权利要求
1.一种探矿用矿样采集装置，其特征在于，包括履带移动平台、智能控制系统、机械臂系统、样本存储单元和传感器模块;所述智能控制系统包括分别与履带移动平台、机械臂系统、样本存储单元和传感器模块连接的车载控制器和与车载控制器无线连接的控制终端;所述机械臂系统包括机械臂，所述机械臂上设置有多功能采集头，所述多功能采集头包括钻探头、切割头和抓取头;所述样本存储单元包括存储箱;所述传感器模块包括地质雷达、温湿度传感器、压力传感器和光谱分析仪。
2.根据权利要求1所述的探矿用矿样采集装置，其特征在于，所述履带移动平台采用远程遥控式电动履带平台，所述履带移动平台上设置有GPS定位系统和自动导航系统。
3.根据权利要求1所述的探矿用矿样采集装置，其特征在于，所述机械臂采用多关节设计，具有6个自由度;所述机械臂内设置有力反馈传感器。
4.根据权利要求3所述的探矿用矿样采集装置，其特征在于，所述机械臂采用AI视觉机械臂。
5.根据权利要求1所述的探矿用矿样采集装置，其特征在于，所述钻探头采用水冷模式。
6.根据权利要求1所述的探矿用矿样采集装置，其特征在于，所述存储箱包括温控箱体和与温控箱体转动连接的箱盖，温控箱体连接有电缸，电缸与箱盖连接。
7.根据权利要求6所述的探矿用矿样采集装置，其特征在于，所述存储箱至少设置有两个。
8.一种采用权利要求1所述的探矿用矿样采集装置的矿样采集方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤S1，操作人员通过远程控制终端启动装置，履带移动平台的GPS定位系统确定当前位置，并根据预设的勘探路线规划行进路径，自动导航功能引导履带移动平台前往目标区域;
步骤S2，到达目标区域后，传感器模块中的地质雷达启动，对地下矿体分布进行扫描，生成地下结构的三维模型;温湿度传感器和压力传感器实时监测地表及地下环境参数;车载控制器根据地质雷达和传感器数据，分析矿体分布情况，确定最佳采样点;
步骤S3，机械臂系统根据车载控制器的指令，移动到目标采样点上方;机械臂末端的力反馈传感器实时监测位置和受力情况，钻探头启动，根据地质条件选择合适的钻探模式，钻头以预设的钻速和深度进行作业，冷却装置防止钻头过热;钻探完成后，机械臂末端的多功能采集头切换至抓取头，将矿样从钻孔中提取出来;
步骤S4，机械臂将提取的矿样被送入传感器模块中的光谱分析仪，进行初步成分分析，分析结果实时传输至车载控制器，用于判断样本类型和质量，根据光谱分析结果，车载控制器对样本分类;
步骤S5，分类后的矿样被机械臂送入相对应的存储箱内;同时分类数据通过无线传输发送至控制终端;
步骤S5，采集完成后，车载控制器根据控制终端的指令或者自动规划下一步勘探路线，继续执行新的采集任务。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及矿样采集技术领域，具体涉及一种探矿用矿样采集装置及方法。
背景技术
[0002]在矿产资源勘探领域，矿样采集是获取地质信息、分析矿体成分和评估资源储量的关键步骤，传统的矿样采集方法主要依赖人工操作或简单的机械设备，这些方法在复杂地质条件下存在诸多局限性。
[0003]适应性差：复杂地质条件(如坚硬岩层、松散土层等)对采集设备的要求极高，传统设备难以满足多样化需求。
[0004]效率低：传统设备功能单一，作业效率低下。
[0005]人工劳动量大：人工操作劳动量大，且只能适用于小规模勘探任务。
[0006]因此，开发一种适应性强、效率高、人工劳动量小的智能化矿样采集装置具有重要的现实意义。
发明内容
[0007]针对现有技术的上述不足，本发明提供一种探矿用矿样采集装置及方法;该探矿用矿样采集装置及方法是专为探矿矿样采集设计而成，本方案对矿样采集设备进行智能化设计，利用远程遥控技术进行探矿矿样采集，适应性强、效率高且人工劳动量小。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供的一种探矿用矿样采集装置，包括履带移动平台、智能控制系统、机械臂系统、样本存储单元和传感器模块;所述智能控制系统包括分别与履带移动平台、机械臂系统、样本存储单元和传感器模块连接的车载控制器和与车载控制器无线连接的控制终端;所述机械臂系统包括机械臂，所述机械臂上设置有多功能采集头，所述多功能采集头包括钻探头、切割头和抓取头;所述样本存储单元包括存储箱;所述传感器模块包括地质雷达、温湿度传感器、压力传感器和光谱分析仪。
