CN102798541B

CN102798541B - 绳索驱动式月球表层样品采集装置

Info

Publication number: CN102798541B
Application number: CN201210271752.2A
Authority: CN
Inventors: 姜生元; 邓宗全; 王印超; 张玉峰; 杨学宁; 李亮亮
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2032-08-02
Also published as: CN102798541A

Abstract

本发明公布了一种绳索驱动式月球表层样品采集装置，其特征在于包括长臂和短臂，长臂一端固定连接在肩关节轴上，另一端通过轴承与肘关节轴活动链接；短臂一端通过轴承与肘关节轴活动链接，另一端通过轴承与腕关节轴活动链接；肩关节轴与轴座间连接有卷簧，肩关节电机连接有卷绳轮，卷绳轮上缠绕有牵引绳，牵引绳另一端固定在长臂上；肘关节电机连接有肘关节驱动轮，短臂连接有短臂导轮，短臂导轮与肘关节驱动轮间设有传动驱动绳；腕关节电机驱动轴连接有腕关节驱动轮，肩关节轴、平行四杆传动机构；腰支架上固定有腰关节电机，腰关节电机驱动轴与肩座固定连接；本装置通过绳索驱动子节省空间减轻了重量，结构紧凑灵活可靠。

Description

绳索驱动式月球表层样品采集装置

技术领域

本发明属于航天领域，涉及一种航天器月球着陆探测时月表物质采集工具，特别是一种绳索驱动式月球表层样品采集装置，采用绳索驱动方式，实现对采集装置的转送。

背景技术

航天航空是人类探索自然界的前沿工程，走向太空已成为科技强国必不可少的标志，探月工程是我国航天事业的一个中继阶段，踏出了人类对外星探索的第一步，此阶段的成果将为下一步外层空间探索提供宝贵经验，探月工程主要是通过遥测遥感和最终的登月来揭开月球环境的神秘面纱，登月后要针对月球展开一系列的科研项目，每个环节都非常重要，其中之一就是要获取月球表面物质标本，在低引力环境下靠人作出动作采集月壤是一件十分不容易的事情，特别是初期无人飞行器登月时，要是通过机械臂动作行程拿举来完成，传统机械臂不但质量大，驱动需要的功耗也大，不符合航天探测需求，所以仍需对这种获取方式进行技术改造，使其体积重量更小，性能更好，更适合于在航天空间环境下采集月壤。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种绳索驱动式月球表层样品采集装置，重量轻体积小可靠性高，符合合航天探测需求。

本发明采用的技术方案为：一种绳索驱动式月球表层样品采集装置，其特征在于包括长臂和短臂，长臂一端固定连接在肩关节轴上，另一端通过轴承与肘关节轴活动链接；短臂一端通过轴承与肘关节轴活动链接，另一端通过轴承与腕关节轴活动链接；肩关节轴、肘关节轴、腕关节轴的轴线分别平行，肩关节轴通过轴承和轴座固定在肩座上，肩关节轴与轴座间连接有卷簧，着陆器上设有支座，支座上设有肩关节电机，电机驱动轴连接有卷绳轮，卷绳轮上缠绕有一端固定在卷绳轮上的牵引绳，牵引绳另一端固定在长臂上；肩座上设有肘关节电机，肘关节电机驱动轴上连接有肘关节驱动轮，短臂固定连接有与肘关节轴同轴的短臂导轮，短臂导轮周向设有绳槽，短臂导轮与肘关节驱动轮间设有传动驱动绳；肩座上设有腕关节电机，腕关节电机驱动轴连接有腕关节驱动轮，肩关节轴通过轴承连接有传动轮一，肘关节轴固定连接有传动轮二和传动轮三，腕关节轴固定连接有传动轮四；腕关节驱动轮、传动轮一、传动轮二间通过经变向导轮变向的传动绳一链接传动，传动轮三与传动轮四间通过传动绳二链接传动；肩座上通过滑块与腰支架活动链接，腰支架上固定有腰关节电机，腰关节电机驱动轴与肩座固定连接。

