CN102331357B - 采收一体螺旋连续自容式采集器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采收一体螺旋连续自容式采集器，包括设有触探头、螺旋翼和轴环的旋转轴，电机、传动齿轮副和样品收集腔，样品收集腔中部腔体直径比上部大，上部有收集腔上平台设有铰链孔和安装有电机，旋转轴装在样品收集腔的内筒体中，旋转轴的上部安装有传动圆锥齿轮；腔体盖与样品收集腔由螺纹连接；所述电机主轴上装有电机轴齿轮与传动圆锥齿轮组成传动齿轮副。采样时通过铰链孔、电机分别与控制操作的机械臂和电源连接，控制电机带动圆锥齿轮副转动，旋转轴旋转时螺旋翼铲取样品，样品随着螺旋翼的向上推力进入样品收集腔中。本采集器集采收一体，结构简单、传动链短、功耗低，可与操作机械臂结合用于月球或不适合人类作业的环境中取样。

Description

采收一体螺旋连续自容式采集器

技术领域

本发明涉及一种采收一体螺旋连续自容式采集器，具体地说是一种应用于月球、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，都存在结构复杂和功耗大的问题。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，是探月及其他深空探测工程必需的关键技术之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于月球、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连续采样，采集与样品收集腔一体采集器。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种采收一体螺旋连续自容式采集器，包括有样品收集腔、电机与铰链孔，所述的样品收集腔中部腔体的直径比上部大，样品收集腔上部设有收集腔上平台，在收集腔上平台上设有铰链孔，样品收集腔腔体中间有一内筒体；在所述的内筒体中安装有旋转轴，旋转轴的最下端为触探头，旋转轴的下部有螺旋翼、上部设有轴环；在所述的轴环上方安装轴承，并采用螺母固定，在螺母的上方安装有传动圆锥齿轮；在所述的样品收集腔的收集腔上平台上安装有腔体盖，腔体盖下盖的下底面放在旋转轴的轴环上，腔体盖下盖的上底面在所述的轴承下，腔体盖的上盖压在样品收集腔的收集腔上平台上；所述的电机安装在样品收集腔的收集腔上平台上，电机的主轴上安装有电机轴齿轮，电机轴齿轮与所述的传动圆锥齿轮组成齿轮副。

本发明的采集器所述的样品收集腔的收集腔上平台、腔体和内筒体为同一铸造体，样品收集腔与腔体盖通过螺纹连接。所述的旋转轴与轴承之间为间隙配合。

本发明的采集器所述的旋转轴旋转带动螺旋翼旋转将样品逐步旋转提升进入样品收集腔的内筒体中，最终进入样品收集腔的腔体内。

本发明的采集器在收集腔上平台上设有铰链孔，在采集样品时通过铰链孔与控制操作的机械臂连接。

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，具有传动链短、功耗小。由于本发明采用螺旋式下钻的方式同钻机的原理，方便下钻，同时达到取样的目的。由于采集样品采用的是螺旋翼向上推力进入样品收集腔的内筒体中，在保证螺旋式上升的角度情况下，样品就会逐步旋转进入样品收集腔内。

2、本发明的采集器采集样品时样品是连续收集进样品收集腔中，故可大大缩小样品采集时间，一个回次完成全部采集任务，本样品收集腔内为封闭式的，可避免样品的洒落。

3、采集样品时本采集器与机械臂的连接简单，可以简化机械臂的设计，采集样品时只需控制一个自由度，控制方式简单易行，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的采收一体螺旋连续自容式采集器外观局部剖面结构示意图。

图2为本发明采集器的总体外观结构示意图。

图3为本发明采集器的旋转轴结构示意图。

图4为本发明采集器的收集腔局部剖面结构示意图。

图5为本发明采集器腔体盖局部剖面结构示意图。

上述图中：1触探头、2旋转轴、3螺旋翼、4轴环、5轴承、6螺母、7传动圆锥齿轮、8电机轴齿轮、9电机、10铰链孔、11腔体盖、12样品收集腔、13收集腔上平台、14内筒体。

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螺旋连续自容式采集器，其结构如图1、2所示，包括：旋转轴2、轴承5、螺母6、传动圆锥齿轮7、电机轴齿轮8、电机9、铰链孔10、腔体盖11和样品收集腔12。

