CN113898298B - 钻进变向短节、钻进取芯装置和钻进取芯方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种钻进变向短节、钻进取芯装置和钻进取芯方法，其中，钻进变向短节包括旋转框、万向节叉、驱动件、传动组件和套管，旋转框呈环形；两万向节叉设置于旋转框的轴向相对两侧，并分别与旋转框可转动地连接，且两万向节叉与旋转框的相对转动轴线相互垂直，并均垂直于旋转框的轴向；两驱动件分别设置于两万向节叉背离旋转框的一端；两驱动件通过两传动组件分别与旋转框传动连接，驱动件用于驱动旋转框相对于万向节叉转动；套管套设于两万向节叉和旋转框外部，套管具有柔性。本申请提供的钻进变向短节和钻进取芯装置，能够在钻进取芯过程中，通过改变钻进方向避开岩石等难以钻进的物质，能够继续进行钻进取芯任务，降低取芯成本。

Description

钻进变向短节、钻进取芯装置和钻进取芯方法

技术领域

本申请属于地质钻探取芯技术领域，更具体地说，是涉及一种钻进变向短节、钻进取芯装置和钻进取芯方法。

背景技术

对月球、行星等环境的探测是开发太空的必要条件，为了探测月球、行星等极端环境的地质状况，对其进行钻探取芯是一种有效的方法。在极端环境的钻探中，人力辅助钻探是困难且成本极高的一种选择，因此通常使用远程操控的取芯机器人进行无人钻探取芯。

月球等极端环境的地质研究数据较少，使得钻进取芯的对象不明确，导致钻进过程中可能会出现超过设计钻探强度的物质。因此传统的月球取芯机器人只有一次取芯机会，在取芯过程中若出现岩石等强度较高的物质，则取芯任务会立即宣告终止，导致月球钻探取芯任务的失败。但若以取芯地质层可能出现的强度最高的物质来设计取芯机器人，则会出现性能严重溢出的问题，增加取芯机器人的成本。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种钻进变向短节、钻进取芯装置和钻进取芯方法，以解决现有技术中存在的传统月球取芯机器人遭遇难以钻进的物质导致取芯任务失败的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种钻进变向短节，包括：旋转框，呈环形；

两万向节叉，设置于所述旋转框的轴向相对两侧，并分别与所述旋转框可转动地连接，且两所述万向节叉与所述旋转框的相对转动轴线相互垂直，并均垂直于所述旋转框的轴向；

两驱动件，分别设置于两所述万向节叉背离所述旋转框的一端；

两传动组件，两所述驱动件通过两所述传动组件分别与所述旋转框传动连接，所述驱动件用于驱动所述旋转框相对于所述万向节叉转动；和

套管，套设于两所述万向节叉和所述旋转框外部，所述套管具有柔性。

在一个实施例中，所述万向节叉呈管状，所述万向节叉的轴向一端设有一对叉脚和沿周向设于两所述叉脚之间的让位凹槽；一所述万向节叉的一对所述叉脚可转动地连接于所述旋转框的周向相对两侧，两所述万向节叉的所述叉脚沿所述旋转框的周向交错连接于所述旋转框的周向侧壁。

在一个实施例中，所述钻进变向短节还包括支撑轴，所述叉脚通过所述支撑轴可转动地连接于所述旋转框的外周。

在一个实施例中，所述驱动件的输出轴垂直于所述旋转框与所述万向节叉的相对转动轴线；所述传动组件包括相互啮合的主动锥齿轮和从动锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述驱动件的输出轴同轴固定连接，所述从动锥齿轮与所述旋转框传动连接。

在一个实施例中，所述传动组件还包括相互啮合的主动直齿轮和从动直齿轮，所述主动直齿轮与所述从动锥齿轮同轴固定连接；所述从动直齿轮与所述旋转框固定连接，并与所述旋转框与所述万向节叉的相对转动轴线同轴。

在一个实施例中，所述传动组件包括两所述主动直齿轮和两所述从动直齿轮，两所述从动直齿轮分别固定连接于所述旋转框的相对两内侧壁，两所述主动直齿轮同轴固定连接于所述从动锥齿轮，并与两所述从动直齿轮分别啮合。

