專利名稱：長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天領(lǐng)域，涉及一種航天器月球登陸探測時使用的月表物質(zhì)采集工具，特別是一種長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置，采用柔性螺旋集輸?shù)姆绞?，實現(xiàn)對月球表面物質(zhì)的采集。
背景技術(shù)：
航天航空是人類探索自然界的前沿工程，走向太空已成為科技強國必不可少的標志，探月工程是我國航天事業(yè)的一個中繼階段，踏出了人類對外星探索的第一步，此階段的成果將為下一步外層空間探索提供寶貴經(jīng)驗，探月工程主要是通過遙測遙感和最終的登月來揭開月球環(huán)境的神秘面紗，登月后要針對月球展開一系列的科研項目，每個環(huán)節(jié)都非常重 要，其中之一就是要獲取月球表面物質(zhì)標本，在低引力環(huán)境下作出動作采集月壤是一件十分不容易的事情，特別是初期無人飛行器登月時，要是通過機械臂動作行程拿舉來完成，但這種傳統(tǒng)機械臂采用的是連桿形式不但質(zhì)量大，需要的功耗也大，可靠性差，所以仍需對這種獲取方式進行技術(shù)改造，使其體積重量更小，性能更好，更適合于在航天空間環(huán)境下采集月壤。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置，用于航天器月球著陸探測時月表物質(zhì)的采集。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置，連接在探測器上，其特征在于設(shè)有采樣單元、活動臂、螺旋集輸通道、收納裝置、柔性旋轉(zhuǎn)體，采樣單元有一管狀殼體，殼體一端為開放口，另一端與活動臂連接，活動臂為中空結(jié)構(gòu)，活動臂與螺旋集輸通道連通，螺旋集輸通道與收納裝置連通，柔性旋轉(zhuǎn)體置于采樣單元、活動臂和螺旋集輸通道的內(nèi)部，柔性旋轉(zhuǎn)體上或柔性旋轉(zhuǎn)體所在通道內(nèi)壁設(shè)有螺旋片，采樣單元殼體開放口端設(shè)有扭片旋切頭，與殼體內(nèi)柔性旋轉(zhuǎn)體連接；活動臂連接有仰俯驅(qū)動單元和擺轉(zhuǎn)驅(qū)動單元，柔性旋轉(zhuǎn)體連接有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元。所述活動臂由臂桿一、臂桿二、臂桿三和保持桿組成空間平行四桿結(jié)構(gòu)；臂桿一與臂桿三平行，臂桿二一端通過彎管和連接件以臂桿一軸線為旋轉(zhuǎn)軸與臂桿一活動連接，臂桿二另一端通過彎管和連接件以臂桿三軸線為旋轉(zhuǎn)軸與臂桿三活動連接；保持桿與臂桿二平行，臂桿一與臂桿三上分別固定連接有支臂，保持桿兩端分別通過銷軸與臂桿一、臂桿三上的支臂活動連接；臂桿一軸線與探測器底面平行，臂桿三通過彎管與采樣單元殼體連通，殼體開放口所在面與探測器底面平行；以臂桿一、臂桿三軸線為軸在臂桿一、臂桿三與臂桿二間分別設(shè)有扭力彈性機構(gòu)。所述仰俯驅(qū)動單元設(shè)有仰俯驅(qū)動電機，仰俯驅(qū)動電機驅(qū)動軸上連接有卷揚器，卷揚器上卷有牽引繩，牽引繩牽引端與活動臂連接；擺轉(zhuǎn)驅(qū)動單元設(shè)有擺轉(zhuǎn)驅(qū)動電機，擺轉(zhuǎn)驅(qū)動電機輸出軸通過傳動部件連接有隨動單元，隨動單元與臂桿一固定連接；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元設(shè)置在臂桿一上，設(shè)有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機通過傳動部件與柔性旋轉(zhuǎn)體驅(qū)動連接。所述收納裝置設(shè)有螺旋固型裝置、封裝容器和火工作動封口機構(gòu)，螺旋固型裝置內(nèi)設(shè)有固型螺旋體，該固型螺旋體與柔性旋轉(zhuǎn)體連接，固型螺旋體上設(shè)有變螺距螺旋凸起。所述采樣單元管狀殼體為錐管狀，柔性旋轉(zhuǎn)體置于殼體內(nèi)部分為錐形旋轉(zhuǎn)體，柔性旋轉(zhuǎn)體上設(shè)有四頭螺旋片。所述螺旋片連接在柔性旋轉(zhuǎn)體所在通道內(nèi)壁上，對應(yīng)螺旋片與通道內(nèi)壁構(gòu)成的螺旋槽在柔性旋轉(zhuǎn)體上設(shè)有螺旋刷毛。所述柔性旋轉(zhuǎn)體在螺旋集輸通道內(nèi)由硬質(zhì)旋轉(zhuǎn)體和軟質(zhì)旋轉(zhuǎn)體固接而成。所述扭力彈性機構(gòu)為渦卷彈簧。本發(fā)明將采集機構(gòu)和輸送機構(gòu)結(jié)合為一體，設(shè)置在一個通道內(nèi)，在驅(qū)動單元的驅(qū)動下可一次完成選址、鉆采、傳輸、收集的工作，結(jié)構(gòu)緊密，質(zhì)量輕，體積小，工作可靠，適于用在月球完成表采工作。


