CN114104524A - 一种样品封装装置 - Google Patents

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本涉及空间样品采集封装技术领域，公开了一种样品封装装置，包括推送机构与样品封装容器，所述样品封装容器包括沿推送方向依次设置的舱门、样品收纳组件和密封罐体、及位于所述样品收纳组件一侧的导轨组件，所述推送机构用于推动舱门和样品收纳组件移动，将样品收纳组件推入所述密封罐体内，使所述舱门与所述密封罐体进行密封配合；所述导轨组件与所述样品收纳组件滑动配合，包括导轮架、设置在所述导轮架上的连杆和设置在所述连杆上的导轮，所述导轮与样品收纳组件滑动配合，并通过连杆调整与所述导轮架之间的角度。本发明可以抵御航天器发射和飞行过程中的力学载荷，并提高样品的导入容差，降低结构变形的干扰，整体结构简单、工作可靠。

Description

一种样品封装装置
技术领域
本发明涉及空间样品采集封装技术领域，更具体的说，特别涉及一种样品封装装置。
背景技术
从上世纪60年代起，美国、苏联、日本、欧洲都开展了月球、小行星、彗星、宇宙尘埃等地外天体取样返回任务，典型的包括美国“阿波罗”月球采样返回任务及苏联“月球探测”采样返回任务、美国“星尘”彗星采样返回任务、日本“隼鸟”小行星采样返回任务。其中美国“阿波罗”任务及苏联“月球探测”完成过多次月球土壤及岩石样品采集及返回，采集约400kg月球样品。我国首次对外星体采样返回任务—嫦娥五号探测器也成功实现了地外天体样品的采集及返回，可靠的样品密封技术是维持地外天体样品原态，保证地面数据分析准确性的关键。上述任务中，样品封装容器大多采用与防热结构分体的设计方案，且均不能自动从舱外将样品通过侧壁转移至返回舱质心处，对于长距离大容差实现样品转移功能有较大局限性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种样品封装装置，实现高效率、轻量化和高可靠性样品转移和封装要求，大大减小了空间样品密封装置的质量与耗能，整体结构简单、并且具有良好的可靠性。
为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种样品封装装置，包括推送机构与样品封装容器，所述样品封装容器包括沿所述推送机构的推送方向依次设置的舱门、样品收纳组件和密封罐体、及位于所述样品收纳组件一侧的导轨组件，所述推送机构用于推动所述舱门和样品收纳组件移动，将所述样品收纳组件推入所述密封罐体内，使所述舱门与所述密封罐体进行密封配合；
所述导轨组件与所述样品收纳组件滑动配合，包括导轮架、设置在所述导轮架上的连杆和设置在所述连杆上的导轮，所述导轮与所述样品收纳组件滑动配合，并通过连杆调整与所述导轮架之间的角度。
进一步的，所述推送机构包括电机、与所述电机连接的丝杠，所述丝杠与所述舱门相对应的端部设置有球铰；所述舱门的表面设置有与所述丝杠上球铰配合的凹槽。
进一步的，所述样品收纳组件包括样品收纳基座、设置在所述样品收纳基座端部的密封盖、及位于所述样品收纳基座一侧的样品收纳导轨，所述样品收纳导轨的一端固定在所述密封盖上，另一端为尖部，所述样品收纳导轨的侧面设置有与所述导轮配合的凸起。
进一步的，所述封装装置还包括连接所述舱门和样品收纳组件的浮动连接组件，所述浮动连接组件包括相对设置的连接杆、连接所述连接杆的螺旋弹簧，两根所述连接杆分别连接所述舱门和所述样品收纳组件；所述连接杆上设置有凸环。
