CN102890010B - 一种深空小行星样品采集探测器的保护装置 - Google Patents

一种深空小行星样品采集探测器的保护装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种深空小行星样品采集探测器的保护装置。其主要包括：漏斗构件、丝杠驱动电机、伸长机构安装底座、伸长丝杠副、保护管、仿生机械爪、底座、柔性输送管、缓冲弹簧、机械爪驱动电机。其特征是：小行星探测器在即将着陆时，电机驱动丝杠副伸长带动柔性输送管展开至极限长度，作为尘粒样品的输送管道和探测器的保护；根据地形情况，四个仿生机械爪旋转展开不同角度，联合缓冲弹簧，共同适应着陆地形和平衡探测器。本发明解决了尘粒的引导回收和对探测器本体保护的两大问题，是一种初始体积小、结构简单可靠、质量轻、便于实现自动化的装置。

Description

一种深空小行星样品采集探测器的保护装置
技术领域
本发明涉及一种深空小行星样品采集探测器，具体来说，涉及一种深空小行星样品采集探测器的保护装置。
背景技术
小行星是围绕太阳运行的岩石或金属天体，它们的体积相当小，和地球所处的环境有很大的差别，其表面重力几乎为零，表面逃逸速度仅为每秒几十厘米，绝大多数小行星分布在火星和木星轨道之间。小行星深空探测是空间探测活动新的发展方向，是科学家了解太阳系的起源、进化和生命原材料物质的重要研究领域。
以现在人类所拥有的技术，不能把大量的样本带到地球上进行分析，所能做的是带回微量样本返回地球，或者是直接在小行星上对其进行分析。日本的隼鸟号于2003年发射升空，在小行星25143上进行采样，是第一个在小行星上成功采集样品并成功返回的国家，隼鸟号在抵达小行星表面后在不同地点发射球体击中目标物体，通过溅起小行星上的表面岩石颗粒粉尘等达到采样的目的，这样就带来了以下问题：
第一、弹射球体所溅起的行星表面尘粒在几乎零重力的环境下漫无目的地扩散，所以要在球体弹射采样前先建立一个样品输送通道，将颗粒和粉尘引导回收至探测器的存储装置中。
第二、在高动能球体弹射撞击下可能产生高速的岩石颗粒，这些颗粒撞击到探测器的表面会对探测器其他设备造成损害和污染，因此采样时探测器的位置应该与小行星表面保持一定高度，起到保护的目的。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种深空小行星样品采集探测器的保护装置。
本发明采用的技术方案是：一种可调节角度的缓冲着陆机构，通过柔性材料伸展建立样品输送通道的装置，其主要包括：漏斗构件、两个丝杠驱动电机、伸长机构安装底座、两个伸长丝杠副、保护管、仿生机械爪、底座、柔性输送管、缓冲弹簧和机械爪驱动电机等；其中，所述伸长机构安装底座的上端与整个小行星探测器固连，下端对称安装有两个丝杠驱动电机，每个丝杠驱动电机的电机输出轴连接一伸长丝杠副，两个伸长丝杠副均由四节丝杠通过螺纹副串联连接而成，在两个丝杠电机的驱动下进行伸缩运动；第四节丝杠与缓冲弹簧的上端相连接，缓冲弹簧的下端与底座相连接；柔性输送管置于保护管内，柔性输送管的下端与底座相连，漏斗构件与保护管固连，漏斗构件伸长机构安装底座均通过螺钉固定与外部探测器；漏斗构件上端出口处通向探测器的回收舱，用于引导样品的回收；四个仿生机械爪周向均匀分布安装在底座上，仿生机械爪主要是模仿大黄蜂的足掌原理，采用具有一定强度的高弹性材料，如高弹性的聚氨酯，可以提供较大的地面抓紧力和静摩擦力，保持探测器的平衡。
本发明的有益效果是：在小行星表面撞击溅射采样的技术前提下，通过丝杠驱动柔性材料的伸展建立了样品尘粒的输送通道，解决了尘粒的引导回收和对探测器本体保护的两大问题，另外，仿生机械爪为探测器采样时提供了着陆缓冲和支撑平衡。本发明是一种以小行星探测器采样为技术背景的、初始体积小、结构简单可靠、质量轻、便于实现自动化的装置。
附图说明
图1是本发明的整体结构收缩状态示意图；
图2是本发明的整体结构伸展状态示意图；
图3是本发明的伸长驱动部分结构示意图；
图4是本发明的输送管道部分结构示意图；
图5是本发明的着陆平衡部分结构示意图；
图6是本明的仿生机械爪及驱动电机结构示意图；
图中：漏斗构件1、两个丝杠驱动电机2、伸长机构安装底座3、两个伸长丝杠副4、保护管5、仿生机械爪6、底座7、柔性输送管8、缓冲弹簧9、机械爪驱动电机10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
由图1-6可以看出，一种深空小行星探测器的采样保护装置，分为收缩和伸展两种状态，其主要包括：漏斗构件1、两个丝杠驱动电机2、伸长机构安装底座3、两个伸长丝杠副4、保护管5、仿生机械爪6、底座7、柔性输送管8、缓冲弹簧9和机械爪驱动电机10等。
其中，所述伸长机构安装底座3的上端与整个小行星探测器固连，下端对称安装有两个丝杠驱动电机2，每个丝杠驱动电机2的电机输出轴连接一伸长丝杠副4，两个伸长丝杠副4均由四节丝杠通过螺纹副串联连接而成，在两个丝杠电机2的驱动下进行伸缩运动；第四节丝杠与缓冲弹簧9的上端相连接，缓冲弹簧9的下端与底座7相连接；柔性输送管8置于保护管5内，柔性输送管8的下端与底座7相连，漏斗构件1与保护管5固连，漏斗构件1和伸长机构安装底座3均通过螺钉固定与外部探测器；漏斗构件1上端出口处通向探测器的回收舱，用于引导样品的回收；四个仿生机械爪6周向均匀分布安装在底座7上，仿生机械爪6主要是模仿大黄蜂的足掌原理（参考：管兴伟、张昊等，爬壁机器人尖爪型仿生脚掌设计[J].机电工程,2009,26(2):1-3.），采用具有一定强度的高弹性材料，如高弹性的聚氨酯，可以提供较大的地面抓紧力和静摩擦力，保持探测器的平衡。
工作过程如下：当探测器即将在小行星表面着陆并开始采样时，伸长驱动部分电机2旋转，带动两根四节串联的丝杠副4伸长，同时，收缩在保护管5中的柔性输送管8由原来的收缩状态展开伸长，建立起尘粒样品的输送通道，引导样品的回收，同时保护探测器本体不被溅起的尘粒污染和损坏；另外，着陆平衡部分的四个仿生机械爪6受控旋转展开至各自的角度，着陆过程中缓冲弹簧9也被动调节底座7角度，两者联合适应地形条件和保持探测器本体的平衡；着陆缓冲则依靠与机械爪6所固定的底座8相连接的缓冲弹簧9。
本发明用于对深空小行星探测器着陆采样过程的保护，同时对尘粒样品的回收有引导作用。探测器的采样过程可能根据要求在小行星表面的不同地点进行，伸长机构和输送管则在第一次采样时展开，直至所有采样活动的结束，然而，仿生机械爪则需要根据每次采样着陆的地形条件做出对应的改变。

