CN102967484A

CN102967484A - 一种小行星岩石采样机械臂装置

Info

Publication number: CN102967484A
Application number: CN2012104273865A
Authority: CN
Inventors: 宋爱国; 郝小蕾; 卢伟; 凌云; 谷士鹏
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-03-13

Abstract

所述小行星岩石采样机械臂装置，第一减速电机的输出轴与采样器底座连接，在采样器底座上设有第二减速电机，在第二减速电机的输出轴上连接有第一机械臂且第二减速电机的输出轴与第一机械臂的一端连接，在第一机械臂的另一端上设有第三减速电机，在第三减速电机的输出轴上连接有第二机械臂且第三减速电机的输出轴与第二机械臂的一端连接，在第二机械臂的另一端上设有第四减速电机，在第四减速电机的输出轴上设有第三机械臂，且第四减速电机的输出轴与第三机械臂的中部连接，在第三机械臂的一端设有机械手，在第三机械臂的另一端上设有切割装置。

Description

一种小行星岩石采样机械臂装置

技术领域

本发明涉及一种小行星岩石采样装置，尤其是涉及微重力环境下小行星岩石采样机械臂装置，属于空间技术及测控技术领域。

背景技术

小行星研究是近来最活跃的科学领域之一，小行星的地质演变很少，保留着较多的早期信息，并且小行星轨道往往短时期内有显著变化，伴随有碎裂演化，从某种意义上来说其代表着原始星云演化为行星的中间阶段，因此小行星探测有助于探索太阳系的组成、生命起源，以及研究如何减少地球遭小行星碰撞的危险。因此日本、美国、欧洲、中国等国家和地区都相继开展了小行星探测计划，我国在这方面起步相对较晚，根据我国的既定探测目标，目标小行星表面为高硬度的石头，摩氏硬度大于6.5，且目标小行星上重力加速度十分微弱，可以忽略不计。

对小行星进行采样分析是小行星研究的重要组成部分，而小行星表面没有月球上类似砂的土被覆盖，而是裸露的坚硬岩石。此外，其表面重力非常小，采样机构需满足微重力条件工作、采样过程无污染、重量轻、耗电小的要求，对小行星采样装置提出了较高的要求。因为小行星表面是裸露的坚硬岩石，摩氏硬度大于6.5，因此选择合适的采样装置至关重要，目前，大多采样装置采用空心钻采样或爆破采样。但是随着空心钻钻探深度的增加，空心钻与岩石之间的摩擦力也会急剧增加，而且空心钻的直径不可能做的很大，因此空心钻采样工作效率非常低下。爆破采样的缺点是危险且容易污染岩石样本。

发明内容

本发明设计了一种灵活轻巧、功耗低、采样效率高的小行星采样机械臂装置，特别是适用于表面是坚硬岩石的小行星采样。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种小行星岩石采样机械臂装置，包括：第一减速电机、采样器底座、第二减速电机、第三减速电机、第四减速电机、第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、切割装置和机械手。第一减速电机的输出轴与采样器底座连接，在采样器底座上设有第二减速电机，在第二减速电机的输出轴上连接有第一机械臂且第二减速电机的输出轴与第一机械臂的一端连接，在第一机械臂的另一端上设有第三减速电机，在第三减速电机的输出轴上连接有第二机械臂且第三减速电机的输出轴与第二机械臂的一端连接，在第二机械臂的另一端上设有第四减速电机，在第四减速电机的输出轴上设有第三机械臂且第四减速电机的输出轴与第三机械臂的中部连接，在第三机械臂的一端设有机械手，在第三机械臂的另一端上设有切割装置。

其中，切割装置由切割电机、联轴器和切割刀片组成，切割电机工作带动联轴器高速旋转，进而带动切割刀片高速旋转。连接第三机械臂的是第二机械臂和第一机械臂，第一机械臂连接可以360度旋转的采样器底座，采样器底座连接第一减速电机，第一减速电机控制采样器底座旋转到一定的角度，进而控制整个机械臂旋转到一定的角度。由第三机械臂控制切割装置切割深度，由第一减速电机控制切割装置切割角度，切割四次，就可以在小行星表面切下一块岩石样本，然后由机械手抓取，放到指定的容器内。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）本发明装置总体采用机械臂连接切割设备和机械手的方式，通过机械臂控制切割设备和机械手的位置，操作灵活。（2）本发明装置的机械臂连接切割设备和机械手，最大限度地提高了采样器的空间利用率，从而实现了装置的体积小、重量轻的目的。（3）本发明装置的切割部分采用切割刀片切割岩石的方式，适用于岩石硬度较高的采样工作。（4）本发明装置采用机械臂与和切割设备结合的方式，可以根据操作人员的需要，在几个不同的位置进行采用，采样位置灵活，并且提高了设备利用率。（5）本发明装置采样效率高，在驱动电机相同情况下，所采集的样品体积更大。（6）本发明装置中的机械手不仅可以用于抓取岩石，也可以用于其它任务，提高了设备利用率。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图。

