗式采泥器，但在实际过程中，由于河流流速、沉积物性质、水
压等问题导致采样效果不佳，且当下底泥取样设备，在河底采集时，移动不稳，且在水流湍
急处容易被水流冲走，取样时，不能记录采集样品的位置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动化程度高，使用方便安全的底泥取样机器人。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种底泥取样机器人，包括外壳、照明灯、旋转摄像头、电池密封罩、锂电池、控制
模块、桁架模块、取样探测模块、驱动模块、取样口、样品装载箱，砝码调节模块、牵引座、牵
引环和牵引绳，所述外壳上方安装有照明灯，所述外壳前端面上方安装有旋转摄像头，所述
旋转摄像头后端面设置有电池密封罩，所述电池密封罩内部安装有锂电池；
所述外壳内部左侧端面安装有控制模块，所述控制模块包括密封箱、单片机、第一
伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器、第四伺服驱动器、第五伺服驱动器、第六伺
服驱动器、第七伺服驱动器、信号发射器、信号接收器和GPS定位器612，所述单片机分别与
第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器、第四伺服驱动器、第五伺服驱动器、第
六伺服驱动器、第七伺服驱动器、信号发射器、信号接收器和GPS定位器通过信号线连接；
所述外壳内部前端面与后端面之间安装有桁架模块，所述桁架模块包括水平板、
第一齿轮、第一电机、滑动块、第二电机、第二齿轮和竖直板，所述水平板安装在外壳内部前
端面与后端面之间，所述水平板上方与第一齿轮啮合，所述第一齿轮安装在第一电机上，所
述第一电机安装在滑动块左侧，所述滑动块右侧安装有第二电机，所述第二电机上安装有
第二齿轮，所述第二齿轮与竖直板上的齿啮合；
所述桁架模块下方安装有取样探测模块，所述取样探测模块包括压力传感器、固
定柱、安装板、探测固定杆、探测器、钻头、取样器主体、取样滑动杆、滑动板、滑动杆、第一手
爪杆、第二手爪杆、手爪滑动座、螺纹丝杠和第三电机，所述竖直板下端面安装有压力传感
器，所述压力传感器下端面安装有固定柱，所述固定柱下端面安装有安装板，所述安装板右
侧下方安装有探测固定杆，所述探测固定杆下方安装有探测器，所述探测器下方安装有钻
头，所述安装板左侧安装有取样器主体，所述取样器主体上方设置有取样滑动杆，所述取样
滑动杆上端连接滑动板，所述滑动板开有圆孔与固定柱间隙配合，所述滑动板下端设置有
关于固定柱对称安装的滑动杆，所述滑动杆下方滑动连接第一手爪杆，所述第一手爪杆的
另一端滑动连接第二手爪杆，所述第二手爪杆上端滑动连接手爪滑动座，所述手爪滑动座
安装在安装板上，所述滑动板左侧设置有螺纹孔，所述螺纹孔与螺纹丝杠连接，所述螺纹丝
杠与第三电机通过联轴器连接；
所述外壳左右两侧各设置有一个驱动模块，所述驱动模块包括第四电机、第一链
轮、履带、第二链轮和第五电机，所述第四电机安装在外壳左右两侧前端，所述第四电机与
第一链轮连接，所述第一链轮与履带一端啮合，所述履带另一端与第五电机啮合，所述第五
电机安装在外壳左右两侧后端，所述外壳下端面开有取样口，所述外壳内部底板上安装有
样品装载箱，所述外壳下端面安装有砝码配重模块，所述电池密封罩右上方安装有牵引座，
所述牵引座嵌套安装有牵引环，所述牵引环连接有牵引绳。
作为上述技术的进一步改进，所述锂电池通过逆变器为整个设备供电。
作为上述技术的进一步改进，所述单片机输出端通过第一伺服驱动器、第二伺服
驱动器、第三伺服驱动器、第四伺服驱动器、第五伺服驱动器、第六伺服驱动器、第七伺服驱
动器分别控制第一电机、第二电机、第三电机、两个第四电机、两个第五电机。
作为上述技术的进一步改进，所述单片机通过继电器控制照明灯。
作为上述技术的进一步改进，所述旋转摄像头将数据传输至单片机，并由单片机
存储于储存器中。
作为上述技术的进一步改进，所述压力传感器一路随时间将信号传输至单片机，
单片机并据此转化成第二伺服驱动器的信号控制第二电机。
作为上述技术的进一步改进，所述第一电机、第二电机、第三电机、两个第四电机、
两个第五电机表面进行防水防锈处理。
作为上述技术的进一步改进，所述砝码配重模块包括砝码配重箱和砝码，所述砝
码配重箱内可添加或减少砝码数量。
作为上述技术的进一步改进，所述GPS定位器可通过卫星扫所经纬度和海拔高程
并将信号传输至单片机并存储于储存器中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构新颖，设计科学，结构合理，本
装置自动化程度高，集自行移动、探测、采集样品、摄像功能，进行防水防锈处理，使用寿命