在一个实施例中，所述套管为波纹管。

本申请还提供一种钻进取芯装置，包括：

钻头机构，用于破开土层并向所述土层深处钻探；

如上述任一项所述的钻进变向短节，连接于所述钻头机构，用于改变所述钻头机构的钻进方向；和

钻杆机构，连接于所述钻进变向短节远离所述钻头机构的一端。

在一个实施例中，所述钻进取芯装置包括依次连接的两个所述钻进变向短节。

本申请还提供一种钻进取芯方法，包括以下步骤：

使用钻进取芯装置的钻头机构破开土层，并向土层的深处钻进；

当钻头机构遭遇难以钻进的物质时，使钻进取芯装置沿与钻进方向相反的方向后退，带动钻头机构离开该难以钻进的物质；

驱动钻进变向短节的一端相对于另一端朝向垂直于钻进取芯装置轴向的一侧转动，带动钻头机构改变钻进方向，以绕过该难以钻进的物质；

钻头机构继续向土层深处钻进至取芯目标位置，并执行取芯采样工作，取芯完成。

本申请提供的钻进变向短节和钻进取芯装置的有益效果在于：

与现有技术相比，本申请的钻进变向短节，通过旋转框将两个万向节叉呈万向连接，通过驱动件驱动两个万向节叉相对转动，以改变两个万向节叉的轴线方向的夹角角度，可以主动改变钻进变向短节的钻进方向，能够在地质钻探的钻进取芯过程中，通过改变钻进方向来避开岩石等难以钻进的物质，可以继续进行钻进取芯任务，从而有效解决现有技术中存在的传统月球取芯机器人遭遇超过设计钻探强度的物质导致取芯任务失败的技术问题，降低取芯成本；而且旋转框的样式可以优化内部传动组件的布局方式，使传动组件的布置方式更灵活，从而节省空间，有利于减小钻进变向短节的体积，减轻重量，满足太空地质钻探的使用需求，实用性强。

与现有技术相比，本申请的钻进取芯装置，通过设置钻进变向短节改变钻头机构的钻进方向，能够在地质钻探的钻进取芯过程中，通过改变钻进取芯方向来避开、绕开岩石等难以钻进的物质，可以继续进行钻进取芯任务，有效解决现有技术中存在的传统月球取芯机器人遭遇超过设计钻探强度的物质导致取芯任务失败的技术问题，降低取芯成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的钻进变向短节的立体剖视结构示意图；

图2为本申请实施例提供的钻进变向短节去除套管的立体结构示意图；

图3为本申请实施例提供的旋转框与支撑轴的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的旋转框、支撑轴与传动组件的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的单钻进变向短节的钻进取芯装置的工作状态图；

图6为本申请实施例提供的双钻进变向短节的钻进取芯装置的工作状态图。

其中，图中各附图标记：

1、钻进变向短节；

11、旋转框；

12、万向节叉；12a、第一万向节叉；12b、第二万向节叉；

121、叉脚；122、让位凹槽；

13、驱动件；13a、第一驱动件；13b、第二驱动件；

14、传动组件；14a、第一传动组件；14b、第二传动组件；

141、主动锥齿轮；142、从动锥齿轮；143、主动直齿轮；144、从动直齿轮；145、传动轴；

141a、第一主动锥齿轮；142a、第一从动锥齿轮；143a、第一主动直齿轮；144a、第一从动直齿轮；145a、第一传动轴；

141b、第二主动锥齿轮；142b、第二从动锥齿轮；143b、第二主动直齿轮；144b、第二从动直齿轮；145b、第二传动轴；

15、套管；

16、支撑轴；

2、钻头机构；

3、钻杆机构；

O1、第一轴线；O2、第二轴线；

100、钻进取芯装置；200、取芯机器人系统；300、土层；400、岩石。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本申请实施例提供的钻进变向短节和钻进取芯装置进行说明。