[0009]本发明进一步改进中，所述履带移动平台采用远程遥控式电动履带平台，所述履带移动平台上设置有GPS定位系统和自动导航系统。
[0010]本发明进一步改进中，所述机械臂采用多关节设计，具有6个自由度;所述机械臂内设置有力反馈传感器。
[0011]本发明进一步改进中，所述机械臂采用AI视觉机械臂，所述AI视觉机械臂包括高分辨率摄像头和图像识别算法，用于实时识别采样点位置及矿样形态，并通过车载控制器调整机械臂运动轨迹。
[0012]本发明进一步改进中，所述钻探头采用水冷模式。
[0013]本发明进一步改进中，所述存储箱包括温控箱体和与温控箱体转动连接的箱盖，温控箱体连接有电缸，电缸与箱盖连接。
[0014]本发明进一步改进中，所述存储箱至少设置有两个。
[0015]本发明提供的一种采用所述的探矿用矿样采集装置的矿样采集方法，包括以下步骤，
步骤S1，操作人员通过远程控制终端启动装置，履带移动平台的GPS定位系统确定当前位置，并根据预设的勘探路线规划行进路径，自动导航功能引导履带移动平台前往目标区域;
步骤S2，到达目标区域后，传感器模块中的地质雷达启动，对地下矿体分布进行扫描，生成地下结构的三维模型;温湿度传感器和压力传感器实时监测地表及地下环境参数;车载控制器根据地质雷达和传感器数据，分析矿体分布情况，确定最佳采样点;
步骤S3，机械臂系统根据车载控制器的指令，移动到目标采样点上方;机械臂末端的力反馈传感器实时监测位置和受力情况，钻探头启动，根据地质条件选择合适的钻探模式，钻头以预设的钻速和深度进行作业，冷却装置防止钻头过热;钻探完成后，机械臂末端的多功能采集头切换至抓取头，将矿样从钻孔中提取出来;
步骤S4，机械臂将提取的矿样被送入传感器模块中的光谱分析仪，进行初步成分分析，分析结果实时传输至车载控制器，用于判断样本类型和质量，根据光谱分析结果，车载控制器对样本分类;
步骤S5，分类后的矿样被机械臂送入相对应的存储箱内;同时分类数据通过无线传输发送至控制终端;
步骤S5，采集完成后，车载控制器根据控制终端的指令或者自动规划下一步勘探路线，继续执行新的采集任务。
[0016]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明是专为探矿矿样采集设计而成，本方案对矿样采集设备进行智能化设计，利用远程遥控技术进行探矿矿样采集，适应性强、效率高且人工劳动量小。
附图说明
[0017]为更清楚地说明背景技术或本发明的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式中结合使用的附图作简单地介绍;显而易见地，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
[0018]图1为本发明具体实施方式的实施流程示意图。
[0019]图2为本发明具体实施方式的结构示意图。
[0020]图中所示：1、履带移动平台;2、机械臂2;3、光谱分析仪;4、存储箱。
具体实施方式
[0021]为了使本技术领域的人员更好的理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0022]同时，本说明书中所引用的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0023]同时，在本说明书的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0024]在矿产资源勘探领域，矿样采集是获取地质信息、分析矿体成分和评估资源储量的关键步骤，传统的矿样采集方法主要依赖人工操作或简单的机械设备，这些方法在复杂地质条件下存在诸多局限性。