进一步的，所述封装装置还包括对浮动连接组件进行压紧和释放的压紧释放组件，所述压紧释放组件包括锁紧座、设置在所述锁紧座上的固定爪，所述固定爪上设置与所述连接杆凸环配合的凹槽。
进一步的，所述导轨组件分为沿推送方向并列设置的舱外导轨组件和舱内导轨组件；所述舱外导轨组件的连杆与导轮架之间设置第一扭转弹簧；
所述舱内导轨组件的连杆包括一根或以上的第一内连杆、第三内连杆，所述第一内连杆与对应的导轮架固定连接；所述第三内连杆与所述样品收纳组件的位置相对应，并与对应的导轮架之间设置第二扭转弹簧。
进一步的，所述舱内导轨组件的导轮架上设置有限位块，所述限位块位于所述第三内连杆的一侧；所述舱外导轨组件和舱内导轨组件两者的导轮外表面均设置有环槽，与所述样品收纳组件配合。
进一步的，所述封装装置还包括位于所述样品收纳组件和舱内导轨组件之间的舱门锁紧板，所述舱门锁紧板上设置有与所述舱门配合的开口，并与所述密封罐体的罐口配合。
进一步的，所述密封罐体的罐口内侧设置有与样品收纳组件密封配合的密封圈，罐口的外沿上沿轴向设置有通孔。
进一步的，所述密封罐体的罐口上设置有限位卡块，所述限位卡块与所述密封罐体之间设置有第三扭转弹簧，用于对所述样品收纳组件推入后进行单向限位。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的样品封装装置具有高效率、轻量化和高可靠性等优点，在样品转移密封封装任务中，推动机构采用丝杠和电机工作便能控制整个装置，具有较高的工作效率，并且有效地减少了传统的空间密封装置中多组运动机构所消耗的资源，减轻了整个装置的重量。此外，装置内设置有螺旋弹簧和扭转弹簧，即采用了弹性结构，可以有限地减轻航天器运行过程中对装置的影响，同时有效地抵御结构尺寸误差与变形，对样品在多个组件间转移工作的干扰，提高结构容差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1为本发明样品封装装置的结构示意图。
图2为本发明中推送机构的结构示意图。
图3为本发明中样品收纳组件的结构示意图。
图4为本发明中浮动连接组件和压紧释放组件的结构示意图。
图5为本发明中浮动连接组件的主视图。
图6为本发明中舱外导轨组件的结构示意图。
图7为本发明中舱内导轨组件的结构示意图。
图8为本发明中密封罐体的结构示意图。
附图标记说明如下：1-推送机构、2-舱门、3-浮动连接组件、4-压紧释放组件、5-舱外导轨组件、6-样品收纳组件、7-舱门锁紧板、8-舱内导轨组件、9-密封罐体、10-电机、11-丝杠、31-连接杆、32-螺旋弹簧、33-凸环、41-固定座、42-固定爪、51-外导轮架、52-外导轮、53-第一扭转弹簧、55-外连杆、61-样品收纳基座、62-密封盖、63-样品收纳导轨、81-内导轮架、82-内导轮、83-内连杆、831-第一内连杆、832-第二内连杆、833- 第三内连杆、84-第二扭转弹簧、85-限位块、91-第三扭转弹簧、92-限位卡块、93-密封圈、94-通孔。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。
此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
参阅图1所示，本发明提供一种样品封装装置，包括推送机构1与样品封装容器，所述样品封装容器包括舱门2、导轨组件、样品收纳组件6以及密封罐体9，其中舱门2、样品收纳组件6以及密封罐体9均保持在同一轴线上，并沿推送机构1的推送方向依次设置。所述导轨组件位于所述样品收纳组件6的一侧，两者为滑动配合。
