CN103528848A - 多功能月球表层样品采集封装装置 - Google Patents

Abstract

多功能月球表层样品采集封装装置，属于航天工程技术领域，为了解决以往的月球表层样品采集封装装置体积大，质量大，功耗高，导致在进行采样工作时，动作复杂、实施难度大的问题。它包括电机、采样组件和封装组件；采样组件包括螺旋送料轴、螺旋采样叶片、机壳、中心齿轮轴、外齿圈、臂杆套筒、联轴器、行星齿轮组、减速器和L形臂杆；封装组件包括K个拨片、超越离合器一、外环、样品桶、样品桶连接环、N个装有弹簧的导向柱、N个导向光孔和超越离合器二；其中，K和N均为正整数；采用螺旋输送和软袋拉绳封口方式，该装置采用单电机驱动，实现表层月壤样品的采集和初级封装，封装的结构简单、形态保持性好。本发明用于宇宙环境下的样品采集。

Description

多功能月球表层样品采集封装装置

技术领域

本发明涉及一种在月球表面低重力环境下样品采集和封装工具，属于航天工程技术领域。

背景技术

探月工程是我国航天事业的重要内容。登月后要针对月球展开一系列的科研项目，其中表层样品采集封装装置作为月面着陆器上直接与月壤接触的部件，对采样封装装置的采样性能、封装可靠性以及适应月面地形的能力都具有极其重要的要求。当今世界各国针对地外天体地表样品采集方式主要有钳取、耙取、铲取等，采集到样品后，先进行转送，再将样品放入到样品容器中，然后进行封装；然而，在苛刻的宇宙环境下，想要可靠的实现样品的采集、转送、封装等复杂动作，实施难度大，并且以往的采样封装装置大多存在体积大，质量大，功耗高等缺陷，所以需要一种专用工具实现任务目标，要满足航天任务的特殊性要求，既要质量轻便与发送，又要体积小空间利用率高，保证低功耗的同时具有高的可靠性。

发明内容

本发明目的是为了解决以往的月球表层样品采集封装装置体积大，质量大，功耗高，导致在进行采样工作时，动作复杂、实施难度大的问题，提供了一种多功能月球表层样品采集封装装置。

本发明所述多功能月球表层样品采集封装装置，它包括电机、采样组件和封装组件；

所述采样组件包括螺旋送料轴、螺旋采样叶片、机壳、中心齿轮轴、外齿圈、臂杆套筒、联轴器、行星齿轮组、减速器和L形臂杆；

所述螺旋送料轴上由螺旋送料轴的底部至螺旋送料轴的顶部螺旋设有螺旋采样叶片；且螺旋送料轴和螺旋采样叶片均设置在机壳内部；所述机壳的下端部呈锥筒状；在所述螺旋采样叶片的最顶端部与机壳连接处设置有出料口；该出料口与机壳为连通的、一体件结构；且出料口的轴线与所述螺旋送料轴的轴线的夹角小于90度；

所述螺旋送料轴的顶部与中心齿轮轴的下端部为同轴连接，螺旋送料轴的顶部的外壁与机壳通过轴承连接；

该中心齿轮轴的上端部通过联轴器与减速器连接；

所述机壳上端部设置有轴承压盖；在该轴承压盖与臂杆套筒之间设置尼龙环；

所述臂杆套筒内壁上固定安装有外齿圈，该外齿圈通过行星齿轮组与中心齿轮轴上的齿轮连接；

所述臂杆套筒的外侧壁上固定安装有L形臂杆，且该L形臂杆的自由端指向封装组件；

所述封装组件包括K个拨片、超越离合器一、外环、样品桶、样品桶连接环、N个装有弹簧的导向柱、N个导向光孔和超越离合器二；其中，K和N均为正整数；

所述样品桶连接环为上下两层的环形结构，上层环的直径小于下层环，上层环与下层环通过圆环形连接部连接，所述圆环形连接部的内环直径与上层环直径相等，该圆环形连接部的内环与上层环固定连接，所述圆环形连接部的外环直径与下层环直径相等，该圆环形连接部的外环与下层环固定连接；