圖I為本發(fā)明實施例安裝在探測器上的整體結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明實施例活動臂鎖緊在探測器上狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明實施例活動臂結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明實施例仰俯驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)示意 圖5為本發(fā)明實施例擺轉(zhuǎn)驅(qū)動單元和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)示意 圖6為本發(fā)明實施例臂桿一內(nèi)部柔性旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)示意 圖7為本發(fā)明實施例采樣單元外殼內(nèi)部錐形柔性旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)示意 圖8為本發(fā)明實施例螺旋固型裝置組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標號名稱1采樣單元；2活動臂；3螺旋集輸通道；4柔性旋轉(zhuǎn)體；5殼體；6螺旋片；7扭片旋切頭；8臂桿一 ；9臂桿二 ；10臂桿三；11保持桿；12支臂；13仰俯驅(qū)動電機；14卷揚器；15牽引繩；16擺轉(zhuǎn)驅(qū)動電機；17旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機；18封裝容器；19火工作動封口機構(gòu)；20固型螺旋體；21渦卷彈簧一 ；22收納裝置；23深采鉆機導軌；24螺旋固型裝置。
具體實施例方式本發(fā)明實施例如圖I至圖8所示，該長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置連接在探測器上，設(shè)有采樣單元I、活動臂2、螺旋集輸通道3、收納裝置22、柔性旋轉(zhuǎn)體4 ;活動臂2由臂桿一 8、臂桿二 9、臂桿三10和保持桿11組成空間平行四桿結(jié)構(gòu)；臂桿一 8、臂桿二 9、臂桿三10為中空結(jié)構(gòu)，臂桿一 8與臂桿三10平行，臂桿二 9通過彎管和連接件以臂桿一 8軸線為旋轉(zhuǎn)軸與臂桿一 8活動連接，臂桿二 9通過彎管和連接件以臂桿三10軸線為旋轉(zhuǎn)軸與臂桿三10活動連接；保持桿11與臂桿二 9平行，臂桿一 8與臂桿三10上分別固定連接有支臂12，保持桿11兩端分別通過銷軸與臂桿一 8與臂桿三10上的支臂12活動連接；與臂桿一 8、臂桿三10同軸在臂桿一 8、臂桿三10兩者和臂桿二 9之間分別設(shè)有渦卷彈簧21，渦卷彈簧21內(nèi)端和與臂桿二 9連接的彎管轉(zhuǎn)過端固定連接，渦卷彈簧21外端和保持桿11上的銷軸連接；臂桿三10通過彎管與采樣單元I錐管狀殼體5小開口端連通，大開口端有向下開放，開放口所在面與探測器底面平行；臂桿一 8軸線與探測器底面平行，與螺旋集輸通道3連通，螺旋集輸通道3與收納裝置22連通，錐管狀殼體5、活動臂2和螺旋集輸通道3的中空內(nèi)部貫穿設(shè)有柔性旋轉(zhuǎn)體4，柔性旋轉(zhuǎn)體4由硬質(zhì)旋轉(zhuǎn)體和軟質(zhì)旋轉(zhuǎn)體固接而成，柔性旋轉(zhuǎn)體4上設(shè)有螺旋片6，柔性旋轉(zhuǎn)體4在錐管狀殼體5內(nèi)的部分為錐狀，在開放口端連接有扭片旋切頭7 ;活動臂2連接有仰俯驅(qū)動單元和擺轉(zhuǎn)驅(qū)動單元，仰俯驅(qū)動單元設(shè)有仰俯驅(qū)動電機13，仰俯驅(qū)動電機13驅(qū)動軸上連接有卷揚器14，卷揚器14上卷有牽引繩15，牽引繩15牽引端與活動臂2連接；擺轉(zhuǎn)驅(qū)動單元設(shè)有擺轉(zhuǎn)驅(qū)動電機16，擺轉(zhuǎn)驅(qū)動電機16輸出軸通過傳動部件連接有隨動單元,隨動單元與臂桿一 