所述腕关节轴通过法兰固定连接有末端采样器。

所述腕关节轴通过活动球副链接有末端采样器，两相对活动连接体间设有保持居中状态弹力部件。

所述支座上设有与长臂配合的导向定位槽。

所述传动驱动绳绕肘关节驱动轮后两端固定在短臂导轮绳槽周向与短臂交汇处。

本发明采用绳索驱动取代传统液压连杆的驱动方式，节省空间的前提下减轻了重量，结构紧凑灵活可靠，可将采集装置按需要放到合适的采集位置，适合发送到月球表面执行标本采集工作。

附图说明

图1为本发明实施例总体安装结构示意图；

图2为本发明肩关节结构示意图；

图3为本发明肘关节结构示意图；

图4为本发明腕关节结构示意图。

图中标号名称：1长臂；2短臂；3肩关节轴；4肘关节轴；5腕关节轴；6轴座；7肩座；8卷簧；9着陆器；10支座；11肩关节电机；12卷绳轮；13牵引绳；14肘关节电机；15肘关节驱动轮；16短臂导轮；17传动驱动绳；18腕关节电机；19腕关节驱动轮；20传动轮一；21传动轮二；22传动轮三；23传动轮四；24变向导轮；25传动绳一；26传动绳二；27腰支架；28腰关节电机；29末端采样器；30导向定位槽。

具体实施方式

本发明实施例如图1至图4所示，该绳索驱动式月球表层样品采集装置设有长臂1和短臂2，长臂1一端固定连接在肩关节轴3上，另一端通过轴承与肘关节轴4活动链接；短臂2一端通过轴承与肘关节轴4活动链接，另一端通过轴承与腕关节轴5活动链接；肩关节轴3、肘关节轴4、腕关节轴5的轴线分别平行，肩关节轴3通过轴承和轴座6固定在肩座7上，肩关节轴3与轴座6间连接有卷簧8，对长臂1施加一个扭力，着陆器9上设有支座10，支座10上设有肩关节电机11，电机驱动轴连接有卷绳轮12，卷绳轮12上缠绕有一端固定在卷绳轮12上的牵引绳13，牵引绳13另一端通过滑轮变向后固定在长臂1上，当肩关节电机11驱动卷绳轮12放牵引绳13时在卷簧8扭力作用下可实现长臂1的下放动作，当肩关节电机11驱动卷绳轮12收牵引绳13时对长臂1施加一个克服卷簧8扭力的反向力，可实现长臂1的抬起动作；肩座7上设有肘关节电机14，肘关节电机14驱动轴上连接有肘关节驱动轮15，短臂2固定连接有与肘关节轴4同轴的短臂导轮16，短臂导轮16周向设有绳槽，短臂导轮16与肘关节驱动轮15间设有传动驱动绳17，传动驱动绳17绕肘关节驱动轮15后两端固定在短臂导轮16绳槽周向与短臂2交汇处，通过肘关节电机14正反转和肘关节驱动轮15、传动驱动绳17的传动，带动短臂导轮16绕肘关节轴4旋转，从而调节短臂2的仰角；肩座7上设有腕关节电机18，腕关节电机18驱动轴连接有腕关节驱动轮19，肩关节轴3通过轴承连接有传动轮一20，肘关节轴4固定连接有传动轮二21和传动轮三22，腕关节轴5固定连接有传动轮四23；腕关节驱动轮19、传动轮一20、传动轮二21间通过经变向导轮24变向的传动绳一25链接传动，可将腕关节电机18旋转驱动传动到肘关节轴4；传动轮三22与传动轮四23间通过传动绳二26链接传动，可将腕关节电机18传动到肘关节轴4的旋转驱动再传递到腕关节轴5上，由腕关节轴5带动与其固定连接的末端采样器29做出动作；在腕关节电机18停止驱动腕关节驱动轮19不转动时，抬放长臂1和调节短臂2仰角时，在传动轮一20、传动轮二21、传动轮三22、传动轮四23、变向导轮24、传动绳一25、传动绳二26传动作用下，可以保持末端采样器29的垂直角度不变；肩座7上通过滑块与腰支架27活动链接，腰支架27上固定有腰关节电机28，腰关节电机28驱动轴与肩座7固定连接，腰关节电机28可以驱动肩座7旋转，带动长臂1做出旋转动作；支座10上设有与长臂1配合的导向定位槽30，安装时对长臂1起定位作用，收起时还可以长臂1起引导进入正确位置的作用。