所述样品桶连接环的上层环与机壳外部的出料口之间设置有尼龙滑环，该尼龙滑环紧套在机壳外部的出料口的外表面上，且该尼龙滑环上沿圆周方向设置有定位销孔，所述样品桶连接环的上层环上与尼龙滑环的定位销孔相对应的位置上也设置有定位销孔，采用螺栓将样品桶连接环与尼龙滑环固定连接；

所述样品桶连接环的连接部上沿圆周方向均匀设有N个螺孔，该N个螺孔用于安装N个装有弹簧的导向柱；所述样品桶连接环的上层环与机壳之间设有超越离合器二；该超越离合器二用于控制样品桶连接环的转向；

所述样品桶连接环的下层环的外壁上套有尼龙环，所述外环套接在尼龙环上；

所述外环为两层环形结构，上层环的直径大于下层环的直径，且上层环的厚度小于下层环的厚度，下层环的外直径与上层环的内直径相等，上层环与下层环焊接成一体；

在外环的下层环的内壁的边缘处设置有内螺纹；

所述外环的上层环的外壁上设置有K个拨片，所述K个拨片的固定端通过K组螺钉沿外环的圆周方向固定在外环的上层环的外壁上；

所述外环的上层环与样品桶连接环的下层环之间设置有超越离合器一，该超越离合器一用于控制外环的单向旋转运动；

所述外环的上层环套在样品桶连接环的下层环的外壁上的尼龙环外；并通过外环上的K个拨片上的螺钉将外环与该尼龙环卡紧；

所述样品桶包括筒体、无底可封口软袋、破断拉绳和N个导向光孔；

所述筒体的下端通过底板封闭，该筒体的上端通过顶板封闭，顶板的中部开设有采样入口；且在样品桶的顶板上与N个装有弹簧的导向柱相对应的位置处设置有N个导向光孔；

所述无底可封口软袋的一端深入到样品桶内，与样品桶内壁固定连接，该无底可封口软袋的另一端内设有破断拉绳，该破断拉绳的两端固定在外环的内侧壁上；

所述样品桶的外壁上设置有外螺纹，所述内螺纹与外螺纹构成一组锁紧螺纹；用于将样品桶与外环旋转锁定连接；

所述机壳外部的出料口插入样品桶的采样入口内；

所述电机设置在样品采集封装装置的顶部；该电机与减速器连接。

所述样品桶的内侧壁上设置有固定叶片。

所述机壳尾部进料口处设有毛刷圈。

它还包括连接法兰，所述连接法兰设置在减速器与联轴器之间，所述样品采集封装装置通过连接法兰与该装置外部的机械臂末端固定连接。

所述解锁螺纹的螺纹长度大于P倍螺距，P为正整数。

本发明的优点：本发明所述的一种多功能月球表层样品采集封装装置，采用螺旋输送和软袋拉绳封口方式，实现针对月球表面样品的选择性采集和封装任务设计的一种集成了采样封装功能为一体的多功能装置，该装置采用单电机驱动，能用较简单的原理，实现表层月壤样品的采集和初级封装，封装的结构简单、形态保持性好。本发明结构紧凑体积小，重量轻，功耗低，可靠性高，特别对探月工程意义重大。

附图说明

图1是本发明所述多功能月球表层样品采集封装装置的剖视图；

图2是本发明所述多功能月球表层样品采集封装装置的结构示意图；

图3是具体实施方式一所述的样品桶17的剖视图；

图4是具体实施方式一所述的样品桶盖22的剖视图；

图5是具体实施方式一所述的外环15的剖视图；

图6是本发明所述多功能月球表层样品采集封装装置卸载下样品桶17后的结构示意图；

图7是本发明所述多功能月球表层样品采集封装装置水平放置的结构示意图；

图8是图1中I处局部放大图；

图9是图1中Ⅱ处的局部放大图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述多功能月球表层样品采集封装装置，它包括电机10、采样组件和封装组件；

