CN111122218A - 转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器 - Google Patents

转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器 Download PDF

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Abstract

一种转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器，属于小行星探测采样技术领域。本发明解决了现有的行星表面星壤采样器缺少导向作用，导致样品收集效率低以及采样灵活性差的问题。罩体通过弯管与送样管道连通，且弯管与送样管道之间为转动连接，所述转位电机竖直固接在送样管道的下部，被动齿轮空套在送样管道的下部，两个外转子电机对应设置在罩体内，拉绳穿设在样品容器、送样管道及弯管内，弯管的下端部穿设在罩体内且与罩体顶部固接，样品袋的开口端向下设置且套设在弯道的下端，样品袋的袋底部设置在弯管内且与送样机构通过拉绳连接，样品袋的开口端设置有收紧绳索，且收紧绳索的另一端固接在罩体上，所述收紧绳索上加工有破断缺口。

Description

转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器
技术领域
本发明涉及一种转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器，属于小行星探测采样技术领域。
背景技术
探测小行星并采集其表面样品，有利于人类更深入认识小行星和太阳系，同时也带动空间技术的发展。小行星表面形貌特征复杂，岩石形态大小各异，而现有技术中的采样器适应能力差，采样灵活性差。此外，小行星表面几乎没有引力，采样过程中样品的运动轨迹较难控制，现有技术中的采样器在收集样品过程中无法实现对样品的引导。
发明内容
本发明是为了解决现有的行星表面星壤采样器缺少导向作用，导致样品收集效率低以及采样灵活性差的问题，进而提供了一种转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器，它包括探测器主体以及支撑探测器主体的机械臂，它还包括送样管道、进尺机构、采样机构、返回舱、送样机构及样品容器，进尺机构以及返回舱分别固定在探测器主体上，样品容器及送样机构均设置在返回舱内，采样机构与样品容器通过送样管道连通，进尺机构通过送样管道带动采样机构实现直线进给运动，所述送样机构包括拉绳，所述采样机构包括转位电机、主动齿轮、被动齿轮、弯管、罩体、样品袋、两个盘刀、两个外转子电机及两个电机座，主动齿轮与被动齿轮啮合，罩体通过弯管与送样管道连通，且弯管与送样管道之间为转动连接，所述转位电机竖直固接在送样管道的下部，被动齿轮空套在送样管道的下部，且固定套装在弯管的上部，两个外转子电机对应设置在罩体内，两个盘刀对应同轴固接在两个外转子电机上，拉绳穿设在样品容器、送样管道及弯管内，弯管的下端部穿设在罩体内且与罩体顶部固接，样品袋的开口端向下设置且套设在弯道的下端，样品袋的袋底部设置在弯管内且与送样机构通过拉绳连接，样品袋的开口端设置有收紧绳索，且收紧绳索的另一端固接在罩体上，所述收紧绳索上加工有破断缺口。
进一步地，所述采样机构还包括机架，机架的上部分别与被动齿轮及弯管固接，外转子电机通过两个电机座固定在机架上。
进一步地，罩体位于两个电机座之间。
进一步地，所述送样机构还包括送样电机及卷筒，所述送样电机固接在返回舱内，卷筒转动设置在返回舱内且与送样电机的输出轴同轴固接，拉绳上远离样品袋的一端部呈螺旋绕设在卷筒上。