请参阅图1，本申请提供的钻进变向短节1，包括旋转框11、万向节叉12、驱动件13、传动组件14和套管15。

其中，请参阅图3，旋转框11呈环形。

请参阅图1和图2，两个万向节叉12分别设置于旋转框11的轴向相对两侧，两个万向节叉12分别与旋转框11可转动地连接，而且两个万向节叉12与旋转框11的相对转动轴线相互垂直，并均垂直于旋转框11的轴向。具体来说，两个万向节叉12分别为第一万向节叉12a和第二万向节叉12b，第一万向节叉12a可转动地连接于旋转框11的轴向一侧，第二万向节叉12b可转动地连接于旋转框11的轴向另一侧，第一万向节叉12a和第二万向节叉12b通过旋转框11呈万向连接；请参阅图3，第一万向节叉12a与旋转框11的相对转动轴线为第一轴线O1，第二万向节叉12b与旋转框11的相对转动轴线为第二轴线O2，第一轴线O1和第二轴线O2均垂直于旋转框11的轴向，且第一轴线O1与第二轴线O2相互垂直。即第一轴线O1和第二轴线O2呈十字交叉状，起到十字轴万向节中十字轴的功能，第一万向节叉12a与第二万向节叉12b通过旋转框11能够实现变角度动力传递。

请参阅图1和图2，两个驱动件13分别设置于两个万向节叉12背离旋转框11的一端，两个驱动件13通过两组传动组件14分别与旋转框11传动连接，传动组件14将驱动件13的旋转动力传递至旋转框11，从而驱动旋转框11相对于万向节叉12转动，进而驱动两个万向节叉12相对转动，通过驱动件13控制两万向节叉12的相对旋转角度，实现主动改变钻进变向短节1的钻进方向。具体来说，两个驱动件13分别为第一驱动件13a和第二驱动件13b，两组传动组件14分别为第一传动组件14a和第二传动组件14b。第一驱动件13a设置于第一万向节叉12a背离旋转框11的一侧，并通过第一传动组件14a与旋转框11传动连接，第一驱动件13a用于驱动旋转框11相对于第一万向节叉12a绕第一轴线O1转动；由于第二万向节叉12b与旋转框11连接，从而旋转框11能够带动第二万向节叉12b相对于第一万向节叉12a绕第一轴线O1转动，进而钻进变向短节1的钻进方向绕第一轴线O1转动偏移。第二驱动件13b设置于第二万向节叉12b背离旋转框11的一侧，并通过第二传动组件14b与旋转框11传动连接，第二驱动件13b用于驱动旋转框11相对于第二万向节叉12b绕第二轴线O2转动；由于第一万向节叉12a与旋转框11连接，从而旋转框11能够带动第一万向节叉12a相对于第二万向节叉12b绕沿第二轴线O2转动，进而钻进变向短节1的钻进方向绕第二轴线O2转动偏移。

在一个具体实施例中，驱动件13为伺服电机。

请参阅图1，套管15套设于两个万向节叉12和旋转框11的外部，用于防止土壤岩屑等影响传动性能的杂质落入万向节叉12和旋转框11内的传动组件14中，保证驱动件13与旋转框11之间的稳定可靠传动，保证旋转框11与万向节叉12的正常相对转动；同时套管15具有柔性，套管15能够随两个万向节叉12的相对转动而弯曲变形，避免影响钻进变向短节1改变钻进方向的能力。

在一个具体实施例中，套管15为波纹管，例如非金属波纹管，非金属材料可以是橡胶，波纹管可以随着钻进变向短节1的变向而变形。

上述实施例中的钻进变向短节1，通过旋转框11将两个万向节叉12呈万向连接，通过驱动件13驱动两个万向节叉12相对转动，以改变两个万向节叉12的轴线方向的夹角角度，可以主动改变钻进变向短节1的钻进方向，能够在地质钻探的钻进取芯过程中，通过改变钻进方向来避开岩石等难以钻进的物质，可以继续进行钻进取芯任务，从而有效解决现有技术中存在的传统月球取芯机器人遭遇超过设计钻探强度的物质导致取芯任务失败的技术问题，降低取芯成本；而且旋转框11的样式可以优化内部传动组件14的布局方式，使传动组件14的布置方式更灵活，还可以优化管线连接的布局，使得电缆和信号线等管线穿过旋转框11与其他钻进钻杆模块连接，避免线缆弯曲过渡，结构更紧凑，从而节省空间，有利于减小钻进变向短节1的体积，减轻重量，满足太空地质钻探的使用需求，实用性强。