8固定連接；柔性旋轉(zhuǎn)體4連接有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元,設(shè)置在臂桿一 8上,設(shè)有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機17,旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機17通過傳動部件與柔性旋轉(zhuǎn)體4驅(qū)動連接；收納裝置22設(shè)有螺旋固型裝置24、封裝容器18和火工作動封口機構(gòu)19，螺旋固型裝置24內(nèi)設(shè)有固型螺旋體20，該固型螺旋體20與柔性旋轉(zhuǎn)體4連接同步旋轉(zhuǎn)，固型螺 旋體20上螺旋片6為變螺距。使用時，探測器成功著陸后在月面采樣階段，俯仰驅(qū)動電機13通過卷揚14將活動臂2緩慢釋放至月壤表面；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機17帶動柔性旋轉(zhuǎn)體4旋轉(zhuǎn)，對月面進行第一點采樣，卷揚機構(gòu)14繼續(xù)放牽引繩15，渦卷彈簧21展開機構(gòu)通過活動臂2給采樣單元I足夠的正向采樣壓力，在扭片旋切頭7旋切下，月壤樣品在柔性旋轉(zhuǎn)體4帶動下，在通道內(nèi)沿螺旋片6上升輸送到收納裝置22 ;第一點采樣完畢后，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機17停轉(zhuǎn)，俯仰驅(qū)動電機13反轉(zhuǎn)收牽引繩15,活動臂2抬起,擺轉(zhuǎn)驅(qū)動電機16啟動通過隨動單元帶動臂桿一 8轉(zhuǎn)動,進行采樣選點，采樣點選擇完畢后，擺轉(zhuǎn)驅(qū)動電機16停轉(zhuǎn)，俯仰驅(qū)動電機13工作放下活動臂2，進行第二點采樣，依此類推；進入封裝容器18的物質(zhì)經(jīng)固型螺旋體20壓實，封裝容器18填滿后，火工作動解鎖封蓋，在螺旋固型裝置24中完成月壤的固型，封裝在封裝容器18中，其后活動臂2抬起返回初始位置，表層采樣任務(wù)結(jié)束。實施時，螺旋集輸通道3可與深采鉆機導軌23結(jié)合為一體，充分做到機構(gòu)復(fù)用，提高了機構(gòu)的利用率，更有助于對月壤的表采。
權(quán)利要求
1.一種長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置，連接在探測器上，其特征在于設(shè)有采樣單元(I)、活動臂(2)、螺旋集輸通道(3)、收納裝置(22)、柔性旋轉(zhuǎn)體(4)，采樣單元(I)有一管狀殼體(5)，殼體(5)—端為開放口，另一端與活動臂(2)連接，活動臂(2)為中空結(jié)構(gòu)，活動臂(2)與螺旋集輸通道(3)連通，螺旋集輸通道(3)與收納裝置(22)連通，柔性旋轉(zhuǎn)體(4)置于采樣單元(I)、活動臂(2)和螺旋集輸通道(3)的內(nèi)部，柔性旋轉(zhuǎn)體(4)上或柔性旋轉(zhuǎn)體(4)所在通道內(nèi)壁設(shè)有螺旋片(6)，采樣單元(I)殼體(5)開放口端設(shè)有扭片旋切頭(7)，與殼體(5)內(nèi)柔性旋轉(zhuǎn)體(4)連接；活動臂(2)連接有仰俯驅(qū)動單元和擺轉(zhuǎn)驅(qū)動單元，柔性旋轉(zhuǎn)體(4)連接有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置，其特征在于所述活動臂(2)由臂桿一(8)、臂桿二(9)、臂桿三(10)和保持桿(11)組成空間平行四桿結(jié)構(gòu)；臂桿一(8)與臂桿三(10)平行，臂桿二(9) 