图2为本发明第三机械臂结构示意图。

图3为本发明第一机械臂或第二机械臂拆分图。

图4为本发明机械臂底座拆分图。

图5为本发明采集的岩石样本的几何示意图。

具体实施方式

一种小行星岩石采样机械臂装置，其特征为，包括：第一减速电机1、采样器底座2、第二减速电机31、第三减速电机32、第四减速电机33、第一机械 41、第二机械臂42、第三机械臂7、切割装置5和机械手6，第一减速电机1的输出轴与采样器底座2连接，在采样器底座2上设有第二减速电机31，在第二减速电机31的输出轴上连接有第一机械臂41且第二减速电机31的输出轴与第一机械臂41的一端连接，在第一机械臂41的另一端上设有第三减速电机32，在第三减速电机32的输出轴上连接有第二机械臂42且第三减速电机32的输出轴与第二机械臂42的一端连接，在第二机械臂42的另一端上设有第四减速电机33，在第四减速电机33的输出轴上设有第三机械臂7且第四减速电机33的输出轴与第三机械臂7的中部连接，在第三机械臂7的一端设有机械手6，在第三机械臂7的另一端上设有切割装置5。在本实施例中，所述切割装置5包括切割电机10，在切割电机10的输出轴上设有切割刀片8，所述切割电机10设在第三机械臂7的另一端上。根据需要，第三机械臂7控制切割装置5进行切割岩石，每切完一次，第三机械臂7控制切割装置5从岩石中拔出，然后采样器底座2控制采样设备旋转90度，重复切割4次，就可以在岩石表面切除一块岩石，形状如图五所示，最后第三机械臂7控制机械手6靠近岩石，由机械手6抓取岩石标本，放入指定容器内，完成采样工作。

下面参照附图，对本发明做出更为详细的说明：

如图1所示，本发明装置包括第一减速电机1、采样器底座2、第二减速电机31、第三减速电机32、第四减速电机33、第一机械41、第二机械臂42、第三机械臂7、切割装置5和机械手6，第三机械臂7连接切割装置5和机械手6；其中第一减速电机1固定在小行星岩石采样器主体上，第一减速电机1转动，带动采样器底座2旋转，进而带动第二减速电机31、第一机械臂41、第三减速电机32、第二机械臂42、第四减速电机33、第三机械臂7、切割装置5和机械手6转动。

如图2所示，第三机械臂7一端连接切割装置5，一端连接机械手6，其中切割装置5包括切割电机10、联轴器9、切割刀片8，切割电机10工作带动联轴器9高速旋转，进而带动切割刀片8高速旋转。

如图3所示，第三减速电机32和第四减速电机33分别固定在第一机械臂41和第二机械臂42内部，本发明装置所用第二减速电机31、第三减速电机32、第四减速电机33的减速箱部分经过特殊处理，满足强度要求。

如图4所示，机械臂底座包括第一减速电机1、采样器底座2、第二减速电机31，其中第一减速电机1固定在小行星岩石采样器主体上，第一减速电机1转动，带动采样器底座2旋转，进而带动第二减速电机31旋转。

如图5所示，切割装置5以四个不同的角度切割岩石，切出的岩石标本的几何形状就如图5所示。

具体的采集样本步骤如下：

步骤1.小行星岩石采样器主体降落到小行星表面后，第一减速电机31，第二减速电机32，第三减速电机33控制机械臂伸展，将第三机械臂7放到靠近岩石表面的位置；

步骤2.打开切割电机10，利用第四减速电机32控制第三机械臂7旋转，使得切割装置5切入岩石内部一定的深度；

步骤3.利用第四减速电机32控制第三机械臂7反向旋转，拔出切割装置5；

步骤4.利用第一减速电机1控制采样器底座2、第二减速电机31、第一机械臂41、第三减速电机32、第二机械臂42、第四减速电机33、第三机械臂7、切割装置5和机械手6旋转90度，重复步骤2、步骤3；

步骤5.连续切割4次，就可以在小行星表面切出岩石标本，形状如图5所示；

步骤6.然后利用第四减速电机32控制第三机械臂7旋转，使机械手6靠近岩石标本，抓取岩石标本，并将其放入指定的容器内。

至此完成小行星岩石采样工作。

Claims

1.一种小行星岩石采样机械臂装置，其特征为，包括：第一减速电机（1）、采样器底座（2）、第二减速电机（31）、第三减速电机（32）、第四减速电机（33）、第一机械（41）、第二机械臂（42）、第三机械臂（7）、切割装置（5）和机械手（6），第一减速电机（1）的输出轴与采样器底座（2）连接，在采样器底座（2）上设有第二减速电机（31），在第二减速电机（31）的输出轴上连接有第一机械臂（41）且第二减速电机（31）的输出轴与第一机械臂（41）的一端连接，在第一机械臂（41）的另一端上设有第三减速电机（32），在第三减速电机（32）的输出轴上连接有第二机械臂（42），且第三减速电机（32）的输出轴与第二机械臂（42）的一端连接，在第二机械臂（42）的另一端上设有第四减速电机（33），在第四减速电机（33）的输出轴上设有第三机械臂（7）且第四减速电机（33）的输出轴与第三机械臂（7）的中部连接，在第三机械臂（7）的一端设有机械手（6），在第三机械臂（7）的另一端上设有切割装置（5）。

2.根据权利要求1所述的小行星岩石采样机械臂装置，其特征为，所述切割装置（5）包括切割电机（10），在切割电机（10）的输出轴上设有切割刀片（8），所述切割电机（10）设在第三机械臂（7）的另一端上。