CN102359890B - 一种月球深层土壤采集器的钻杆夹持装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种月球深层土壤采集器的钻杆夹持装置。在驱动电机的轴上安装有主动齿轮，其两侧分别安装有左、右对称的传动齿轮系，在两个传动齿轮系的最后一级的齿轮轴上分别同轴安装曲柄，最后一级的齿轮轴之间的机座上开有滑槽，滑槽中安装对称布置的滑块，每个手抓一侧的T型头嵌入各自滑块的槽内，滑块槽端面安装有弧形弹簧片，弧形弹簧片与手爪T型头外端面相接触，每个连杆的一端与各自的曲柄连接，另一端与各自的滑块铰接，形成曲柄滑块机构，手抓的另一侧为凹圆弧面。本发明采用一个电机驱动两个手爪，齿轮系对称布置，两手爪同步性好，不易使钻杆弯曲；传动方式可靠性高；曲柄滑块机构对力具有放大效果；电机工作转角小，动作迅速。
Description
技术领域
本发明涉及钻杆夹持装置，尤其是涉及一种月球深层土壤采集器的钻杆夹持装置。
背景技术
20世纪中叶以来，人类就不断地对月球进行探索。自1958年至1976年，美国和苏联共发射108个月球探测器，成功或者部分成功52个。月球探测取得划时代的成就。美国Apollo计划和苏联的Luna计划分别进行了载人和不载人的登月取样，共获得382.0211kg的月球样本。其中美国Apollo计划采集月球样本约381.7kg，苏联Luna计划采集月球样本约0.3211kg。其中Apollo计划采集样品基本通过人工进行，而Luna计划为自动采样。
进入20世纪90年代后，包括中国在内的世界多国及组织开始进行新一轮的月球探测。月壤采样对分析月球资源环境及日后的利用有决定性作用，出于对宇航员登月的复杂性和危险性考虑，自动采样装置得到发展。目前外星采样方式主要有以下几种：A．爪、舀、铲；B．夹、钳；C．网、拖索；D．深钻、表面钻、岩心钻；E．穿透装置；F．驱动管；G．表面粘附；H．刷、扫；I．吸入式。
其中，深钻是目前唯一可以采集深层月壤并保留其结构特性的方式，它在Luna计划中得到实现，不过因为一些原因采样量较小。深层月壤受外部环境影响小，对研究的意义远大于表层月壤和月岩，故而深钻装置成为外星采样的重要工具。
早期苏联的外星采样深钻均采用单杆钻机，由此产生采样深度不够或钻机装置过大的问题，所以后期的研究者开发了多杆钻机，通过将多根钻杆拼接，实现了用较小的装置获得较大钻采深度。其中，由赫尔辛基大学和ESA联合开发的MRoSA2钻采系统，体积为11*11*35cm，含10个20cm长的可以自动组装和拆卸的钻杆，钻取深度为2m；NASA与ASI合作开发的一种钻探取样系统，最深可达表层下2.5m，每根钻杆取样直径14mm，长25mm；北京航空航天大学丁希伦等开发的面向月壤采集的多杆深层采样器，四根钻杆总长1.5m；中国科学院左志坚、李斌等开发的机器人化月表采样器，含有一个转塔式钻机。这些新型的多杆式钻机面临一个相同的问题：钻杆在组装与拆卸时的固定困难。由于在连接两根钻杆时，两者之间会产生周向与轴向两种作用力，所以需要固定其中一根，目前一般采用夹紧装置夹住钻杆的外周。如MRoSA2钻采系统采用钻杆两边对称布置电机驱动凸轮和直线滑块对钻杆进行夹紧，这对两个电机的同步性要求极高，因为不对称的作用力会使钻杆弯曲，由此造成控制困难，并且两个电机也增加了功率要求；而北京航空航天大学的面向月壤采集的多杆深层采样器，采用电磁铁吸引夹钳的两手爪进行加紧，缺点是电磁铁力量不足，转矩大时钻杆可能打滑，并且此装置同样会出现两手爪对钻杆作用力不对称造成钻杆弯曲。
发明内容
本发明的目的在于提供一种月球深层土壤采集器的钻杆夹持装置，是为在发展中的多杆深钻装置提供一种体积小、功耗小、夹紧力大、两爪施力对称的钻杆夹紧装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明包括机座，驱动电机，两个结构相同的传动齿轮系，两个手爪，两个曲柄，两个滑块，两根连杆，两片弹簧片；在机座内安装有驱动电机，驱动电机的轴上安装有主动齿轮，在主动齿轮的两侧分别安装有左、右对称的传动齿轮系，在左、右对称的传动齿轮系的最后一级的齿轮轴上分别同轴安装曲柄，最后一级的齿轮轴之间的机座上开有滑槽，滑槽中安装对称布置的滑块，每个手抓一侧的T型头嵌入各自滑块的槽内，滑块槽端面安装有弧形弹簧片，弧形弹簧片与手爪T型头外端面相接触，每个连杆的一端与各自的曲柄连接，每个连杆的另一端与各自的滑块铰接，从而形成曲柄滑块机构，每个手抓的另一侧为凹圆弧面。