[0025]适应性差：复杂地质条件(如坚硬岩层、松散土层等)对采集设备的要求极高，传统设备难以满足多样化需求。
[0026]效率低：传统设备功能单一，作业效率低下。
[0027]人工劳动量大：人工操作劳动量大，且只能适用于小规模勘探任务。
[0028]因此，开发一种适应性强、效率高、人工劳动量小的智能化矿样采集装置具有重要的现实意义。
[0029]而本申请的设计构思就是设计一款智能化探矿机器人，利用远程遥控技术进行探矿矿样采集，适应性强、效率高且人工劳动量小。
[0030]如图1所示，本申请提供一种探矿用矿样采集装置，包括履带移动平台1、智能控制系统、机械臂系统、样本存储单元、传感器模块、模块化可扩展工具接口和环境自适应能源管理系统。
[0031]履带移动平台1，采用远程遥控式电动履带结构，表面覆盖柔性太阳能薄膜，履带驱动轮轴集成动能回收装置。
[0032]所述智能控制系统包括分别与履带移动平台1、机械臂系统、样本存储单元和传感器模块连接的车载控制器和与车载控制器无线连接的控制终端;所述车载控制器通过5G通信模块与各子系统连接，内置自适应地质匹配算法模块和区块链数据存证系统。
[0033]所述区块链数据存证系统采用Hyperledger Fabric架构，包括本地节点和云端节点，矿样数据经SHA-256加密后生成唯一哈希值，并通过智能合约实现司法机构验证。
[0034]所述机械臂系统包括机械臂2，所述机械臂2上设置有多功能采集头，所述多功能采集头包括钻探头(水冷钻探头)、切割头和抓取头(可支持钻探、切割、抓取等多种操作模式)
所述传感器模块包括地质雷达、温湿度传感器、压力传感器和光谱分析仪3，所述地质雷达安装于履带移动平台底部，通过RS485接口与车载控制器连接;地质雷达用于探测地下矿体分布，探测深度为100米，分辨率为1厘米;温湿度传感器和压力传感器用于实时监测地质环境;光谱分析仪3用于对采集的矿样进行初步成分分析，为后续实验室研究提供参考，光谱分析仪3支持可见光和红外光谱分析，精度为0.1nm。
[0035]样本存储单元，至少包括两个存储箱，所述存储箱通过电缸驱动箱盖开闭，并设于履带移动平台中部;存储箱可更利于保持矿样原始特性(如湿度、温度)，避免样本变质;双箱及以上设计支持分类存储，提升作业效率。
[0036]模块化可扩展工具接口，设于主机械臂末端，采用磁吸式快拆结构，包含12针镀金电气触点(电源3针、数据4针、接地5针)，支持更换土壤重金属检测仪或地下水采样管;模块化可扩展工具接口即采用标准化快拆接口支持扩展工具(如重金属检测仪、地下水采样管)，可快速切换功能模块，实现一机多用(探矿、环境监测、灾害预警)，降低设备成本;所述模块化可扩展工具接口的最大承载电流为10A，支持即插即用，更换工具时通过车载控制器自动加载对应控制程序。
[0037]环境自适应能源管理系统，包括柔性太阳能薄膜、动能回收装置和电源管理单元，所述太阳能薄膜通过DC-DC转换器与车载控制器的电源管理单元连接。
[0038]所述电源管理单元根据任务优先级动态分配电力，钻探作业时优先供能机械臂系统，光谱分析时优先供能传感器模块;根据任务优先级优化能耗(如钻探时优先供能机械臂)，续航时间延长至72小时。
[0039]其中，所述履带移动平台1上设置有GPS定位系统和自动导航系统，所述自动导航系统基于SLAM算法实时规划路径，能够按照预设路线进行作业，实现高精度自主导航，适应复杂地形，减少人工干预;履带移动平台1可适应复杂地形，便于探矿;履带移动平台1内置锂电池或者蓄电池电源系统。
[0040]其中，所述机械臂2采用多关节设计，具有至少6个自由度，能够在三维空间内灵活运动;所述机械臂2内设置有力反馈传感器，实时监测采集过程中的受力情况，避免损坏样本或设备。