所述推送机构1用于推动所述舱门2和样品收纳组件6轴向移动，并向所述密封罐体9的方向运动，将所述样品收纳组件6推入所述密封罐体9 内，使所述舱门2与所述密封罐体9进行密封配合。
本实施例中，通过推送机构1工作，带动舱门2和样品收纳组件6轴向移动，将样品收纳组件6推入密封罐体9内，使所述舱门2与密封罐体9进行密封配合，在样品收纳组件6的运动过程中，通过导轨组件与样品收纳组件6滑动配合，保证样品收纳组件6轴向移动的可靠性和稳定性，整体结构简单、可靠。
进一步地，参阅图2所示，所述推送机构1包括电机10、与所述电机 10连接的丝杠11，所述丝杠11与舱门组件2、样品收纳组件6以及密封罐体9在同一轴线上，由所述电机10驱动丝杠11轴向运动，并推动舱门2和样品收纳组件6，继而实现样品的转移、样品气密封和热密封。
具体的，所述推送机构1的丝杠11与所述舱门2相对应的端部设置有球铰，有较强的适应能力，不损坏样品的情况下也能可靠地起到推动作用。
进一步地，所述舱门2与所述丝杠11相接触位置即配合的表面设置有凹槽，通过所述凹槽与所述丝杠11端部的球铰配合，可保证在运动过程中，两者接触位置不会发生较大的偏移，且凹槽尺寸大于所述丝杠11端部球铰的尺寸，能够有较大容差适应能力。
进一步地，参阅图3所示，所述样品收纳组件6包括样品收纳基座61、设置在所述样品收纳基座61端部的密封盖62、及位于所述样品收纳基座61 一侧的样品收纳导轨63，所述样品收纳导轨63的一端固定在所述密封盖63 上，另一端为尖部，所述样品收纳导轨63的侧面还设置有凸起。
进一步的，所述尖部的截面为三角形，所述样品收纳导轨63的侧面凸起呈V状凸起。具体的，所述样品收纳基座61的两侧对称设置样品收纳导轨63，每个所述样品收纳导轨63均设置有尖部和凸起，所述凸起和尖部的形状可以根据实际需要进行调整，来保证所述样品收纳组件6轴向运动的可靠性。
进一步地，参阅图4和图5所示，所述封装装置还包括浮动连接组件 3，用于连接所述舱门2以及样品收纳组件6。所述浮动连接组件3包括相对设置的连接杆31、连接所连接杆31的螺旋弹簧32，两根所述连接杆31分别连接所述舱门2和所述样品收纳组件6的密封盖62。所述连接杆31上设置有凸环33。
本实施例中，通过两个连接杆31分别连接舱门2和样品收纳组件6，并设置螺旋弹簧32，使得样品收纳组件6与舱门2在轴向上有一定活动余量。当密封盖62与密封罐体9配合后，所述舱门2仍可以轴向运动直至与舱门锁紧板7配合，即一个动作源实现了密封盖62与舱门2两个刚体的一体化压紧。同时密封盖62与舱门2的锁紧分步进行，避免同时锁紧所需推进力过大的情况。
进一步地，参阅图4所示，所述封装装置还包括压紧释放组件4，用于对浮动连接组件3进行压紧和释放。所述压紧释放组件4包括锁紧座41、设置在所述锁紧座41上的固定爪42，所述固定爪42上设置与所述连接杆31 上凸环33配合的凹槽。
本实施例中，未进行样品转移时，通过所述固定爪42的凹槽与凸环33 配合，来固定连接杆31，保证整个装置不会因为晃动或其他原因发生轴向偏移，一个动力源实现了两个浮动连接杆31的一体化压紧。而当需要进行样品转移时，使所述压紧释放组件4中固定爪42的凹槽与凸环33分离，便会释放固定爪42，从而释放连接杆31。