长，通过压力传感器，探测器，保障了取样的准确性，同时，取样方便快捷，节约了人力成本，
遥控式底泥取样大大降低河道内部取样的难度，提高安全性及取样深度的准确性，所述砝
码配重箱内可添加或减少砝码数量，保证行走稳固，质量越大越稳，所述GPS定位器可通过
卫星扫所经纬度和海拔高程并将信号传输至单片机并存储于储存器中，准确掌握设备取样
位置，添加了牵引绳，在水流湍急处防止机器人被水流冲走。
附图说明
图1为本发明的右侧结构示意图。
图2为本发明的正视结构示意图。
图3为本发明的控制模块结构示意图。
图4为本发明的桁架结构示意图。
图5为本发明的取样探测模块结构示意图。
图中：1-外壳、2-照明灯、3-旋转摄像头、4-电池密封罩、5-锂电池、6-控制模块、
601-密封箱、602-单片机、603-第一伺服驱动器、604-第二伺服驱动器、605-第三伺服驱动
器、606-第四伺服驱动器、607-第五伺服驱动器、608-第六伺服驱动器、609-第七伺服驱动
器、610-信号发射器、611-信号接收器、612-GPS定位器、7-桁架模块、701-水平板、702-第一
齿轮、703-第一电机、704-滑动块、705-第二电机、706-第二齿轮、707-竖直板、8-取样探测
模块、801-压力传感器、802-固定柱、803-安装板、804-探测固定杆、805-探测器、806-钻头、
807-取样器主体、808-取样滑动杆、809-滑动板、810-滑动杆、811-第一手爪杆、812-第二手
爪杆、813-手爪滑动座、814-螺纹丝杠、815-第三电机、9-驱动模块、901-第四电机、902-第
一链轮、903-履带、904-第二链轮、905-第五电机、10-取样口、11-样品装载箱、12-砝码配重
模块、13-牵引座、14-牵引环、15-牵引绳。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1，本发明实施例中，一种底泥取样机器人，包括外壳1、照明灯2、旋转摄
像头3、电池密封罩4、锂电池5、控制模块6、桁架模块7、取样探测模块8、驱动模块9、取样口
10、样品装载箱11、砝码调节模块12、牵引座13、牵引环14和牵引绳15，所述外壳1上方安装
有照明灯2，所述外壳1前端面上方安装有旋转摄像头3，所述旋转摄像头3后端面设置有电
池密封罩4，所述电池密封罩4内部安装有锂电池5；
所述外壳1内部左侧端面安装有控制模块6，所述控制模块6包括密封箱601、单片
机602、第一伺服驱动器603、第二伺服驱动器604、第三伺服驱动器605、第四伺服驱动器
606、第五伺服驱动器607、第六伺服驱动器608，第七伺服驱动器609，信号发射器610、信号
接收器611和GPS定位器612，所述单片机602分别与第一伺服驱动器603、第二伺服驱动器
604、第三伺服驱动器605、第四伺服驱动器606、第五伺服驱动器607、第六伺服驱动器608、
第七伺服驱动器609、信号发射器610、信号接收器611和GPS定位器612通过信号线连接；
所述外壳1内部前端面与后端面之间安装有桁架模块7，所述桁架模块7包括水平
板701、第一齿轮702、第一电机703、滑动块704、第二电机705、第二齿轮706和竖直板707，所
述水平板701安装在外壳1内部前端面与后端面之间，所述水平板701上方与第一齿轮702啮
合，所述第一齿轮702安装在第一电机703上，所述第一电机703安装在滑动块704左侧，所述
滑动块704右侧安装有第二电机705，所述第二电机705上安装有第二齿轮706，所述第二齿
轮706与竖直板707上的齿啮合；
所述桁架模块7下方安装有取样探测模块8，所述取样探测模块8包括压力传感器
801、固定柱802、安装板803、探测固定杆804、探测器805、钻头806、取样器主体807、取样滑
动杆808、滑动板809、滑动杆810、第一手爪杆811、第二手爪杆812、手爪滑动座813、螺纹丝
杠814和第三电机815，所述竖直板707下端面安装有压力传感器801，所述压力传感器801下
端面安装有固定柱802，所述固定柱802下端面安装有安装板803，所述安装板803右侧下方
安装有探测固定杆804，所述探测固定杆804下方安装有探测器805，所述探测器805下方安
装有钻头806，所述安装板803左侧安装有取样器主体807，所述取样器主体807上方设置有
取样滑动杆808，所述取样滑动杆808上端连接滑动板809，所述滑动板809开有圆孔与固定
柱802间隙配合，所述滑动板809下端设置有关于固定柱802对称安装的滑动杆810，所述滑
动杆810下方滑动连接第一手爪杆811，所述第一手爪杆811的另一端滑动连接第二手爪杆
812，所述第二手爪杆812上端滑动连接手爪滑动座813，所述手爪滑动座813安装在安装板