[0041]其中，所述机械臂2采用AI视觉机械臂，更便于将视觉信息输送至控制终端的操作人员;所述AI视觉机械臂包括高分辨率工业摄像头和基于卷积神经网络的图像识别算法，用于实时识别采样点位置及矿样形态，并通过车载控制器调整机械臂运动轨迹，机械臂2可采用亚博智能DOFBOT-SE AI视觉机械臂，DOFBOT-PRO AI视觉机械臂等，使用者也可采用其他型号AI视觉机械臂，具体选用，使用者依据自身情况自行选购决定。
[0042]或者机械臂系统，包括主机械臂和副机械臂，所述主机械臂通过螺栓固定于履带移动平台前端的安装基座，具有6个自由度，末端设有多功能采集头，所述副机械臂通过滑轨安装于履带移动平台后部，末端搭载微型激光切割头;其中，所述主机械臂为搭载高分辨率工业摄像头和基于卷积神经网络的图像识别算法的AI视觉机械臂，所述副机械臂的激光切割头功率范围为10-100W，通过PID控制器调节输出;所述主机械臂与副机械臂的间距为1.2米，两者通过5G通信模块实现动作同步，延迟≤50ms;通过低延迟通信实现双臂协同，减少采样时间;激光功率自适应调节，适应不同硬度矿样(如从软质黏土到硬质花岗岩)。
[0043]其中，所述钻探头采用水冷模式，防止钻头过热损坏，确保钻头在高温环境下正常工作，水冷钻探头内置温度传感器，与自适应地质匹配算法模块联动控制冷却液流量，水冷钻探头与温度传感器联动，有效控制钻头温度(≤80℃)，延长钻头寿命，适应高温地层连续作业。
[0044]其中，所述存储箱4包括温控箱体和与温控箱体转动连接的箱盖，温控箱体连接有电缸，电缸与箱盖连接;其中，所述存储箱4至少设置有两个;存储箱4直接购买成品小型冰箱、冷藏箱即可。
[0045]如图2所示，本申请提供一种探矿用矿样采集装置的矿样采集方法，包括以下步骤，
步骤S1，操作人员通过远程控制终端启动装置，履带移动平台1的GPS定位系统确定当前位置，并根据预设的勘探路线规划行进路径，自动导航功能引导履带移动平台1前往目标区域;
步骤S2，到达目标区域后，传感器模块中的地质雷达启动，对地下矿体分布进行扫描，生成地下结构的三维模型，自适应地质匹配算法模块结合压力传感器数据动态调整钻探参数;温湿度传感器和压力传感器实时监测地表及地下环境参数;车载控制器根据地质雷达和传感器数据，分析矿体分布情况，确定最佳采样点;
步骤S3，机械臂系统根据车载控制器的指令，移动到目标采样点上方;机械臂2末端的力反馈传感器实时监测位置和受力情况，钻探头启动，根据地质条件选择合适的钻探模式，钻头以预设的钻速和深度进行作业，冷却装置防止钻头过热;钻探完成后，机械臂2末端的多功能采集头切换至抓取头，将矿样从钻孔中提取出来;
步骤S4，机械臂2将提取的矿样被送入传感器模块中的光谱分析仪3，进行初步成分分析，分析结果实时传输至车载控制器，用于判断样本类型和质量，根据光谱分析结果，车载控制器对样本分类，数据经区块链系统加密存证;
步骤S5，分类后的矿样被机械臂2送入相对应的存储箱4内;同时分类数据通过无线传输发送至控制终端;
步骤S5，采集完成后，电源管理单元实时监控剩余电量，优先保障关键任务模块供电，车载控制器根据控制终端的指令或者自动规划下一步勘探路线，继续执行新的采集任务。
[0046]本申请的优点
适应性强：装置能够适应多种复杂地质条件，满足多样化采集需求。
[0047]精度高：通过智能控制系统和传感器模块的配合，实现高精度矿样采集与分析。
[0048]功能全面：集成了采集、分析、存储和监测功能，提高作业效率。
[0049]智能化：支持远程操控和自动导航，减少人工干预，降低操作难度。
[0050]数据丰富：实时监测地质参数，为探矿作业提供全面的数据支持。
[0051]本发明提供了一种适应性强、精度高、功能全面的多维度智能探矿用矿样采集装置，能够满足复杂地质条件下的矿样采集需求;该装置集成了多种先进技术，实现了矿样采集的智能化和自动化，为矿产资源勘探提供了高效、精准的技术支持。
[0052]尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此，在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
说明书附图(2)