进一步的，所述导轨组件包括导轮架、设置在所述导轮架上的连杆和设置在所述连杆端部的导轮，所述导轮与所述样品收纳组件6滑动配合，并通过连杆调整与所述导轮架之间的角度。具体的，所述导轨组件包括沿推送方向并列设置的舱外导轨组件5和舱内导轨组件8。
具体的，参阅图6所示，所述舱外导轨组件5包括外导轮架51、外导轮 52和外连杆55，所述外导轮架51上设置外连杆55，所述外连杆55的端部设置有外导轮52。所述外连杆52与所述外导轮架51之间设置第一扭转弹簧 53，使所述外导轮52呈摆动式导向，并给予外导轮52向轴心处偏转的扭矩，方便固定样品收纳组件6，适应力学、热变形，从而让样品顺利转移。
具体的，所述外导轮架51为左右两侧对称结构，并对称设置有两组外导轮52，每组外导轮52设置有两个。所述外导轮52通过外连杆55与外导轮架51呈一定角度连接，所述外连杆55和外导轮52的数量可以根据实际需要进行增加或减少。
进一步地，参阅图7所示，所述舱内导轨组件8包括左右两侧对称的内导轮架81、内导轮82和内连杆83，所述内导轮架81上设置内连杆83，所述内连杆83上设置有内导轮82。具体的，所述内连杆83分为第一内连杆 831、第二内连杆832和第三内连杆833，所述第一内连杆831和第二内连杆 832两者与所述内导轮架81固定连接，所述内导轮架81与所述第三内连杆833之间设置第二扭转弹簧84，所述第三内连杆833与所述样品收纳组件6 的位置相对应，即靠近所述样品收纳组件6。
进一步地，所述内导轮架81上并位于所述第三内连杆833的一侧设置有限位块85，用于约束对应的第三内连杆833及内导轮82旋转的角度，防止样品收纳组件6未导入时，第三内连杆833及内导轮82产生过度偏转。
进一步地，所述舱外导轨组件5的外导轮52与舱内导轨组件8的内导轮82圆柱面上均设置有V形环槽，其形状与样品收纳导轨63上的凸起相同，以实现样品收纳导轨63与外导轮52、内导轮82的配合，从而约束样品收纳组件6的非轴向运动。
本实施例中，所示外导轮架51和内导轮架81两者的结构可以根据实际需要进行调整，来保证整个装置结构的紧凑性。所述舱外导轨组件5和舱内导轨组件8两者通过连杆来调整对应的导轮与导轮架的角度，保证两者起导向作用的可靠性，并设置有第一扭转弹簧53和第二扭转弹簧84来调整结构位移产生的误差，进一步保证舱外导轨组件5和舱内导轨组件8工作的可靠性。
进一步地，继续参阅图1所示，所述封装装置还包括位于所述样品收纳组件6和舱内导轨组件8之间的舱门锁紧板7，所述舱门锁紧板7上设置有呈阶梯状的开口，所述开口用于通过所述样品收纳组件6等组件，并与舱门 2和所述密封罐体9罐口进行配合，实现密封舱的封装。
进一步地，参阅图8所示，所述密封罐体9罐口内侧安装有密封圈93，可与样品收纳组件6的密封盖62配合，提高装置的密封性。罐口的外沿上沿轴向设置有通孔94，可以允许样品收纳导轨63通过。
进一步的，所述密封罐体9罐口上设置有限位卡块92，所述限位卡块 92与所述密封罐体9之间设置有第三扭转弹簧91，通过所述第三扭转弹簧 91和限位卡块92之间组成的限位模块，保证密封盖62导入密封罐9中便自动锁死，并可实现单向限位。
继续参阅图1所示，本发明提供的样品封装装置的工作过程分为以下阶段：
1.待机阶段，样品收纳组件6两侧的样品收纳导轨63卡在舱外导轨组件5的外导轮52上，限制样品收纳组件6的非轴向运动，压紧释放组件4 的固定爪42卡在连接杆31的凸环33内，通过压紧释放组件4锁紧，限制样品收纳组件6的轴向运动。
2.解除约束阶段，压紧释放组件4解锁，通过固定爪42释放连接杆 31，使所述样品收纳组件6可以轴向运动。
