CN102252868B

CN102252868B - 采收一体栅格自适应姿态调整筒式采集器

Info

Publication number: CN102252868B
Application number: CN201110112457A
Authority: CN
Inventors: 张伟民; 廖凯; 陈琪; 张辉
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2011-05-03
Filing date: 2011-05-03
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2031-05-03
Also published as: CN102252868A

Abstract

本发明涉及一种采收一体栅格自适应姿态调整筒式采集器，包括外筒、内筒、收集罐和电机，外筒、内筒下部均带有栅格且为间隙配合；内筒上设带有舌形铲、铰链支座和爪扣，舌形铲固定在内筒体前端，铰链支座位于内筒体重心前方，铰链支座上固定有电机，小齿轮安装在电机的轴上并与齿条相啮合，内筒通过安装在内筒体后端的爪扣与带耳扣的收集罐连接；铰链支座还用来和机械臂连接。本采集器集采收一体，结构简单、功耗低，具有一次采样量大、可对采集样品进行筛选、转移过程中可自适应调整姿态和样品不会洒落等特点。本发明可应用于月球及其它星球的探测取样，或者不适合人类作业的环境中取样。

Description

采收一体栅格自适应姿态调整筒式采集器

技术领域

本发明涉及一种采收一体栅格自适应姿态调整筒式采集器，具体地说是一种应用于月球及其它星球探测取样，或者不适合人类作业的环境中取样的采集器。

背景技术

随着各航天大国对深空探测技术的发展，月球将成为继公海和南极之后的又一个国际研究热点，中国人也将在不远的将来可实现太空探测的目标。月球上特有的矿产和能源是对地球资源的重要补充和储备，因此随着对深空探测及其他探测需求的进一步加大，对于取样器的要求也将进一步提高。而探测取样环境的不断变化，也需要不同种类和结构的取样器来适应。近几年来，美国、俄罗斯、欧共体、日本和印度等航天大国，都在不停地进行着表取末端取样器的相关研究，机械手取样方式是一种主要发展趋势。目前现有的深空采集样品的采集器有如美国马里兰大学航空航天工程学院的David L. Akin副教授及其研究生David Wayne Gruntz基于NASA火星探测计划设计了一种名为TERPS 的采集器，还有美国“蜜蜂机器人”公司设计的ISAD取样器，都存在结构复杂、功耗大和不能进行采集样品筛选的问题。我国对月表取样器进行了一些研究，取样器的取样方式主要结合钻取和表取，以钻取为主，采用仿生蚌式铲和转塔式钻机两大部分组成，能够有效地采集月壤等非常松散和干燥的样品，因为结合了钻取和表取，取样器结构较复杂。总而言之，在现有的各种类型取样器中，还没有完全适合我国探月工程，基于着陆器、无月球车和非载人情况下，月面采样任务由钻进和表取两种方式共同完成的表取采样末端取样器。因此，针对我国探月及其他深空探测工程的特定工程条件，研究和设计质量更轻、结构更加简单、性能更加可靠且采样效率更高的末端采样器，既为工程必需，也是一项关键技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于月球及其它星球探测样品采集，或者不适合人类作业的环境中样品采集的结构简单，功耗小和可以对样品进行筛选的采收一体栅格自适应姿态调整筒式采集器。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种采收一体栅格自适应姿态调整筒式采集器，包括内筒、外筒、收集罐和电机，所述的外筒、内筒下部均带有相同条数的栅格，外筒筒壁后端开有一个缺口，齿条连接缺口两端；所述的内筒前大后小，内筒的内腔呈漏斗形，内筒上设有舌形铲、铰链支座和爪扣，舌形铲下斜固定在内筒前端，铰链支座位于内筒重心前方，铰链支座上固定有电机，电机的轴上安装有小齿轮，小齿轮与齿条相啮合，内筒通过安装在内筒后端的爪扣与带耳扣的收集罐连接。

本发明的采集器所述的外筒与内筒为间隙配合，通过电机控制外筒转动实现内外筒栅格缝隙宽度的变化。所述的外筒与内筒下部各带有3～8条栅格。

本发明的采集器通过所述的铰链支座与采收样品操作的机械臂连接。

本发明的采集器与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明的采集器集采收一体，结构简单、功耗低。由于采用双层带栅格筒式组合结构，利用电机带动外筒进行小角度旋转，使内外筒栅格缝隙宽度产生变化，从而达到选择样品的颗粒大小作用，这一设计使得整个采集器结构简单，也解决了现有深空探测采集样品的采集器不能进行样品筛选采集的难题；同时由于电机仅用于外筒小角度旋转，故功耗非常低。

2、本发明的采集器具有样品转移过程中能自适应调整姿态及样品不洒落的特点。本发明采用整个采集器重心后倾及内筒前端向下斜的舌形铲的结构，在机械臂的带动下进行运动，通过前端舌形铲下斜的角度确定铲入深度，由于舌形铲式结构能将机械臂的水平运动转化为斜向下的铲取动作，方便铲入样品；当机械臂上提时，采集器被提升，采集器重心偏后，故前端自动翘起，所取样品在重力作用下，自动沿着漏斗形的内腔集中到内筒后部，内筒后部与收集罐连为一体，样品直接落入后部的收集罐。本发明的设计解决了现有采集器转移过程中不能自适应调整姿态、样品易洒落等难题。

