CN113740099B - 一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构，包括固定架、曲柄机构、驱动机构、样品存储部以及采样铲，所述驱动机构以及所述样品存储部分别安装在所述固定架上，所述采样铲呈弧形结构，所述采样铲位于所述驱动机构驱动端的一侧且沿平行于所述驱动机构驱动端轴线的方向延伸，所述驱动机构通过曲柄机构与采样铲的一端连接，所述样品存储部位于所述采样铲的内侧。本发明基于钻机圆柱型弧面和曲面三维立体剖分设计原理，使用单独一个驱动机构完成了挖取和密封两个动作，极大地降低了采样系统整体的功率消耗，缩小了机构整体体积。

Description

一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构

技术领域

本发明涉及采样相关技术领域，具体涉及一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构。

背景技术

对于月球的探索是人类太空探测的第一步，月球的土壤记录着月球的演化历史，对月球的探索能够为人类进一步进行深空探测提供更多的技术支持。随着嫦娥五号任务成功取回月壤样本，对于月球的探测也提出了更高的要求，月球深部的月壤受宇宙射线等外界不利因素的干扰更少，相较于月表的月壤记录的信息更为完整且具有更多的研究价值，因此，对于月球深部探测和钻进采样是未来着重实现的技术方向之一。

但由于月层信息尚不明确，月面工作环境较为复杂，极度恶劣，飞船运载能力有限等问题，对于月球深部的探测和采样面临着诸多难题，本发明针对上述问题提出了一种随钻式深层月壤采样机构。

现有技术一般由位于顶部的驱动机构将钻管推出采样，驱动机构反向转动将采样管收回后，由钻管末端的推出杆将岩心样品推出到样品仓后，由采样管重复推出和收回的动作实现多深度多点采样。

该方案通过一个推出取样机构钻取多个岩心样品，但仅适用于质地较硬的岩心样品，且所有的岩心样品均分布在同一个样品舱内，对于质地较为松软的月壤样品来说，无法记录月壤的深度信息。

该方案体积较大，无法利用空心钻管进行内部的排土，功耗较大，且工作过程较为复杂，仅适用于地面使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构，包括固定架、曲柄机构、驱动机构、样品存储部以及采样铲，所述驱动机构以及所述样品存储部分别安装在所述固定架上，所述采样铲呈弧形结构，所述采样铲位于所述驱动机构驱动端的一侧且沿平行于所述驱动机构驱动端轴线的方向延伸，所述驱动机构通过曲柄机构与采样铲的一端连接，所述样品存储部位于所述采样铲的内侧。

本发明的有益效果是：本发明基于钻机圆柱型弧面和曲面三维立体剖分设计原理，使用单独一个驱动机构完成了挖取和密封两个动作，极大地降低了采样系统整体的功率消耗，缩小了机构整体体积。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，还包括支撑导杆，所述曲柄机构与采样铲的一端转动连接，所述支撑导杆沿所述采样铲合拢状态的径向布置，所述支撑导杆的一端固定在在固定架上，另一端与所述采样铲的内侧滑动连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：采样铲在驱动机构的驱动下翻转挖土并送入到样品存储部内，当采样铲在翻转的时候，利用支撑导杆可以为采样铲的翻转转动提供滑动支撑。

进一步，所述支撑导杆的另一端设有滑块或滑槽，所述采样铲的内侧设有滑槽或滑块。

采用上述进一步方案的有益效果是：可以利用滑块与滑槽的配合，实现采样铲与支撑导杆之间的滑动配合。

进一步，所述曲柄机构呈L型，所述曲柄机构一端与所述驱动机构的驱动端连接，另一端与所述采样铲的一端连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用L型的曲柄机构，可以使采样铲在沿预设轨迹进行翻转。

进一步，所述采样铲的一端内侧固定有连接轴，所述连接轴与所述采样铲平行布置，所述曲柄机构与所述连接轴的一端固定连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置连接轴，为采样铲与曲柄机构的连接提供连接支撑。