进一步地，所述送样机构还包括设置在返回舱内的定滑轮，卷筒与样品容器之间的拉绳绕设在所述定滑轮上。
进一步地，所述送样机构还包括弧面轴承，定滑轮通过弧面轴承设置在返回舱内。
进一步地，所述进尺机构包括进尺电机、相互啮合的齿轮与齿条以及相互配合的导轨与若干滑块，所述进尺电机以及所述导轨均固接在探测器主体上，所述齿轮与进尺电机的输出轴固接，齿条及若干滑块均固接在送样管道的侧壁上。
进一步地，导轨竖直固接在探测器主体上，齿条沿送样管道长度方向竖直设置。
进一步地，所述送样管道包括送样软管和送样刚管，其中送样刚管与样品容器通过送样软管连通，送样刚管上远离送样软管的一端与弯管连通。
进一步地，弯管上与罩体连通的一端部为样品入口端，两个盘刀关于样品入口端的中心线对称设置，且旋转方向为向内相对旋转。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
一、使用盘刀切削采样，适用于不同形状、粒径及硬度的小行星星壤，适应性强；
二、采用外转子储能电机驱动盘刀高速旋转，利用盘刀高速旋转时的大惯量进行切削，降低装置功耗；
三、采样机构中设计有转位单元，实现选点采样和多点采样的功能，提高采样装置的灵活性和适应性；
四、采用样品袋收集样品及拉绳牵引送样的方案，有助于引导样品运动，提高样品收集率。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图(采样装置部分为简化示意图)；
图2为采样机构的结构示意图；
图3为盘刀的位置示意图；
图4为样品袋开口处收紧及绳索破断示意图；
图5为送样机构的结构示意图；
图6为进尺机构的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～6说明本实施方式，一种转位盘刀切削采样及拉绳8‐3送样式小行星表面星壤采样器，它包括探测器主体1以及支撑探测器主体1的机械臂6，它还包括送样管道、进尺机构3、采样机构5、返回舱7、送样机构8及样品容器9，进尺机构3以及返回舱7分别固定在探测器主体1上，样品容器9及送样机构8均设置在返回舱7内，采样机构5与样品容器9通过送样管道连通，进尺机构3通过送样管道带动采样机构5实现直线进给运动，所述送样机构8包括拉绳8‐3，所述采样机构5包括转位电机5‐11、主动齿轮5‐10、被动齿轮5‐1、弯管5‐3、罩体5‐5、样品袋5‐4、两个盘刀5‐8、两个外转子电机5‐6及两个电机座5‐7，主动齿轮5‐10与被动齿轮5‐1啮合，罩体5‐5通过弯管5‐3与送样管道连通，且弯管5‐3与送样管道之间为转动连接，所述转位电机5‐11竖直固接在送样管道的下部，被动齿轮5‐1空套在送样管道的下部，且固定套装在弯管5‐3的上部，两个外转子电机5‐6对应设置在罩体5‐5内，两个盘刀5‐8对应同轴固接在两个外转子电机5‐6上，拉绳8‐3穿设在样品容器9、送样管道及弯管5‐3内，弯管5‐3的下端部穿设在罩体5‐5内且与罩体5‐5顶部固接，样品袋5‐4的开口端向下设置且套设在弯道的下端，样品袋5‐4的袋底部设置在弯管5‐3内且与送样机构8通过拉绳8‐3连接，样品袋5‐4的开口端设置有收紧绳索5‐4‐1，且收紧绳索5‐4‐1的另一端固接在罩体5‐5上，所述收紧绳索5‐4‐1上加工有破断缺口5‐4‐2。
两个盘刀5‐8的中心轴线相互平行设置。探测器主体1通过机械臂6着陆于小行星表面。进尺机构3为采样机构5提供切削进给力，外转子电机5‐6的外转子与盘刀5‐8连接，驱动盘刀5‐8高速转动，样品在盘刀5‐8作用下被扫起进入样品袋5‐4；被动齿轮5‐1与送样管道之间设置有滚动轴承5‐2，滚动轴承5‐2保证机架5‐9、被动齿轮5‐1、弯管5‐3绕送样管道轴线作定轴转动。转位电机5‐11通过齿轮副驱动弯管5‐3并带动罩体5‐5和盘刀5‐8绕送样管道旋转，组成转位单元，实现采样机构5的多点及选点采样。送样机构8缠绕拉绳8‐3，将样品袋5‐4沿着弯道、送样管道进入样品容器9，完成样品的送样。