所述采样组件包括螺旋送料轴1、螺旋采样叶片3、机壳4、中心齿轮轴5、外齿圈6、臂杆套筒7、联轴器8、行星齿轮组11、减速器24和L形臂杆12；

所述螺旋送料轴1上由螺旋送料轴1的底部至螺旋送料轴1的顶部螺旋设有螺旋采样叶片3；且螺旋送料轴1和螺旋采样叶片3均设置在机壳4内部；所述机壳4的下端部呈锥筒状；在所述螺旋采样叶片3的最顶端部与机壳4连接处设置有出料口；该出料口与机壳4为连通的、一体件结构；且出料口的轴线与所述螺旋送料轴1的轴线的夹角小于90度；

所述螺旋送料轴1的顶部与中心齿轮轴5的下端部为同轴连接，螺旋送料轴1的顶部的外壁与机壳4通过轴承连接；

该中心齿轮轴5的上端部通过联轴器8与减速器24连接；

所述机壳4上端部设置有轴承压盖；在该轴承压盖与臂杆套筒7之间设置尼龙环；

所述臂杆套筒7内壁上固定安装有外齿圈6，该外齿圈6通过行星齿轮组11与中心齿轮轴5上的齿轮连接；

所述臂杆套筒7的外侧壁上固定安装有L形臂杆12，且该L形臂杆12的自由端指向封装组件；

所述封装组件包括K个拨片13、超越离合器一14、外环15、样品桶17、样品桶连接环22、N个装有弹簧的导向柱21、N个导向光孔25和超越离合器二23；其中，K和N均为正整数；

所述样品桶连接环22为上下两层的环形结构，上层环22-1的直径小于下层环22-2，上层环22-1与下层环22-2通过圆环形连接部连接，所述圆环形连接部的内环直径与上层环直径相等，该圆环形连接部的内环与上层环固定连接，所述圆环形连接部的外环直径与下层环直径相等，该圆环形连接部的外环(15)与下层环22-2固定连接；

所述样品桶连接环22的上层环与机壳4外部的出料口之间设置有尼龙滑环，该尼龙滑环紧套在机壳4外部的出料口的外表面上，且该尼龙滑环上沿圆周方向设置有定位销孔，所述样品桶连接环22的上层环上与尼龙滑环的定位销孔相对应的位置上也设置有定位销孔，采用螺栓将样品桶连接环22与尼龙滑环固定连接；

所述样品桶连接环22的连接部上沿圆周方向均匀设有N个螺孔22-3，该N个螺孔22-3用于安装N个装有弹簧的导向柱21；所述样品桶连接环22的上层环22-1与机壳4之间设有超越离合器二23；该超越离合器二23用于控制样品桶连接环22的转向；

所述样品桶连接环22的下层环22-2的外壁上套有尼龙环，所述外环15套接在尼龙环上；

所述外环15为两层环形结构，上层环的直径大于下层环的直径，且上层环的厚度小于下层环的厚度，下层环的外直径与上层环的内直径相等，上层环与下层环焊接成一体；

在外环15的下层环的内壁的边缘处设置有内螺纹27；

所述外环15的上层环的外壁上设置有K个拨片13，所述K个拨片13的固定端通过K组螺钉沿外环15的圆周方向固定在外环15的上层环的外壁上；

所述外环15的上层环与样品桶连接环22的下层环22-2之间设置有超越离合器一14，该超越离合器一14用于控制外环15的单向旋转运动；

所述外环15的上层环套在样品桶连接环22的下层环22-2的外壁上的尼龙环外；并通过外环15上的K个拨片13上的螺钉将外环15与该尼龙环卡紧；

所述样品桶17包括筒体30、无底可封口软袋19、破断拉绳20和N个导向光孔25；

所述筒体30的下端通过底板封闭，该筒体的上端通过顶板封闭，顶板的中部开设有采样入口；且在样品桶17的顶板上与N个装有弹簧的导向柱21相对应的位置处设置有N个导向光孔25；

所述无底可封口软袋19的一端深入到样品桶17内，与样品桶17内壁固定连接，该无底可封口软袋19的另一端内设有破断拉绳20，该破断拉绳20的两端固定在外环15的内侧壁上；

所述样品桶17的外壁上设置有外螺纹26，所述内螺纹27与外螺纹26构成一组锁紧螺纹16；用于将样品桶17与外环15旋转锁定连接；

所述机壳4外部的出料口插入样品桶17的采样入口内；

所述电机10设置在样品采集封装装置的顶部；该电机10与减速器24连接。

具体实施方式二：下面结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述样品桶17的内侧壁上还设置有固定叶片18。