Claims (1)

1.一种深空小行星样品采集探测器的保护装置，其特征在于，它包括：漏斗构件（1）、两个丝杠驱动电机（2）、伸长机构安装底座（3）、两个伸长丝杠副（4）、保护管（5）、仿生机械爪（6）、底座（7）、柔性输送管（8）、缓冲弹簧（9）和机械爪驱动电机（10）；其中，所述伸长机构安装底座（3）的上端与整个小行星样品采集探测器固连，下端对称安装有两个丝杠驱动电机（2），每个丝杠驱动电机（2）的电机输出轴连接一伸长丝杠副（4），两个伸长丝杠副（4）均由四节丝杠通过螺纹副串联连接而成，在两个丝杠驱动电机（2）的驱动下进行伸缩运动；第四节丝杠与缓冲弹簧（9）的上端相连接，缓冲弹簧（9）的下端与底座（7）相连接；柔性输送管（8）置于保护管（5）内，柔性输送管（8）的下端与底座（7）相连，漏斗构件（1）与保护管（5）固连，漏斗构件（1）和伸长机构安装底座（3）均通过螺钉固定于所述探测器；漏斗构件（1）上端出口处通向所述探测器的回收舱，用于引导样品的回收；四个仿生机械爪（6）周向均匀分布安装在底座（7）上。
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