所述的左、右对称的传动齿轮系为三级齿轮传动。
所述的两个手爪的凹圆弧面包覆有软质高摩擦系数的材料。
所述的曲柄滑块机构的连杆工作于极限位置，即为曲柄滑块机构的曲柄与连杆成180°角时的位置。
本发明具有的有益效果是：
采用一个电机驱动两个手爪，齿轮系对称布置，所以两手爪同步性好，不易使钻杆弯曲，且能耗小；机构简单、紧凑，节省空间，且采用的传动方式可靠性高；连杆接近极限位置，曲柄滑块机构对力具有放大效果；电机工作转角小，动作迅速。本发明为在发展中的多杆深钻装置提供的钻杆夹紧装置。
附图说明
图1是本发明整体结构立体图。
图2是本发明省略机座的立体图。
图3是本发明所述曲柄滑块机构和手爪的立体图。
图4是本发明（增加钻杆）的工作状态立体图。
图中：1、机座，2、驱动电机，3、传动齿轮系，4、手爪，5、曲柄，6、滑块，7、连杆，8、弹簧片，9、钻杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
如图1、图2、图3、图4所示，本发明包括机座1，驱动电机2，两个结构相同的传动齿轮系3，两个手爪4，两个曲柄5，两个滑块6，两根连杆7，两片弹簧片8；在机座1内安装有驱动电机2，驱动电机驱动齿轮系转动，提供夹紧力。驱动电机2的轴上安装有主动齿轮，在主动齿轮的两侧分别安装有左、右对称的传动齿轮系3，在左、右对称的传动齿轮系3的最后一级的齿轮轴上分别同轴安装曲柄5，曲柄并非对称安装，以保证工作时的夹紧运动。最后一级的齿轮轴之间的机座1上开有滑槽，滑槽中安装对称布置的滑块6，每个手抓4一侧的T型头嵌入各自滑块6的槽内，滑块槽端面安装有弧形弹簧片，弧形弹簧片与手爪T型头外端面相接触，每个连杆7的一端与各自的曲柄5连接，每个连杆7的另一端与各自的滑块铰接，从而形成曲柄滑块机构，每个手抓4的另一侧为凹圆弧面。 所述的左、右对称的传动齿轮系均有三个齿轮，构成三级齿轮传动，通过三级齿轮传动后，两边末端的齿轮运动方向相同。所述的手爪上的凹圆弧面包覆有软质高摩擦系数的材料，且包覆材料上有与钻杆9相对应的螺旋槽纹路。所述的曲柄滑块机构的连杆工作于极限位置，即为曲柄滑块机构的曲柄与连杆成180°角时的位置。
如图2所示为本发明运动部分，包括依次连接的驱动电机2、对称布置的传动齿轮系3、设置于末端两齿轮下并同轴固连的曲柄5、连杆7、滑块6、弹簧片8和手爪4。所述驱动电机的作用是提供动力，带动传动齿轮系3转动并传递给曲柄5，再通过连杆7将转动转换为滑块6的直线滑动，并最终带动手爪4直线运动。所述两根连杆7并不是对称布置，从而末端两齿轮同向转动带动两个滑块6产生相反方向的直线运动。
如图3所示为本发明的一套曲柄滑块机构和手爪，安装在机座1前端内部，所述弹簧片8设置在手爪和滑块之间，可以提供缓冲，使夹持更牢固。爪的端面为圆弧面，可以更好的加持钻杆。
如图4所示为本发明带钻杆9时的工作状态，钻杆9从钻杆孔中穿过，两旁位于机座1内部的手爪4在驱动电机2和整个传动系统的驱动下向内夹紧或向外松开钻杆，实现功能。
为检测夹紧状态，还可以在滑块6中设有压力传感器，滑块6与机座1间设有位移传感器。
Claims (4)
1.一种月球深层土壤采集器的钻杆夹持装置，其特征在于：包括机座（1），驱动电机（2），两个结构相同的传动齿轮系，两个手爪，两个曲柄，两个滑块，两根连杆，两片弹簧片；在机座（1）内安装有驱动电机（2），驱动电机（2）的轴上安装有主动齿轮，在主动齿轮的两侧分别安装有左、右对称的传动齿轮系，在左、右对称的传动齿轮系的最后一级的齿轮轴上分别同轴安装曲柄，最后一级的齿轮轴之间的机座（1）上开有滑槽，滑槽中安装对称布置的滑块，每个手爪一侧的T型头嵌入各自滑块的槽内，滑块槽端面安装有弧形弹簧片（8），弧形弹簧片与手爪T型头外端面相接触，每个连杆的一端与各自的曲柄（5）连接，每个连杆的另一端与各自的滑块铰接，从而形成曲柄滑块机构，每个手爪的另一侧为凹圆弧面。
2.根据权利要求1所述的一种月球深层土壤采集器的钻杆夹持装置，其特征在于：所述的左、右对称的传动齿轮系为三级齿轮传动。
3.根据权利要求1所述的一种月球深层土壤采集器的钻杆夹持装置，其特征在于：所述的两个手爪的凹圆弧面包覆有软质高摩擦系数的材料。
4.根据权利要求1所述的一种月球深层土壤采集器的钻杆夹持装置，其特征在于：所述的曲柄滑块机构的连杆工作于极限位置，即为曲柄滑块机构的曲柄与连杆成180°角时的位置。
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