具体实施方式三：下面结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述机壳4尾部进料口处设有毛刷圈2。

具体实施方式四：下面结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的多功能月球表层样品采集封装装置，它还包括连接法兰9，所述连接法兰9设置在减速器24与联轴器8之间，所述样品采集封装装置通过连接法兰9与该装置外部的机械臂末端固定连接。

具体实施方式五：下面结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的解锁螺纹16的螺纹长度大于P倍螺距，P为正整数。

工作原理：在本发明所述的多功能月球表层样品采集封装装置工作时，机械臂携带采样封装装置到采样地点后，电机10正向转动驱动联轴器8，中心齿轮轴5带动螺旋送料轴1转动，使螺旋叶片3回转。在回转过程中，毛刷圈2上的毛刷能实现对月壤粒度的筛选，减少月面不平整地形影响，将适合采集的样品定向传送，通过机壳4的锥形过渡段，达到获取正向输送压力的作用，最终将表取样品集输到样品桶17之内。为使样品更容易下落，样品桶17向下倾斜一定角度。通过中心齿轮轴5带动行星齿轮11，外齿圈6转动，使与外齿圈6固定连接的臂杆套筒7，臂杆12转动，此时超越离合器一14导通，超越离合器二23截止，臂杆12正向拨动拨杆13让外环15与样品桶17产生绕自身轴线间歇旋转，其传动的不平稳性恰好可以起到激振的作用，辅助月壤样品进入样品桶17内，在固型叶片18辅助下解决样品堆积问题，使样品可以落入并充满样品桶17。采样结束后，机械臂携带装置到密封封装容器上方。电机10反转，带动臂杆12反向拨动拨杆13，此时超越离合器一14截止，超越离合器二23导通，样品桶17不旋转而外圈15旋转，拉动破断拉绳20，收紧封口软袋19并完成样品的封装，并且保持封装状态。采用软袋拉绳封口的方式，从而避免了复杂的机械封口中易产生的封口不严密或者易被月壤颗粒卡死的问题。同时样品封装完成后通过解锁螺纹16解锁在固定在导向柱上的弹簧实现样品桶17解锁释放。采样封装工作结束。

Claims (5)

1.一种多功能月球表层样品采集封装装置，其特征在于，它包括电机（10）、采样组件和封装组件；

所述采样组件包括螺旋送料轴（1）、螺旋采样叶片（3）、机壳（4）、中心齿轮轴（5）、外齿圈（6）、臂杆套筒（7）、联轴器（8）、行星齿轮组（11）、减速器（24）和L形臂杆（12）；

所述螺旋送料轴（1）上由螺旋送料轴（1）的底部至螺旋送料轴（1）的顶部螺旋设有螺旋采样叶片（3）；且螺旋送料轴（1）和螺旋采样叶片（3）均设置在机壳（4）内部；所述机壳（4）的下端部呈锥筒状；在所述螺旋采样叶片（3）的最顶端部与机壳（4）连接处设置有出料口；该出料口与机壳（4）为连通的、一体件结构；且出料口的轴线与所述螺旋送料轴（1）的轴线的夹角小于90度；

所述螺旋送料轴（1）的顶部与中心齿轮轴（5）的下端部为同轴连接，螺旋送料轴（1）的顶部的外壁与机壳（4）通过轴承连接；

该中心齿轮轴（5）的上端部通过联轴器（8）与减速器（24）连接；

所述机壳（4）上端部设置有轴承压盖；在该轴承压盖与臂杆套筒（7）之间设置尼龙环；

所述臂杆套筒（7）内壁上固定安装有外齿圈（6），该外齿圈（6）通过行星齿轮组（11）与中心齿轮轴（5）上的齿轮连接；

所述臂杆套筒（7）的外侧壁上固定安装有L形臂杆（12），且该L形臂杆（12）的自由端指向封装组件；

所述封装组件包括K个拨片（13）、超越离合器一（14）、外环（15）、样品桶（17）、样品桶连接环（22）、N个装有弹簧的导向柱（21）、N个导向光孔（25）和超越离合器二（23）；其中，K和N均为正整数；

