本发明涉及智能装备领域，具体涉及一种潮间带沉积物分析采样智能机器人。
背景技术：
潮间带是陆、海交汇处一个狭窄但具有很高生产力的区域,是典型的两相地带。其范围包括从最高高潮水面至最低低潮水面之间的区域。由于潮间带一般富含有机质，是许多软体动物和甲壳类动物栖息的重要场所，也是发展人工养殖的核心区域。因此，对潮间带沉积物采样分析并进行调查和研究，对环境保护和渔获量评价具有重要意义。
然而，在沙质和泥质潮间带，土壤松软湿滑，凹凸不平，泥潭分布众多，现有的人工采样和原位观测方法均需要人现场查勘，危险性极大，且费时费力。因此迫切需要进行智能自动化采样和原位观测。而目前并无相关产品，这也严重限制了潮间带的研究和开发。
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种潮间带沉积物分析采样智能机器人，可按设定路线运动，也可遥控指挥。具有适用于潮间带地形和盐度的前进履带，可自动采集沉积物样品，自动原位分析关键参数。实时观察地形和潮水，并实时发回数据和图像等功能。
技术实现要素：
为了达到上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
本发明首先提供了一种潮间带沉积物分析采样智能机器人，其包括观察模块、通讯及定位模块、分析模块、采样模块、数据采集控制模块、供电模块和履带车底盘,所述履带车底盘中间区域为设备承载区，所述观察模块、通讯及定位模块、分析模块、采样模块、数据采集控制模块、供电模块均设置在设备承载区上；
所述履带车底盘包括设备承载区、位于设备承载区两侧的两个履带单元，每个履带单元均包括履带、履带驱动机构、至少一个主动轮和若干从动轮；履带驱动机构与所述主动轮相连驱动履带运动；
所述观察模块布置在设备承载区的前部，用于获取图像信息；
所述的分析模块、采样模块、供电模块均位于设备承载区的中下部，使机器人重心降低，其中分析模块包括第一直线推杆电机和多参数传感器,所述第一直线推杆电机设置在设备承载区的底部，多参数传感器位于第一直线推杆电机的推杆端部；所述采样模块包括第二直线推杆电机和沉积物柱状采样器，所述第二直线推杆电机设置在设备承载区的底部，沉积物柱状采样器位于第二直线推杆电机的推杆端部；
所述供电模块为智能机器人各用电模块供电，
所述通讯定位模块和数据采集控制模块位于设备承载区的后部，其中通讯定位模块与岸上操作终端进行无线通信；所述数据采集控制模块分别与观察模块、分析模块、采样模块相连获取各模块采集的信息并进行控制，所述数据采集控制模块还分别与通讯及定位模块、履带驱动机构相连。
进一步的，所述的观察模块包括广角摄像头和无线通信模块，所述无线通信模块可直接与岸上操作终端进行无线连接以实时传输广角摄像头拍摄的图像信息。
进一步的，所述的机器人还包括清洗模块，所述清洗模块安装于设备承载区的底部，并位于所述采样模块和分析模块的侧方，所述清洗模块包括高压龙头和水箱，所述高压龙头朝向多参数传感器和沉积物柱状采样器。
进一步的，所述的履带为橡胶材料，履带表面具有凸起花纹；所述主动轮和从动轮为尼龙材料。
进一步的，两个履带单元上的两个履带驱动机构均为直流减速电机，且各自独立驱动其连接的主动轮，两个直流减速电机可实现差速转向；电机出轴处采用机械密封结构。
进一步的，所述的沉积物柱状采样器的前端为内凹莲花瓣式弹片结构；内凹莲花瓣式结构的后端连接中空的采样管。
进一步的，所述的第二直线推杆电机的前端设有多个沉积物柱状采样器。
本发明还提供了一种潮间带沉积物分析采样智能机器人的自动采集方法：
预先设置采样经纬度，岸上终端与机器人通过通讯及定位模块进行信号传输，由机器人实时发回行进轨迹、位置、数据信息；