转位电机5‐11与主动齿轮5‐10之间通过紧定螺钉连接。
罩体5‐5作流线型设计，具有引流导向作用。
样品袋5‐4受拉绳8‐3的牵引过程中，收紧绳索5‐4‐1使样品袋5‐4在送样过程中被封口；收紧绳索5‐4‐1上有破断缺口5‐4‐2，当收紧绳索5‐4‐1的受力达到临界值时，破断缺口5‐4‐2破断，保证送样时样品袋5‐4脱离罩体5‐5。
本发明结构简单可靠、低功耗、采样效率高，能适应小行星复杂表面形貌及微引力环境。
所述采样机构5还包括机架5‐9，机架5‐9的上部分别与被动齿轮5‐1及弯管5‐3固接，外转子电机5‐6通过两个电机座5‐7固定在机架5‐9上。外转子电机5‐6固定在机架5‐9上，在转位电机5‐11驱动齿轮3‐2副转动的过程中，利用机架5‐9分担弯管5‐3上部所受的力。
罩体5‐5位于两个电机座5‐7之间。罩体5‐5的横截面积小，有利于被盘刀5‐8切削的样品顺利进入罩体5‐5内。
所述送样机构8还包括送样电机8‐1及卷筒8‐2，所述送样电机8‐1固接在返回舱7内，卷筒8‐2转动设置在返回舱7内且与送样电机的输出轴同轴固接，拉绳8‐3上远离样品袋5‐4的一端部呈螺旋绕设在卷筒8‐2上。卷筒8‐2上设计有螺旋槽，并受送样电机8‐1驱动而缠绕拉绳8‐3；在螺旋槽的作用下，拉绳8‐3成螺旋状绕在卷筒8‐2上。
所述送样机构8还包括设置在返回舱7内的定滑轮8‐4，卷筒8‐2与样品容器9之间的拉绳8‐3绕设在所述定滑轮8‐4上。
所述送样机构8还包括弧面轴承8‐5，定滑轮8‐4通过弧面轴承8‐5设置在返回舱7内。定滑轮8‐4支撑处采用弧面轴承8‐5，使定滑轮8‐4有一定角度的摆动。
所述进尺机构3包括进尺电机3‐3、相互啮合的齿轮3‐2与齿条3‐1以及相互配合的导轨3‐5与若干滑块3‐4，所述进尺电机3‐3以及所述导轨3‐5均固接在探测器主体1上，所述齿轮3‐2与进尺电机3‐3的输出轴固接，齿条3‐1及若干滑块3‐4均固接在送样管道的侧壁上。进尺电机3‐3通过齿轮3‐2齿条3‐1机构驱动送样管道及采样机构5作进给运动。送样管道在滑块3‐4和导轨3‐5的约束下，作直线运动。进尺电机3‐3与齿轮3‐2通过紧定螺钉连接。
导轨3‐5竖直固接在探测器主体1上，齿条3‐1沿送样管道长度方向竖直设置。
所述送样管道包括送样软管2和送样刚管4，其中送样刚管4与样品容器9通过送样软管2连通，送样刚管4上远离送样软管2的一端与弯管5‐3连通。送样软管2与样品容器9连接，送样软管2保证送样刚管4具有运动自由度；送样刚管4与弯管5‐3连接，并被置于进尺机构3上，保证进给刚度。送样刚管4做竖直方向的直线运动。
弯管5‐3上与罩体5‐5连通的一端部为样品入口端，两个盘刀5‐8关于样品入口端的中心线对称设置，且旋转方向为向内相对旋转。两个盘刀5‐8对称向内高速旋转，以扫起碎石。
工作原理：
机械臂6接触小行星表面完成锚固后，进尺机构3驱动送样管道和采样机构5作进给运动，并为采样机构5提供进给力。外转子电机5-6驱动盘刀5-8旋转到一定转速时，利用盘刀5-8的高能量切削小行星岩石，并将样品在罩体5-5的引导下扫至样品袋5-4内。同时，在转位电机5-11的驱动下，盘刀5-8绕送样刚管4轴线旋转，可进行多点或选点采样。送样电机8-1驱动卷筒8-2旋转并对拉绳8-3进行缠绕，拉绳8-3牵引样品袋5-4沿着管道进入样品容器9。由于收紧绳索5-4-1和破断缺口5-4-2的作用，样品袋5-4脱离罩体5-5并被封口。