所述样品桶连接环（22）为上下两层的环形结构，上层环（22-1）的直径小于下层环（22-2），上层环（22-1）与下层环（22-2）通过圆环形连接部连接，所述圆环形连接部的内环直径与上层环直径相等，该圆环形连接部的内环与上层环固定连接，所述圆环形连接部的外环直径与下层环直径相等，该圆环形连接部的外环(15)与下层环（22-2）固定连接；

所述样品桶连接环（22）的上层环与机壳（4）外部的出料口之间设置有尼龙滑环，该尼龙滑环紧套在机壳（4）外部的出料口的外表面上，且该尼龙滑环上沿圆周方向设置有定位销孔，所述样品桶连接环（22）的上层环上与尼龙滑环的定位销孔相对应的位置上也设置有定位销孔，采用螺栓将样品桶连接环（22）与尼龙滑环固定连接；

所述样品桶连接环（22）的连接部上沿圆周方向均匀设有N个螺孔（22-3），该N个螺孔（22-3）用于安装N个装有弹簧的导向柱（21）；所述样品桶连接环（22）的上层环（22-1）与机壳（4）之间设有超越离合器二（23）；该超越离合器二（23）用于控制样品桶连接环（22）的转向；

所述样品桶连接环（22）的下层环（22-2）的外壁上套有尼龙环，所述外环（15）套接在尼龙环上；

所述外环（15）为两层环形结构，上层环的直径大于下层环的直径，且上层环的厚度小于下层环的厚度，下层环的外直径与上层环的内直径相等，上层环与下层环焊接成一体；

在外环（15）的下层环的内壁的边缘处设置有内螺纹（27）；

所述外环（15）的上层环的外壁上设置有K个拨片（13），所述K个拨片（13）的固定端通过K组螺钉沿外环（15）的圆周方向固定在外环（15）的上层环的外壁上；

所述外环（15）的上层环与样品桶连接环（22）的下层环（22-2）之间设置有超越离合器一（14），该超越离合器一（14）用于控制外环（15）的单向旋转运动；

所述外环（15）的上层环套在样品桶连接环（22）的下层环（22-2）的外壁上的尼龙环外；并通过外环（15）上的K个拨片（13）上的螺钉将外环（15）与该尼龙环卡紧；

所述样品桶（17）包括筒体（30）、无底可封口软袋（19）、破断拉绳（20）和N个导向光孔（25）；

所述筒体（30）的下端通过底板封闭，该筒体的上端通过顶板封闭，顶板的中部开设有采样入口；且在样品桶（17）的顶板上与N个装有弹簧的导向柱（21）相对应的位置处设置有N个导向光孔（25）；

所述无底可封口软袋（19）的一端深入到样品桶（17）内，与样品桶（17）内壁固定连接，该无底可封口软袋（19）的另一端内设有破断拉绳（20），该破断拉绳（20）的两端固定在外环（15）的内侧壁上；

所述样品桶（17）的外壁上设置有外螺纹（26），所述内螺纹（27）与外螺纹（26）构成一组锁紧螺纹（16）；用于将样品桶（17）与外环（15）旋转锁定连接；

所述机壳（4）外部的出料口插入样品桶（17）的采样入口内；

所述电机（10）设置在样品采集封装装置的顶部；该电机（10）与减速器（24）连接。

2.根据权利要求1所述一种多功能月球表层样品采集封装装置，其特征在于，所述样品桶（17）的内侧壁上还设置有固定叶片（18）。

3.根据权利要求1所述一种多功能月球表层样品采集封装装置，其特征在于，所述机壳（4）尾部进料口处设有毛刷圈（2）。

4.根据权利要求1所述一种多功能月球表层样品采集封装装置，其特征在于，它还包括连接法兰（9），所述连接法兰（9）设置在减速器（24）与联轴器（8）之间，所述样品采集封装装置通过连接法兰（9）与该装置外部的机械臂末端固定连接。

5.根据权利要求1所述一种多功能月球表层样品采集封装装置，所述其特征在于，所述解锁螺纹（16）的螺纹长度大于P倍螺距，P为正整数。

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