3、本发明的采集器与人工取样工具相比，用于在外星球取样可以减少宇航员的体力，还可以用于不适合人类作业的环境中取样。

附图说明

图1为本发明采收一体栅格自适应姿态调整筒式采集器外观结构示意图。

图2为本发明采集器的外筒结构示意图。

图3为本发明采集器的内筒结构示意图。

图4为本发明采集器的收集罐结构示意图。

上述图中：1外筒、2内筒、3收集罐、4舌形铲、5栅格、6铰链支座、7小齿轮、8齿条、9爪扣、10电机、11轴、12耳扣。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：本发明的一种采收一体栅格自适应姿态调整筒式采集器，其外观结构如图1所示，包括外筒1、内筒2、收集罐3和电机10。参见图2、3、4，所述的外筒、内筒均为带有栅格5的筒体，外筒上安装有齿条8；所述的内筒的内腔呈漏斗形，内筒上设有舌形铲4、铰链支座6和爪扣9，舌形铲4向下斜采用焊接方式固定在内筒前端，铰链支座6固定于内筒重心前方，铰链支座6上固定有电机10，小齿轮7安装在电机的轴11上，小齿轮7与齿条8相啮合，内筒通过安装在内筒后端的爪扣9与带耳扣12的收集罐3连接。本发明所述采集器的外筒与内筒为间隙配合，外筒与内筒下部各带有5条栅格。所述电机10采用小型步进电机。

组装本采集器的工序：

①先将铰链支座6固定到内筒2上；

②把外筒1的缺口对准内筒2上的铰链支座6，将外筒1套在内筒2外，套好外筒后再将舌形铲向下斜焊到内筒的前端；

③将齿条8安装在外筒1缺口两端，在电机10的轴11上安装小齿轮8，并使小齿轮与齿条7相啮合，再将电机安装在铰链支座上；

④将收集罐3旋转使耳扣12与内筒2的爪扣9对齐，收集罐3与内筒2连接；完成采集器的组装。

实施例2：本发明的一种采收一体栅格自适应姿态调整筒式采集器，其工作过程是：采集样品时，通过铰链支座6连接采集操作设备的机械臂，电机10的电源及控制由机械臂控制系统负责。取样时，在机械臂与铰链支座6连接的情况下，机械臂带动采集器下降，着地之前采集器在重力作用下后端自然下垂，当收集罐3后端着地后，采集器继续下降直至内筒2上的舌形铲4着地，停止下降；接着机械臂带着采集器往样品方向前行，舌形铲4将前行的力转化为向下向前的力，样品被铲起进入内筒2内腔；此时如果需要筛除较小颗粒的样品，只需使电机10动作，通过小齿轮7和齿条8带动外筒1旋转，调整外筒1和内筒2之间栅格缝隙的大小，筛除较小颗粒的样品，如果不需要筛选样品，则电机10不动作；当有充足的样品进入到采集器中，机械臂带动采集器上行，由于重心在后部，样品滑过内筒2进入到收集罐3中，采集器开口向上，样品不至于洒落。机械臂将采集器带到指定位置，将收集罐3放平后，机械臂动作带动除采集罐3以外的部分旋转，爪扣9离开耳扣12，收集罐3与内筒2脱开，完成一次样品的采集。

本发明的采集器集采收一体，结构简单，功耗小和可以对样品进行筛选，在转移采集样品时可自适应姿态调整使样品不会洒落，本采集器可应用于月球及其它星球探测取样，或者不适合人类作业的环境中取样。

Claims

1.一种采收一体栅格自适应姿态调整筒式采集器，包括内筒、外筒、收集罐和电机，其特征在于：所述的外筒、内筒下部均带有相同条数的栅格，外筒筒壁后端开有一个缺口，齿条连接缺口两端；所述的内筒前大后小，内筒的内腔呈漏斗形，内筒上设有舌形铲、铰链支座和爪扣，舌形铲下斜固定在内筒前端，铰链支座位于内筒重心前方，铰链支座上固定有电机，电机的轴上安装有小齿轮，小齿轮与齿条相啮合，内筒通过安装在内筒后端的爪扣与带耳扣的收集罐连接。

2.根据权利要求1所述的采收一体栅格自适应姿态调整筒式采集器，其特征在于：所述的外筒与内筒为间隙配合，通过电机控制外筒转动实现内外筒栅格缝隙宽度的变化。

3.根据权利要求1所述的采收一体栅格自适应姿态调整筒式采集器，其特征在于：所述的外筒与内筒下部各带有3～8条栅格。

4.根据权利要求1所述的采收一体栅格自适应姿态调整筒式采集器，其特征在于：通过所述的铰链支座与采收样品操作的机械臂连接。