进一步，所述固定架包括驱动机构固定架以及样品存储固定架，所述驱动机构固定在所述驱动机构固定架上，所述样品存储固定架呈圆筒形，所述样品存储部固定在所述样品存储固定架的外周侧壁上且与采样铲的内侧对应布置。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置圆筒形的样品存储固定架，使样品存储部固定在样品存储固定架的外周侧壁上，有利于沿样品存储固定架的圆周方向设置多个样品存储部。

进一步，所述样品存储部上设有样品口，所述样品口与所述采样铲对应布置，所述样品口的形状与所述采样铲的形状相适配。

采用上述进一步方案的有益效果是：采样铲采样后合拢时，将样品铲入样品存储部后，还能够与样品存储部配合，封堵住样品存储部的样品口，封闭性好。

进一步，所述驱动机构、采样铲以及样品存储部分别为多个，多个所述采样铲沿圆周布置，且合拢后呈圆筒形结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置多个采样铲，可以同时采集多批样品。

进一步，还包括外壳，所述固定架、曲柄机构、驱动机构、样品存储部以及采样铲分别位于所述外壳内，所述固定架与所述外壳固定连接；所述外壳上开设有采样口，所述采样口与所述样品存储部对应布置，所述采样铲能够在所述采样口翻转并将样品铲入样品存储部。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置外壳，可用于容纳整个采样机构，对各个工作部件起到保护作用。通过将采样口与样品存储部对应布置，可使采样铲铲的样品直接铲入到样品存储部内。

进一步，所述外壳呈圆筒形结构，所述采样铲一部分位于所述外壳的内侧且与所述外壳的内侧壁适配，另一部分置于所述采样口内且四周与所述采样口的内侧适配抵接。

采用上述进一步方案的有益效果是：结构紧凑，方便携带以及采样。使采样铲与采样口以及样品存储部适配的结构设置，有利于提高采样后的密封性。

附图说明

图1为本发明随钻侧向采样机构的立体结构示意图；

图2为本发明随钻侧向采样机构合拢状态的侧视结构示意图；

图3为本发明随钻侧向采样机构展开状态的侧视结构示意图；

图4为本发明随钻侧向采样机构整体的立体结构示意图；

图5为本发明采样铲的立体结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、驱动机构；2、曲柄机构；3、样品存储部；4、采样铲；41、滑槽；42、滑筋；43、连接轴；5、驱动机构固定架；6、样品存储固定架；7、支撑导杆；71、滑块；8、外壳；81、采样口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1～图5所示，本实施例的一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构，包括固定架、曲柄机构2、驱动机构1、样品存储部3以及采样铲4，所述驱动机构1以及所述样品存储部3分别安装在所述固定架上，所述采样铲4呈弧形结构，所述采样铲4位于所述驱动机构1驱动端的一侧且沿平行于所述驱动机构1驱动端轴线的方向延伸，所述驱动机构1通过曲柄机构2与采样铲4的一端连接，所述样品存储部3位于所述采样铲4的内侧。

如图1～图3所示，本实施例的随钻侧向采样机构还包括支撑导杆7，所述曲柄机构2与采样铲4的一端转动连接，所述支撑导杆7沿所述采样铲4合拢状态的径向布置，所述支撑导杆7的一端固定在在固定架上，另一端与所述采样铲4的内侧滑动连接。采样铲在驱动机构的驱动下翻转挖土并送入到样品存储部内，当采样铲在翻转的时候，利用支撑导杆可以为采样铲的翻转转动提供滑动支撑。

如图1～图3、图5所示，本实施例的所述支撑导杆7的另一端设有滑块71或滑槽，所述采样铲4的内侧设有滑槽41或滑块。可以利用滑块与滑槽的配合，实现采样铲与支撑导杆之间的滑动配合。

如图3和图5所示，本实施例的一个优选方案为，所述采样铲4的内侧设置有滑槽41，具体可在采样铲4的内侧设有两条平行布置的滑筋42，这两条滑筋42沿所述采样铲4的弧面延伸布置，所述滑筋42的横截面为燕尾形状，两条滑筋42之间形成了下宽上窄的燕尾形状的滑槽41。所述滑块71的形状与滑槽41形状适配，即滑块71也采用燕尾形状。滑块可自由转动的设置在所述支撑导杆的自由端。