803上，所述滑动板809左侧设置有螺纹孔，所述螺纹孔与螺纹丝杠814连接，所述螺纹丝杠
814与第三电机815通过联轴器连接；
所述外壳1左右两侧各设置有一个驱动模块9，所述驱动模块9包括第四电机901、
第一链轮902、履带903、第二链轮904和第五电机905，所述第四电机901安装在外壳1左右两
侧前端，所述第四电机901与第一链轮902连接，所述第一链轮902与履带903一端啮合，所述
履带903另一端与第五电机905啮合，所述第五电机905安装在外壳1左右两侧后端；所述外
壳1下端面开有取样口10，所述外壳1内部底板上安装有样品装载箱11，所述外壳1下端面安
装有砝码配重模块12，所述电池密封罩4右上方安装有牵引座13，所述牵引座13嵌套安装有
牵引环14，所述牵引环14连接有牵引绳15。
所述锂电池5通过逆变器为整个设备供电，所述单片机602输出端通过第一伺服驱
动器603、第二伺服驱动器604、第三伺服驱动器605、第四伺服驱动器606、第五伺服驱动器
607、第六伺服驱动器608、第七伺服驱动器609分别控制第一电机703、第二电机705、第三电
机815、两个第四电机901、两个第五电机905，所述单片机602通过继电器控制照明灯2，所述
旋转摄像头3将数据传输至单片机602，并由单片机602存储于储存器中，所述压力传感器
801一路随时间将信号传输至单片机602，单片机602并据此转化成第二伺服驱动器604的信
号控制第二电机705，所述第一电机703、第二电机705、第三电机815、两个第四电机901、两
个第五电机905表面进行防水防锈处理，所述砝码配重模块12包括砝码配重箱和砝码，所述
砝码配重箱内可添加或减少砝码数量，所述GPS定位器612可通过卫星扫所经纬度和海拔高
程并将信号传输至单片机602并存储于储存器中。
本发明的工作原理是：首选，将底泥取样机器人中的锂电池5进行充电，将该装置
放入河底，所述锂电池5通过逆变器为整个设备供电，单片机602控制第四伺服驱动器606、
第五伺服驱动器607、第六伺服驱动器608、第七伺服驱动器609控制两个第四电机901、两个
第五电机905转动，通过第一链轮902、履带903和第二链轮904在河底移动，所述单片机602
通过继电器控制照明灯2，所述旋转摄像头3将数据传输至单片机602，并由单片机602存储
于储存器中，通过信号发射器610和信号接收器611与水上终端进行信息交互，进行取样探
测作业时，通过所述桁架模块7上第一电机703、第一齿轮702带动取样探测模块8进行水平
移动，通过所述桁架模块7上第二电机705、第二齿轮706带动取样探测模块8进行垂直移动，
所述竖直板707下端面安装有压力传感器801，所述压力传感器801实时将压力传输至单片
机602，所述单片机602据此判断探测器805已经伸入土壤内，探测器805将采集到的信号发
送至单片机602，单片机602综合判断是否进行样品采集，进行采集作业时，第三电机815，带
动螺纹丝杠814，从而带动滑动板809在固定柱802上滑动，带动两根滑动杆810和取样滑动
杆808滑动，所述两根滑动杆810带动第一手爪杆811、第二手爪杆812抓取一定的泥沙及碎
石，取样滑动杆808通过抽取取样器主体807中滑塞抽取质地细腻的泥状尾砂或底泥，然后，
通过所述桁架模块7上第二电机705、第二齿轮706带动取样探测模块8进行垂直向上移动，
通过所述桁架模块7上第一电机703、第一齿轮702带动取样探测模块8进行水平向左移动，
将采集的样品放入至样品装载箱11中，所述砝码配重模块12包括砝码配重箱和砝码，所述
砝码配重箱内可添加或减少砝码数量，保证行走稳固，质量越大越稳，所述GPS定位器612可
通过卫星扫所经纬度和海拔高程并将信号传输至单片机602并存储于储存器中。
本发明结构新颖，设计科学，结构合理，本装置自动化程度高，集自行移动、探测、
采集样品、摄像功能，进行防水防锈处理，使用寿命长，通过压力传感器801，探测器805，保
障了取样的准确性，同时，取样方便快捷，节约了人力成本，遥控式底泥取样大大降低河道
内部取样的难度，提高安全性及取样深度的准确性，所述砝码配重箱内可添加或减少砝码
数量，保证行走稳固，质量越大越稳，所述GPS定位器612可通过卫星扫所经纬度和海拔高程
并将信号传输至单片机602并存储于储存器中，准确掌握设备取样位置，添加了牵引绳15，
在水流湍急处防止机器人被水流冲走。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范
围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容作出的等
同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。