在本申请的其中一个实施例中，请参阅图2，万向节叉12呈管状，万向节叉12的轴向一端设有一对叉脚121，沿万向节叉12的周向在两叉脚121之间还凹陷设置有让位凹槽122；一个万向节叉12的一对叉脚121可转动地连接于旋转框11的周向相对两侧，两个万向节叉12的叉脚121沿旋转框11的周向交错连接于旋转框11的周向侧壁。两个万向节叉12分别通过叉脚121与旋转框11转动连接，根据十字轴万向节的原理，形成类十字轴万向节，旋转框11可以在万向节叉12的让位凹槽122中自由转动，避免产生干涉，并能够增加两万向节叉12的相对转动角度范围。

可选地，请参阅图1、图3和图4，钻进变向短节1还包括支撑轴16，叉脚121通过支撑轴16可转动地连接于旋转框11的外周。通过支撑轴16将旋转框11旋转支撑于两个万向节叉12中，在旋转框11内形成虚拟十字轴，旋转框11内部具有充足的安装空间，方便布置传动组件14，还可以供电缆和信号线等管线通过，避免线缆弯曲过渡，结构更紧凑，有利于减小钻进变向短节1的体积，减轻重量，实用性强。

在本申请的其中一个实施例中，请参阅图1，驱动件13的输出轴垂直于旋转框11与万向节叉12的相对转动轴线。即驱动件13的输出轴平行于钻进变向短节1的轴向，驱动件13沿钻进变向短节1的轴向设置，有利于减少钻进变向短节1的纵向圆周直径，结构更紧凑。

可选地，请参阅图1和图4，传动组件14包括相互啮合的主动锥齿轮141和从动锥齿轮142，主动锥齿轮141与驱动件13的输出轴同轴固定连接，从动锥齿轮142与旋转框11传动连接，驱动件13驱动主动锥齿轮141转动，带动从动锥齿轮142转动，从动锥齿轮142带动旋转框11相对于万向节叉12转动。通过主动锥齿轮141与从动锥齿轮142配合，将主动锥齿轮141沿钻进变向短节1周向的转动转化为从动锥齿轮142沿钻进变向短节1轴向的转动，实现驱动件13驱动旋转框11沿钻进变向短节1的轴向转动，进而驱动两万向节叉12沿钻进变向短节1的轴向相对转动。齿轮传动结构紧凑，传动稳定可靠。

可选地，传动组件14还包括相互啮合的主动直齿轮143和从动直齿轮144，主动直齿轮143与从动锥齿轮142同轴固定连接；从动直齿轮144与旋转框11固定连接，并与旋转框11与万向节叉12的相对转动轴线同轴。通过主动直齿轮143与从动直齿轮144配合，将从动锥齿轮142的旋转动力传导至旋转框11处带动旋转框11转动，能够有效防止传动结构之间相互干涉，以及防止传动结构干涉旋转框11转动，优化布局形式，节省空间；同时通过设置主动直齿轮143的外径大于从动锥齿轮142的外径，还能够起到增大扭矩的作用，实用性强。

可选地，传动组件14可以包括两个主动直齿轮143和两个从动直齿轮144，两个从动直齿轮144分别固定连接于旋转框11的相对两内侧壁，两个主动直齿轮143同轴固定连接于从动锥齿轮142相背离的两侧，两个从动直齿轮144与两个主动直齿轮143分别啮合。通过对称设置的两个主动直齿轮143和两个从动直齿轮144，驱动件13能够将旋转动力同时传递至旋转框11的相对两侧，从而对称驱动旋转框11转动，避免在旋转框11上产生偏心力矩，旋转框11受力均匀，旋转框11旋转运动稳定，使用寿命长。