机器人按预先设置的坐标行进；观察模块持续工作，采集图像信息，当图像信息中的前方障碍物高度高于设定的安全过障阈值时，判断为前方存在障碍物，此时数据采集控制模块控制两个履带单元做差速运动进行转向，转向后前进设定距离，再重新转向定位至指定站位方向并行驶；若检测到的前方物体低于设定的安全过障阈值时，则直接按原路线行进；
至指定站位后，根据预设需求，分析模块中的第一直线步进电机带动多参数传感器由安全高度缓缓下降至测定高度，使得多参数传感器插入水潭或沉积物中，多参数传感器获得的环境数据被采集至数据采集模块中，并通过通讯及定位模块发送至岸上终端；完成测定时，分析模块中的第一直线步进电机再次带动传感器上升至安全高度
根据预设需要，若需采样，采样模块中的第二直线步进电机驱动柱状采样器插入沉积物一定深度，沉积物将通过沉积物柱状采样器进入采样管中；沉积物柱状采样器为内凹弹钢片莲花瓣结构，沉积物挤压进入采样管后受弹钢片支撑只进不出；采样后，第二直线电机驱动采样器上升收缩至履带车内部，完成一次沉积物采样；
机器人继续前进至下一个指定站位，按任务进行采样或分析。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明由于采用了以上的技术方案，智能机器人具有两种工作模式，其中自动模式下机器人可以按设定路线自动运动并进行采样，在手动模式下，可以通过岸端操作终端遥控指挥行进和采样。在自动模式下，观察模块可根据前方障碍物的高度判断是否进行绕行操作实现障碍物的规避，分析模块和采样模块则可根据指定站位的采样需求选择进行分析或进行采样。其中，分析模块的多传感器采样数据可以实时传输给岸端操作终端。当岸上终端根据传感器数据认为需要进行采样时，可控制操作采样模块进行采样。
本发明的机器人具有适用于潮间带地形和盐度的前进履带，可自动采集沉积物样品，自动原位分析关键参数。本发明可以满足潮间带自动定点分析采样，可大大节省人力等其他成本，保障人员安全，高效完成采样分析任务。
附图说明
图1潮间带沉积物分析采样智能机器人结构示意图；
图2分析模块示意图；
图3采样模块示意图；
图4莲花瓣俯视图
图5沉积物采样时莲花瓣工作示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种潮间带沉积物分析采样智能机器人的具体实施例，包括观察模块1、通讯及定位模块2、分析模块3、采样模块4、数据采集模块5、供电模块6、动力控制模块7、履带车底盘8、清洗模块9。
所述观察模块1包括270°广角摄像头和无线通信模块，所述无线通信模块可直接与岸上操作终端进行无线连接以实时传输广角摄像头拍摄的图像信息，观察模块也可将图像信息传输给数据采集控制模块5，再通过通讯及定位模块2传输给岸上操作终端。观察模块1可在履带车整体运行时实时传输图像，通过图像不断计算前方障碍物高度，与自身过障能力(高度)比较。在本实施例中，当障碍物高度大于自身过障能力时，自动向右(左)转向45度后前进5米，定位至目标站位自行转向并行驶，从而实现自动避障功能。
所述通讯及定位模块2包括无线通信模块和gps模块，可以实时采集位置信息，并可将环境测定数据一起通过4g/5g信号或卫星通讯传输至操作终端。
如图2所示，所述分析模块3包括多参数传感器和第一直线步进电机，多参数传感器可测参数包括沉积物温度、盐度、溶解氧、ph等，可实时测定沉积物环境变化。多参数传感器通过第一直线步进电机可上下升降，当履带车运行时，传感器上升至安全高度。至指定位置时，第一直线步进电机可驱使多参数传感器下降至现场沉积物或水样品中，至完成测定时再次驱动传感器上升至安全高度。