如图1～图3所示，本实施例的所述曲柄机构2呈L型，所述曲柄机构2一端与所述驱动机构1的驱动端连接，另一端与所述采样铲4的一端连接。采用L型的曲柄机构，可以使采样铲在沿预设轨迹进行翻转。

如图1～图3所示，本实施例的所述采样铲4的一端内侧固定有连接轴43，所述连接轴43与所述采样铲4平行布置，所述曲柄机构2与所述连接轴43的一端固定连接。通过设置连接轴，为采样铲与曲柄机构的连接提供连接支撑。

如图1～图3所示，本实施例的所述固定架包括驱动机构固定架5以及样品存储固定架6，所述驱动机构1固定在所述驱动机构固定架5上，所述样品存储固定架6呈圆筒形，所述样品存储部3固定在所述样品存储固定架6的外周侧壁上且与采样铲4的内侧对应布置。通过设置圆筒形的样品存储固定架，使样品存储部固定在样品存储固定架的外周侧壁上，有利于沿样品存储固定架的圆周方向设置多个样品存储部。

本实施例的驱动机构1优选采用电机。所述驱动机构1可以通过螺钉固定在驱动机构固定架5上。

如图2和图3所示，本实施例的所述样品存储部3上设有样品口，所述样品口与所述采样铲4对应布置，所述样品口的形状与所述采样铲4的形状相适配。样品存储部采用类似内窄外宽的喇叭型结构，外周侧设有样品口，采样铲采样后合拢时，将样品铲入样品存储部后，还能够与样品存储部配合，封堵住样品存储部的样品口，封闭性好。

如图1～图3所示，本实施例的所述驱动机构1、采样铲4以及样品存储部3分别为多个，多个所述采样铲4沿圆周均匀布置，且合拢后呈圆筒形结构。具体的，所述驱动机构1、采样铲4以及样品存储部3分别为三个、四个、五个、六个等，且一一对应布置。每个采样铲对应连接一个支撑导杆7。通过设置多个采样铲，可以同时采集多批样品。样品存储部可以为多个，每个样品存储部都驱动机构独立运行，可以实现不同深度上的多次取样，准确记录不同外星体深度的土壤信息。

如图1～图4所示，本实施例的随钻侧向采样机构还包括外壳8，所述固定架、曲柄机构2、驱动机构1、样品存储部3以及采样铲4分别位于所述外壳8内，所述固定架与所述外壳8固定连接；所述外壳8上开设有采样口81，所述采样口81与所述样品存储部3对应布置，所述采样铲4能够在所述采样口81翻转并将样品铲入样品存储部3。通过设置外壳，可用于容纳整个采样机构，对各个工作部件起到保护作用。通过将采样口与样品存储部对应布置，可使采样铲铲的样品直接铲入到样品存储部内。

具体的，可以将驱动机构固定架5以及样品存储固定架6都固定在外壳8上，也可以将样品存储固定架6固定在驱动机构固定架5上。所述样品存储固定架6的外径小于驱动机构固定架5上，使曲柄机构2可以位于驱动机构固定架5与样品存储固定架6之间，可以将支撑导杆7沿存储固定架6的径向固定在存储固定架6上。而且将支撑导杆7位于曲柄机构与样品存储部3之间，曲柄机构与支撑导杆7之间预留有一定的间距，有利于曲柄机构旋转通过。

如图1～图4所示，本实施例的所述外壳8呈圆筒形结构，所述采样铲4一部分位于所述外壳8的内侧且与所述外壳8的内侧壁适配，另一部分置于所述采样口81内且四周与所述采样口81的内侧适配抵接，例如，采样口81的内侧壁为斜面结构，所述采样铲4与采样口81抵接的边缘也为斜面，目的就是为了采样后将采样口81能够密封住。采用圆筒形结构的外壳，结构紧凑，方便携带以及采样。使采样铲与采样口以及样品存储部适配的结构设置，有利于提高采样后的密封性。实际上，当采样铲采样后合拢时，所述采样铲的一部分是位于样品存储部的样品口与外壳的采样口81之间的，将样品存储部的样品口与外界阻断，对采集的土壤样品进行密封。