可选地，传动组件14还包括传动轴145，传动轴145沿径向连接于万向节叉12的内壁相对两侧，传动轴145平行于万向节叉12与旋转框11的相对转动轴线；从动锥齿轮142和主动直齿轮143同轴固定连接于传动轴145，通过传动轴145将从动锥齿轮142的旋转动力传导至主动直齿轮143。

具体来说，第一驱动件13a的输出轴固定连接第一主动锥齿轮141a，第一传动轴145a连接于第一万向节叉12a的内壁，第一从动锥齿轮142a和第一主动直齿轮143a同轴固定连接于第一传动轴145a上，第一从动直齿轮144a固定连接于旋转框11的一侧内壁；第一主动锥齿轮141a与第一从动锥齿轮142a啮合，第一主动直齿轮143a与第一从动直齿轮144a啮合；第一驱动件13a驱动第一主动锥齿轮141a转动，第一主动锥齿轮141a带动第一从动锥齿轮142a转动，第一从动锥齿轮142a带动第一传动轴145a和第一主动直齿轮143a转动，第一主动直齿轮143a带动第一从动直齿轮144a转动，最终第一从动直齿轮144a带动旋转框11相对于第一万向节叉12a转动。第二驱动件13b的输出轴固定连接第二主动锥齿轮141b，第二传动轴145b连接于第二万向节叉12b的内壁，第二从动锥齿轮142b和第二主动直齿轮143b同轴固定连接于第二传动轴145b上，第二从动直齿轮144b固定连接于旋转框11的另一侧内壁，且该两侧内壁相互垂直；第二主动锥齿轮141b与第二从动锥齿轮142b啮合，第二主动直齿轮143b与第二从动直齿轮144b啮合；第二驱动件13b驱动第二主动锥齿轮141b转动，第二主动锥齿轮141b带动第二从动锥齿轮142b转动，第二从动锥齿轮142b带动第二传动轴145b和第二主动直齿轮143b转动，第二主动直齿轮143b带动第二从动直齿轮144b转动，最终第二从动直齿轮144b带动旋转框11相对于第二万向节叉12b转动。

请参阅图5和图6，本申请提供的钻进取芯装置100，其包括钻头机构2、钻杆机构3和由上述任一实施例提供的钻进变向短节1。其中，钻头机构2设置有钻头，通过钻头旋转破开土层300并向土层300深处钻探；钻进变向短节1连接于钻头机构2的尾端，尾端是指钻头机构2背离钻头的一端，钻进变向短节1通过驱动两万向节叉12相对转动，从而改变钻头机构2的钻进方向；钻杆机构3连接于钻进变向短节1远离钻头机构2的一端。通过设置钻进变向短节1改变钻头机构2的钻进方向，能够在地质钻探的钻进取芯过程中，通过改变钻进取芯方向来避开、绕开岩石400等难以钻进的物质，可以继续进行钻进取芯任务，解决现有技术中存在的传统月球取芯机器人遭遇超过设计钻探强度的物质导致取芯任务失败的技术问题，降低取芯成本。

可选地，请参阅图6，钻进取芯装置100包括依次连接的两个钻进变向短节1。通过设置两个钻进变向短节1，形成双十字轴万向节，能够实现等速传动，而且通过两个钻进变向短节1的两次变向，使钻头机构2绕开岩石400等难以钻进的物质，同时能够调整钻头机构2与钻杆机构3平行，从而在改变钻进方向后仍可获取竖直方向的样品，增强使用功能，充分满足地质钻探使用需求，实用性强。

请参阅图5和图6，本申请实施例提供的钻进取芯装置100，能够装配于取芯机器人系统200使用，以适用于月球、行星等无人环境的自动化钻探取芯；钻进取芯装置100自取芯机器人系统200伸入土层300中进行取芯，所钻取的样品为土壤或岩芯。

基于上述钻进取芯装置100，本申请实施例还提出了一种钻进取芯方法，包括以下步骤：

首先，使钻进取芯装置100的钻头机构2抵达土层300表面，启动钻头机构2，钻头旋转破开土层300，并向土层300的深处钻探；

当钻头机构2钻探遭遇难以钻进的物质，例如类似岩石400等强度较高、超过设计钻探强度的物质时，使钻进取芯装置100沿与钻进方向相反的方向后退回缩，带动钻头机构2离开该难以钻进的物质；