所述采样模块4包括直线推杆电机和三个单管沉积物柱状采样器，每个采样器前端为内凹莲花瓣式弹片结构，莲花瓣在初始状态下可以闭合中空管，且其只能向内运动以打开中空管供样品进入，如图3-5所示。当履带车到达指定位置，直线推杆电机驱动采样器插入沉积物一定深度，由于履带车自身重力作用，沉积物将通过莲花瓣挤压进入聚碳酸酯采样管中。如图5，由于莲花瓣为内凹弹钢片结构，沉积物进入采样管后将受复位后的弹钢片支撑，保存至采样管中。然后直线电机驱动采样器上升收缩至履带车内部，完成一次沉积物采样。另外两个单管采样器可继续重复相同采样步骤。
所述数据采集模块5可通过各类传感器采集履带车位置信息、图像信息、环境参数信息，并将数据打包传输至通讯及定位模块。
所述供电模块6为履带车底盘和其他模块供电，可满足至少2个小时的运行时间，具体可根据需要增加电池容量。
所述履带车底盘8包括设备承载区、位于设备承载区两侧的两个履带单元，每个履带单元均包括履带、动力模块7和若干从动轮(导轮)；所述动力模块7包括两个直流减速电机、两个主动轮轮，主动轮为尼龙材料。两个直流减速电机驱动主动轮，可进行差速转向。电机出轴处采用机械密封结构，防止海水和泥沙进入电子仓和电机，所述主动轮相连驱动履带运动。
所述履带车底盘8的设备承载区承载其他模块，履带为橡胶材料，宽度为20cm，具有凸起花纹。导轮为尼龙材料。适用于潮间带各类地形，不会陷入或翻车，可防海水腐蚀。
所述清洗模块9包括高压龙头和水箱，可装载蒸馏水，手动或自动对多参数传感器和采样器喷淋清洗，去除泥沙和海水。
潮间带沉积物分析采样智能机器人(以下简称机器人)有两种操作模式。手动模式是利用遥控器控制机器人的前进、后退、转向、采样、分析等动作，同时可实时回传现场图像和位置、数据等信息。
自动模式是预先设置采样经纬度和操作指令，由机器人自动完成采样、分析和行进等动作，并实时发回行进轨迹、位置、数据等信息。以自动模式为例，机器人按预先设置的坐标行进于泥滩中。观察模块1持续工作，判断前方是否存在较大的障碍石块；若有，则规避通行。通讯及定位模块2实时发送位置信息，通过与预设位置比较，自动校正行进路线。至指定站位后，根据预设具体需求，分析模块3中的第一直线步进电机10带动多参数传感器11由安全高度缓缓下降至测定高度，使得传感器插入水潭或沉积物中，环境数据则被采集至数据采集模块5中，并通过通讯及定位模块2发送至岸上终端。完成测定时，分析模块3中的第一直线步进电机再次带动传感器上升至安全高度。根据预设需要，若需采样，采样模块4中的第二直线步进电机10驱动柱状采样器12插入沉积物一定深度，沉积物将通过莲花瓣13进入聚碳酸酯采样管14中。如图4和5，由于莲花瓣为内凹弹钢片结构，沉积物挤压进入聚碳酸酯采样管14后受弹钢片支撑，抬升采样器12时，只进不出。直线电机驱动采样器上升收缩至履带车内部，完成一次沉积物采样，沉积物由岸上实验室设备分析。机器人继续前进至下一个指定站位，按任务进行采样或分析。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
1.一种潮间带沉积物分析采样智能机器人，其特征在于，包括观察模块(1)、通讯及定位模块(2)、分析模块(3)、采样模块(4)、数据采集控制模块(5)、供电模块(6)和履带车底盘(8),所述履带车底盘中间区域为设备承载区，所述观察模块(1)、通讯及定位模块(2)、分析模块(3)、采样模块(4)、数据采集控制模块(5)、供电模块(6)均设置在设备承载区上；