参见图4，所述的样品收集腔中部腔体的直径比上部大，样品收集腔上部设有收集腔上平台13，在收集腔上平台上设有铰链孔10，样品收集腔腔体中间有一内筒体14；在所述的内筒体中安装有旋转轴2，参见图3，旋转轴2的最下端为触探头1，旋转轴的下部有螺旋翼3、上部设有轴环4；在所述的轴环上安装轴承5，轴承5为一个标准件采用螺母固定在旋转轴上，在螺母的上方安装有传动圆锥齿轮7；参见图5，为腔体盖11的局部结构。所述的腔体盖11安装在样品收集腔的上部，从图1可见，安装后腔体盖的下盖下底面放在旋转轴的轴环4上，腔体盖下盖的上底面压在轴承5下，腔体盖的上盖压在样品收集腔的收集腔上平台上；电机9安装在样品收集腔的收集腔上平台13上，电机主轴上安装有电机轴齿轮8，电机轴齿轮与所述的传动圆锥齿轮7组成传动齿轮副。

本发明的采集器的安装顺序是：

①  将旋转轴2的触探头1朝下，上端从样品收集腔12的内筒体14内腔下方向上装入；

②  腔体盖11从样品收集腔12上方向下旋紧，压到旋转轴的轴环4；

③  将轴承5安装到旋转轴2中，压在腔体盖11的下底面，并用螺母6固定好；

④  传动圆锥齿轮7安装到旋转轴2中；

⑤  在电机主轴上安装电机轴齿轮8，将电机安装在收集腔上平台13上，并使电机轴齿轮8与传动圆锥齿轮7相互啮合。所述的电机采用小型步进电机。

实施例2：本发明的一种采收一体螺旋连续自容式采集器，其工作过程是：采集样品时，先将收集腔上平台13上的铰链孔10与太空上使用的机械臂相连；将机械臂上的电源与电机9连接；控制电机转动，电机带动电机轴齿轮旋转，通过两个齿轮的啮合，带动旋转轴2旋转下钻，同时采集的样品沿着螺旋翼不断上升，最后落入样品收集腔内。将样品倒出时，采集器竖直放置，先卸下电机，然后旋出腔体盖11，带出旋转轴2及轴上其他零件，将样品收集腔倒置，样品从腔体内倒出。

本发明的采集器结构简单，具有传动链短、功耗小；控制方式简单易行，只需控制一个自由度，可靠性高；采集与样品收集腔一体，可连续采样，大大缩小样品采集的时间，一个回次完成全部采集任务，且无样品洒落；本发明的采集器适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 (5)

1.一种采收一体螺旋连续自容式采集器，包括有样品收集腔、电机与铰链孔，其特征在于：所述的样品收集腔中部腔体的直径比上部大，样品收集腔上部设有收集腔上平台，在收集腔上平台上设有铰链孔，样品收集腔腔体中间有一内筒体；在所述的内筒体中安装有旋转轴，旋转轴的最下端为触探头，旋转轴的下部有螺旋翼、上部设有轴环；在所述的轴环上方安装轴承，并采用螺母固定，在螺母的上方安装有传动圆锥齿轮；在所述的样品收集腔的收集腔上平台上安装有腔体盖，腔体盖下盖的下底面放在旋转轴的轴环上，腔体盖下盖的上底面在所述的轴承下，腔体盖的上盖压在样品收集腔的收集腔上平台上；所述的电机安装在样品收集腔的收集腔上平台上，电机的主轴上安装有电机轴齿轮，电机轴齿轮与所述的传动圆锥齿轮组成齿轮副。

2.根据权利要求1所述采收一体螺旋连续自容式采集器，其特征在于：所述的样品收集腔的收集腔上平台、腔体和内筒体为同一铸造体，样品收集腔与腔体盖通过螺纹连接。

3.根据权利要求1所述采收一体螺旋连续自容式采集器，其特征在于：所述的旋转轴与轴承之间为间隙配合。

4.根据权利要求1所述采收一体螺旋连续自容式采集器，其特征在于：所述的旋转轴旋转带动螺旋翼旋转将样品逐步旋转提升进入样品收集腔的内筒体中，最终进入样品收集腔的腔体内。

5.根据权利要求1所述采收一体螺旋连续自容式采集器，其特征在于：在收集腔上平台上设有铰链孔，在采集样品时通过铰链孔与控制操作的机械臂连接。

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