一端通過彎管和連接件以臂桿一(8)軸線為旋轉(zhuǎn)軸與臂桿一(8)活動連接，臂桿二(9)另一端通過彎管和連接件以臂桿三(10)軸線為旋轉(zhuǎn)軸與臂桿三(10)活動連接；保持桿(11)與臂桿二(9)平行，臂桿一(8)與臂桿三(10)上分別固定連接有支臂(12)，保持桿(11)兩端分別通過銷軸與臂桿一(8)、臂桿三(10)上的支臂(12)活動連接；臂桿一(8)軸線與探測器底面平行，臂桿三(10)通過彎管與·采樣單元(I)殼體(5)連通，殼體(5)開放口所在面與探測器底面平行；以臂桿一(8)、臂桿三(10)軸線為軸在臂桿一(8)、臂桿三(10)與臂桿二(9)間分別設(shè)有扭力彈性機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置，其特征在于所述仰俯驅(qū)動單元設(shè)有仰俯驅(qū)動電機(13)，仰俯驅(qū)動電機(13)驅(qū)動軸上連接有卷揚器(14)，卷揚器(14)上卷有牽引繩(15)，牽引繩(15)牽引端與活動臂(2)連接；擺轉(zhuǎn)驅(qū)動單元設(shè)有擺轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(16)，擺轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(16)輸出軸通過傳動部件連接有隨動單元，隨動單元與臂桿一(8)固定連接；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元設(shè)置在臂桿一(8)上,設(shè)有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(17),旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(17)通過傳動部件與柔性旋轉(zhuǎn)體(4)驅(qū)動連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置，其特征在于所述收納裝置(22)設(shè)有螺旋固型裝置(24)、封裝容器(18)和火工作動封口機構(gòu)(19)，螺旋固型裝置(24)內(nèi)設(shè)有固型螺旋體(20)，該固型螺旋體(20)與柔性旋轉(zhuǎn)體(4)連接，固型螺旋體(20)上設(shè)有變螺距螺旋凸起。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置，其特征在于所述采樣單元(I)管狀殼體(5)為錐管狀，柔性旋轉(zhuǎn)體(4)置于殼體(5)內(nèi)部分為錐形旋轉(zhuǎn)體，柔性旋轉(zhuǎn)體(4)上設(shè)有四頭螺旋片。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置，其特征在于所述螺旋片(6)連接在柔性旋轉(zhuǎn)體(4)所在通道內(nèi)壁上，對應(yīng)螺旋片(6)與通道內(nèi)壁構(gòu)成的螺旋槽在柔性旋轉(zhuǎn)體(4)上設(shè)有螺旋刷毛。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置，其特征在于所述柔性旋轉(zhuǎn)體(4)在螺旋集輸通道(3)內(nèi)由硬質(zhì)旋轉(zhuǎn)體和軟質(zhì)旋轉(zhuǎn)體固接而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置，其特征在于所述扭力彈性機構(gòu)為渦卷彈簧(21)。
全文摘要
一種長距離柔彈性刷式螺旋集輸顆粒狀樣品的采集裝置，連接在探測器上，其特征在于設(shè)有采樣單元、活動臂、螺旋集輸通道、收納裝置、柔性旋轉(zhuǎn)體，采樣單元有一管狀殼體，殼體一端為開放口，另一端與活動臂連接，活動臂為中空結(jié)構(gòu)，活動臂與螺旋集輸通道連通，螺旋集輸通道與收納裝置連通，柔性旋轉(zhuǎn)體置于采樣單元、活動臂和螺旋集輸通道的內(nèi)部，柔性旋轉(zhuǎn)體上或柔性旋轉(zhuǎn)體所在通道內(nèi)壁設(shè)有螺旋片，采樣單元殼體開放口端設(shè)有扭片旋切頭，與殼體內(nèi)柔性旋轉(zhuǎn)體連接；活動臂連接有仰俯驅(qū)動單元和擺轉(zhuǎn)驅(qū)動單元，柔性旋轉(zhuǎn)體連接有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元；本發(fā)明可一次完成選址、鉆采、傳輸、收集的工作，結(jié)構(gòu)緊密，質(zhì)量輕，體積小，適于用在月球完成表采工作。
文檔編號G01N1/08GK102721573SQ20121020021
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者侯緒研, 全齊全, 姜生元, 王印超, 王清川, 王鑫, 田野, 鄧宗全 申請人:哈爾濱工業(yè)大學