所述履带车底盘(8)包括设备承载区、位于设备承载区两侧的两个履带单元，每个履带单元均包括履带、履带驱动机构、至少一个主动轮和若干从动轮；履带驱动机构与所述主动轮相连驱动履带运动；
所述观察模块布置在设备承载区的前部，用于获取图像信息；
所述的分析模块、采样模块、供电模块均位于设备承载区的中下部，使机器人重心降低，其中分析模块包括第一直线推杆电机和多参数传感器,所述第一直线推杆电机设置在设备承载区的底部，多参数传感器位于第一直线推杆电机的推杆端部；所述采样模块包括第二直线推杆电机和沉积物柱状采样器，所述第二直线推杆电机设置在设备承载区的底部，沉积物柱状采样器位于第二直线推杆电机的推杆端部；
所述供电模块为智能机器人各用电模块供电，
所述通讯定位模块和数据采集控制模块位于设备承载区的后部，其中通讯定位模块与岸上操作终端进行无线通信；所述数据采集控制模块(5)分别与观察模块(1)、分析模块(3)、采样模块(4)相连获取各模块采集的信息并进行控制，所述数据采集控制模块(5)还分别与通讯及定位模块(2)、履带驱动机构相连。
2.根据权利要求1所述的潮间带沉积物分析采样智能机器人，其特征在于，所述的观察模块包括广角摄像头和无线通信模块，所述无线通信模块可直接与岸上操作终端进行无线连接以实时传输广角摄像头拍摄的图像信息。
3.根据权利要求1所述的潮间带沉积物分析采样智能机器人，其特征在于，所述的机器人还包括清洗模块，所述清洗模块安装于设备承载区的底部，并位于所述采样模块和分析模块的侧方，所述清洗模块包括高压龙头和水箱，所述高压龙头朝向多参数传感器和沉积物柱状采样器。
4.根据权利要求1所述的潮间带沉积物分析采样智能机器人，其特征在于，所述的履带为橡胶材料，履带表面具有凸起花纹；所述主动轮和从动轮为尼龙材料。
5.根据权利要求1所述的潮间带沉积物分析采样智能机器人，其特征在于，两个履带单元上的两个履带驱动机构均为直流减速电机，且各自独立驱动其连接的主动轮，两个直流减速电机可实现差速转向；电机出轴处采用机械密封结构。
6.根据权利要求1所述的潮间带沉积物分析采样智能机器人，其特征在于，所述的沉积物柱状采样器的前端为内凹莲花瓣式弹片结构；内凹莲花瓣式结构的后端连接中空的采样管。
7.根据权利要求6所述的潮间带沉积物分析采样智能机器人，其特征在于，所述的第二直线推杆电机的前端设有多个沉积物柱状采样器。
8.一种权利要求1所述的潮间带沉积物分析采样智能机器人的自动采集方法，其特征在于包括：
预先设置采样经纬度，岸上终端与机器人通过通讯及定位模块进行信号传输，由机器人实时发回行进轨迹、位置、数据信息；
机器人按预先设置的行进路线行进；观察模块持续工作，采集图像信息，当图像信息中的前方物体高度高于设定的安全过障阈值时，判断为前方存在障碍物，此时数据采集控制模块(5)控制两个履带单元做差速运动进行转向，转向后前进设定距离，再重新转向定位至指定站位方向并行驶；若检测到的前方物体低于设定的安全过障阈值时，则直接按原路线行进；
至指定站位后，根据预设需求，分析模块中的第一直线步进电机带动多参数传感器由安全高度缓缓下降至测定高度，使得多参数传感器插入水潭或沉积物中，多参数传感器获得的环境数据被采集至数据采集模块中，并通过通讯及定位模块发送至岸上终端；完成测定时，分析模块中的第一直线步进电机再次带动传感器上升至安全高度
根据预设需要，若需采样，采样模块中的第二直线步进电机驱动柱状采样器插入沉积物一定深度，沉积物将通过沉积物柱状采样器进入采样管中；沉积物柱状采样器为内凹弹钢片莲花瓣结构，沉积物挤压进入采样管后受弹钢片支撑只进不出；采样后，第二直线电机驱动采样器上升收缩至履带车内部，完成一次沉积物采样；
机器人继续前进至下一个指定站位，按任务进行采样或分析。
技术总结