Claims (10)

1.一种转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器，它包括探测器主体(1)以及支撑探测器主体(1)的机械臂(6)，其特征在于：它还包括送样管道、进尺机构(3)、采样机构(5)、返回舱(7)、送样机构(8)及样品容器(9)，进尺机构(3)以及返回舱(7)分别固定在探测器主体(1)上，样品容器(9)及送样机构(8)均设置在返回舱(7)内，采样机构(5)与样品容器(9)通过送样管道连通，进尺机构(3)通过送样管道带动采样机构(5)实现直线进给运动，所述送样机构(8)包括拉绳(8‐3)，所述采样机构(5)包括转位电机(5‐11)、主动齿轮(5‐10)、被动齿轮(5‐1)、弯管(5‐3)、罩体(5‐5)、样品袋(5‐4)、两个盘刀(5‐8)、两个外转子电机(5‐6)及两个电机座(5‐7)，主动齿轮(5‐10)与被动齿轮(5‐1)啮合，罩体(5‐5)通过弯管(5‐3)与送样管道连通，且弯管(5‐3)与送样管道之间为转动连接，所述转位电机(5‐11)竖直固接在送样管道的下部，被动齿轮(5‐1)空套在送样管道的下部，且固定套装在弯管(5‐3)的上部，两个外转子电机(5‐6)对应设置在罩体(5‐5)内，两个盘刀(5‐8)对应同轴固接在两个外转子电机(5‐6)上，拉绳(8‐3)穿设在样品容器(9)、送样管道及弯管(5‐3)内，弯管(5‐3)的下端部穿设在罩体(5‐5)内且与罩体(5‐5)顶部固接，样品袋(5‐4)的开口端向下设置且套设在弯道的下端，样品袋(5‐4)的袋底部设置在弯管(5‐3)内且与送样机构(8)通过拉绳(8‐3)连接，样品袋(5‐4)的开口端设置有收紧绳索(5‐4‐1)，且收紧绳索(5‐4‐1)的另一端固接在罩体(5‐5)上，所述收紧绳索(5‐4‐1)上加工有破断缺口(5‐4‐2)。
2.根据权利要求1所述的转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：所述采样机构(5)还包括机架(5‐9)，机架(5‐9)的上部分别与被动齿轮(5‐1)及弯管(5‐3)固接，外转子电机(5‐6)通过两个电机座(5‐7)固定在机架(5‐9)上。
3.根据权利要求2所述的转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：罩体(5‐5)位于两个电机座(5‐7)之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：所述送样机构(8)还包括送样电机(8‐1)及卷筒(8‐2)，所述送样电机(8‐1)固接在返回舱(7)内，卷筒(8‐2)转动设置在返回舱(7)内且与送样电机的输出轴同轴固接，拉绳(8‐3)上远离样品袋(5‐4)的一端部呈螺旋绕设在卷筒(8‐2)上。
5.根据权利要求4所述的转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：所述送样机构(8)还包括设置在返回舱(7)内的定滑轮(8‐4)，卷筒(8‐2)与样品容器(9)之间的拉绳(8‐3)绕设在所述定滑轮(8‐4)上。
6.根据权利要求5所述的转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：所述送样机构(8)还包括弧面轴承(8‐5)，定滑轮(8‐4)通过弧面轴承(8‐5)设置在返回舱(7)内。
7.根据权利要求1、2、3、5或6所述的转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：所述进尺机构(3)包括进尺电机(3‐3)、相互啮合的齿轮(3‐2)与齿条(3‐1)以及相互配合的导轨(3‐5)与若干滑块(3‐4)，所述进尺电机(3‐3)以及所述导轨(3‐5)均固接在探测器主体(1)上，所述齿轮(3‐2)与进尺电机(3‐3)的输出轴固接，齿条(3‐1)及若干滑块(3‐4)均固接在送样管道的侧壁上。
8.根据权利要求7所述的转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：导轨(3‐5)竖直固接在探测器主体(1)上，齿条(3‐1)沿送样管道长度方向竖直设置。
9.根据权利要求1、2、3、5、6或8所述的转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：所述送样管道包括送样软管(2)和送样刚管(4)，其中送样刚管(4)与样品容器(9)通过送样软管(2)连通，送样刚管(4)上远离送样软管(2)的一端与弯管(5‐3)连通。
10.根据权利要求9所述的转位盘刀切削采样及拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：弯管(5‐3)上与罩体(5‐5)连通的一端部为样品入口端，两个盘刀(5‐8)关于样品入口端的中心线对称设置，且旋转方向为向内相对旋转。
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