工作时，可由肩关节电机11驱动长臂1做出抬放动作，由肘关节电机14驱动短臂2做出仰角调节动作，由腰关节电机28驱动长臂1做出旋转动作，实现按需要调整姿态选择采集位址和回收，同时在传动轮一20、传动轮二21、传动轮三22、传动轮四23、变向导轮24、传动绳一25、传动绳二26和不转动腕关节驱动轮19构成的平行四杆传动机构共同作用下，保持末端采样器29的垂直角度不变；在调整姿态过程中可以启动腕关节电机18通过传动机构带动末端采样器29做出避让和回收动作；本装置通过绳索驱动取代传统液压连杆的驱动方式，节省空间的前提下减轻了重量，结构紧凑灵活可靠，可将采集工作部按需要放到合适的采集位置，适合发送到月球表面执行标本采集工作。

本发明实施时还可以将末端采样器通过活动球副与腕关节轴链接，两相对活动连接体间设有保持居中状态弹力部件，使末端采样器处于垂直状态，在采样月面与水平面有一定角度时，可以通过弹性元件对末端采样器的角度进行机械自适应，当末端采样器抬起时，弹性元件复原，末端采样器恢复垂直状态。

Claims

1.一种绳索驱动式月球表层样品采集装置，其特征在于包括长臂（1）和短臂（2），长臂（1）一端固定连接在肩关节轴（3）上，另一端通过轴承与肘关节轴（4）活动链接；短臂（2）一端通过轴承与肘关节轴（4）活动链接，另一端通过轴承与腕关节轴（5）活动链接；肩关节轴（3）、肘关节轴（4）、腕关节轴（5）的轴线分别平行，肩关节轴（3）通过轴承和轴座（6）固定在肩座（7）上，肩关节轴（3）与轴座（6）间连接有卷簧（8），着陆器（9）上设有支座（10），支座（10）上设有肩关节电机（11），电机驱动轴连接有卷绳轮（12），卷绳轮（12）上缠绕有一端固定在卷绳轮（12）上的牵引绳（13），牵引绳（13）另一端通过滑轮变向后固定在长臂（1）上；肩座（7）上设有肘关节电机（14），肘关节电机（14）驱动轴上连接有肘关节驱动轮（15），短臂（2）固定连接有与肘关节轴（4）同轴的短臂导轮（16），短臂导轮（16）周向设有绳槽，短臂导轮（16）与肘关节驱动轮（15）间设有传动驱动绳（17）；肩座（7）上设有腕关节电机（18），腕关节电机（18）驱动轴连接有腕关节驱动轮（19），肩关节轴（3）通过轴承连接有传动轮一（20），肘关节轴（4）固定连接有传动轮二（21）和传动轮三（22），腕关节轴（5）固定连接有传动轮四（23）；腕关节驱动轮（19）、传动轮一（20）、传动轮二（21）间通过经变向导轮（24）变向的传动绳一（25）链接传动，传动轮三（22）与传动轮四（23）间通过传动绳二（26）链接传动；肩座（7）上通过滑块与腰支架（27）活动链接，腰支架（27）上固定有腰关节电机（28），腰关节电机（28）驱动轴与肩座（7）固定连接。

2.根据权利要求1所述的绳索驱动式月球表层样品采集装置，其特征在于所述腕关节轴（5）通过法兰固定连接有末端采样器（29）。

3. 根据权利要求1所述的绳索驱动式月球表层样品采集装置，其特征在于所述腕关节轴（5）通过活动球副链接有末端采样器（29），两相对活动连接体间设有保持居中状态弹力部件。

4. 根据权利要求1所述的绳索驱动式月球表层样品采集装置，其特征在于所述支座（10）上设有与长臂（1）配合的导向定位槽（30）。

5. 根据权利要求1所述的绳索驱动式月球表层样品采集装置，其特征在于所述传动驱动绳（17）绕肘关节驱动轮（15）后两端固定在短臂导轮（16）绳槽周向与短臂（2）交汇处。