然后，启动钻进变向短节1的一端相对于另一端朝向垂直于钻进取芯装置100轴向的一侧转动，带动钻头机构2改变钻进方向，从而躲避绕开该难以钻进的物质；

最后，钻头机构2继续向土层300深处钻进至取芯目标位置，并执行取芯采样工作，取芯完成。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种钻进变向短节，其特征在于，包括：

旋转框，呈环形；

两万向节叉，设置于所述旋转框的轴向相对两侧，并分别与所述旋转框可转动地连接，且两所述万向节叉与所述旋转框的相对转动轴线相互垂直，并均垂直于所述旋转框的轴向；

两驱动件，分别设置于两所述万向节叉背离所述旋转框的一端；

两传动组件，两所述驱动件通过两所述传动组件分别与所述旋转框传动连接，所述驱动件用于驱动所述旋转框相对于所述万向节叉转动；和

套管，套设于两所述万向节叉和所述旋转框外部，所述套管具有柔性；

所述两驱动件分别为第一驱动和第二驱动件，两组传动组件分别为第一传动组件和第二传动组件，第一驱动件设置于第一万向节叉背离旋转框的一侧，并通过第一传动组件与旋转框传动连接，第一驱动件用于驱动旋转相对于第一万向节叉绕第一轴线转动，第二驱动件设置于第二万向节叉背离旋转框的一侧，并通过第二传动组件与旋转框传动连接，第二驱动用于驱动旋转框相对于第二万向节叉绕第二轴线转动；所述万向节叉呈管状，所述万向节叉的轴向一端设有一对叉脚和沿周向设于两所述叉脚之间的让位凹槽；一所述万向节叉的一对所述叉脚可转动地连接于所述旋转框的周向相对两侧，两所述万向节叉的所述叉脚沿所述旋转框的周向交错连接于所述旋转框的周向侧壁；所述钻进变向短节还包括支撑轴，所述叉脚通过所述支撑轴可转动地连接于所述旋转框的外周；所述驱动件的输出轴垂直于所述旋转框与所述万向节叉的相对转动轴线；所述传动组件包括相互啮合的主动锥齿轮和从动锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述驱动件的输出轴同轴固定连接，所述从动锥齿轮与所述旋转框传动连接；所述传动组件还包括相互啮合的主动直齿轮和从动直齿轮，所述主动直齿轮与所述从动锥齿轮同轴固定连接；所述从动直齿轮与所述旋转框固定连接，并与所述旋转框与所述万向节叉的相对转动轴线同轴；所述传动组件包括两所述主动直齿轮和两所述从动直齿轮，两所述从动直齿轮分别固定连接于所述旋转框的相对两内侧壁，两所述主动直齿轮同轴固定连接于所述从动锥齿轮，并与两所述从动直齿轮分别啮合；所述套管为波纹管。

2.一种钻进取芯装置，其特征在于，包括：

钻头机构，用于破开土层并向所述土层深处钻探；

如权利要求1所述的钻进变向短节，连接于所述钻头机构，用于改变所述钻头机构的钻进方向；和

钻杆机构，连接于所述钻进变向短节远离所述钻头机构的一端。

3.如权利要求2所述的钻进取芯装置，其特征在于，

所述钻进取芯装置包括依次连接的两个所述钻进变向短节。

4.一种钻进取芯方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用钻进取芯装置的钻头机构破开土层，并向土层的深处钻进；

当钻头机构遭遇难以钻进的物质时，使钻进取芯装置沿与钻进方向相反的方向后退，带动钻头机构离开该难以钻进的物质；

驱动钻进变向短节的一端相对于另一端朝向垂直于钻进取芯装置轴向的一侧转动，带动钻头机构改变钻进方向，以绕过该难以钻进的物质；

钻头机构继续向土层深处钻进至取芯目标位置，并执行取芯采样工作，取芯完成;

其中，所述钻进取芯装置为如权利要求2或3所述的钻进取芯装置。