本实施例的曲柄机构通过紧固螺钉与电机的旋转轴固定连接，电机可以旋转带动曲柄机构一通转动。所述采样铲一端与曲柄机构通过销钉连接。

本实施例的基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构可以用于星体上的土壤采样，比如月球深层采样。工作过程为，采样机构跟随钻进机构到达指定深度的月层时，驱动机构转动，带动曲柄机构旋转，曲柄机构带动采样铲在旋转，由于滑块可自由转动的设置在所述支撑导杆的自由端，支撑导杆自由端的滑块在采样铲上的滑槽内滑动，使采样铲沿着支撑导杆进行翻转，先将采样铲打开，采样铲从外壳的采样口伸出，使样品存储部的样品口露出，再驱动采样铲转动采样完成挖取动作，同时使月壤从外壳的采样口存储到样品存储部内。由于采样铲与采样口以及样品存储部的存储口适配，可以将月壤样品封闭在样品存储部内。

本实施例的采样机构单独构成一个独立模块，通过通用接口可以连接各种外星体的钻进设备，实现模块化连接。

本实施例基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构，基于钻机圆柱型弧面和曲面三维立体剖分设计原理，使用单独一个驱动机构完成了挖取和密封两个动作，极大地降低了采样系统整体的功率消耗，缩小了机构整体体积。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构，其特征在于，包括固定架、曲柄机构、驱动机构、样品存储部以及采样铲，所述驱动机构以及所述样品存储部分别安装在所述固定架上，所述采样铲呈弧形结构，所述采样铲位于所述驱动机构驱动端的一侧且沿平行于所述驱动机构驱动端轴线的方向延伸，所述驱动机构通过曲柄机构与采样铲的一端连接，所述样品存储部位于所述采样铲的内侧；

所述固定架包括驱动机构固定架以及样品存储固定架，所述驱动机构固定在所述驱动机构固定架上，所述样品存储固定架呈圆筒形，所述样品存储部固定在所述样品存储固定架的外周侧壁上且与采样铲的内侧对应布置；

所述样品存储部上设有样品口，所述样品口与所述采样铲对应布置，所述样品口的形状与所述采样铲的形状相适配；

所述驱动机构、采样铲以及样品存储部分别为多个，多个所述采样铲沿圆周布置，且合拢后呈圆筒形结构。

2.根据权利要求1所述一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构，其特征在于，还包括支撑导杆，所述曲柄机构与采样铲的一端转动连接，所述支撑导杆沿所述采样铲合拢状态的径向布置，所述支撑导杆的一端固定在固定架上，另一端与所述采样铲的内侧滑动连接。

3.根据权利要求2所述一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构，其特征在于，所述支撑导杆的另一端设有滑块或滑槽，所述采样铲的内侧设有滑槽或滑块。

4.根据权利要求1所述一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构，其特征在于，所述曲柄机构呈L型，所述曲柄机构一端与所述驱动机构的驱动端连接，另一端与所述采样铲的一端连接。

5.根据权利要求1所述一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构，其特征在于，所述采样铲的一端内侧固定有连接轴，所述连接轴与所述采样铲平行布置，所述曲柄机构与所述连接轴的一端固定连接。

6.根据权利要求1所述一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构，其特征在于，还包括外壳，所述固定架、曲柄机构、驱动机构、样品存储部以及采样铲分别位于所述外壳内，所述固定架与所述外壳固定连接；所述外壳上开设有采样口，所述采样口与所述样品存储部对应布置，所述采样铲能够在所述采样口翻转并将样品铲入样品存储部。

7.根据权利要求6所述一种基于曲面展开机构的随钻侧向采样机构，其特征在于，所述外壳呈圆筒形结构，所述采样铲一部分位于所述外壳的内侧且与所述外壳的内侧壁适配，另一部分置于所述采样口内且四周与所述采样口的内侧适配抵接。

Images