3.驱动阶段，推送机构1中的电机10工作带动丝杠11轴向运动，丝杠 11推动舱门2轴向运动，丝杠11与舱门2接触在凹槽位置，保证在轴向运动过程中，两者接触位置不会发生较大的偏移。
由于舱门2与样品收纳组件6之间由连接杆31连接，从而带动样品收纳组件6轴向运动，通过样品收纳导轨63与舱外导轨组件5的外导轮52配合，并通过外导轮52与第一导轮架51之间的第一扭转弹簧53，在限制样品收纳组件6非轴向运动的同时，可以抵御样品收纳组件6带来的一定冲击。
样品收纳组件6继续轴向运动，使样品收纳导轨63与舱内导轨组件8 的内导轮82配合，并通过第二扭转弹簧84，也限制样品收纳组件6非轴向运动的同时抵御样品收纳组件6带来的一定冲击，通过设置限位块85，防止样品收纳组件6未导入时，第三内连杆833和对应的内导轮82过度偏转，样品收纳组件6继续轴向运动，在舱内导轨组件8的第一内连杆831和第二内连杆832、及两者对应的内导轮82作用下，可以更大程度的限制样品收纳组件6的非轴向运动。
4.密封阶段，样品收纳组件6继续轴向运动，使样品收纳导轨63通过密封罐体9的通孔94向后运动，样品收纳组件6的样品收纳基座61则进入密封罐体9内，样品收纳组件6的密封盖62与装有密封圈93的密封罐体9 的罐口配合，密封罐体9罐口的限位卡块92与第三扭转弹簧91组成限位模块，在密封盖62导入密封罐体9会便自动锁死，实现密封。
5.封装及停机阶段，密封盖62锁死后，丝杠11继续轴向运动，由于舱门2与样品收纳组件6之间的螺旋弹簧32，舱门2继续轴向运动与舱门锁紧板7形成配合，从而锁紧舱门完成封装，电机10停转，样品收纳工作结束。
本发明提供的样品封装装置，可以通过一组电机10与丝杠11工作，一次性实现样品的封装与密封，有效地简化了样品采集封装工作的工作流程，减少了装置的整体重量，同时大大增加了封装装置的可靠性，可以抵御航天器运动过程中的冲击，并提高样品的导入容差，降低结构变形的干扰，整体结构简单、工作可靠。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种样品封装装置，其特征在于：包括推送机构与样品封装容器，所述样品封装容器包括沿所述推送机构的推送方向依次设置的舱门、样品收纳组件和密封罐体、及位于所述样品收纳组件一侧的导轨组件，所述推送机构用于推动所述舱门和样品收纳组件移动，将所述样品收纳组件推入所述密封罐体内，使所述舱门与所述密封罐体进行密封配合；
所述导轨组件与所述样品收纳组件滑动配合，包括导轮架、设置在所述导轮架上的连杆和设置在所述连杆上的导轮，所述导轮与所述样品收纳组件滑动配合，并通过连杆调整与所述导轮架之间的角度。
2.根据权利要求1所述的样品封装装置，其特征在于：所述推送机构包括电机、与所述电机连接的丝杠，所述丝杠与所述舱门相对应的端部设置有球铰；所述舱门的表面设置有与所述丝杠上球铰配合的凹槽。
3.根据权利要求1所述的样品封装装置，其特征在于：所述样品收纳组件包括样品收纳基座、设置在所述样品收纳基座端部的密封盖、及位于所述样品收纳基座一侧的样品收纳导轨，所述样品收纳导轨的一端固定在所述密封盖上，另一端为尖部，所述样品收纳导轨的侧面设置有与所述导轮配合的凸起。
4.根据权利要求1所述的样品封装装置，其特征在于：所述封装装置还包括连接所述舱门和样品收纳组件的浮动连接组件，所述浮动连接组件包括相对设置的连接杆、连接所述连接杆的螺旋弹簧，两根所述连接杆分别连接所述舱门和所述样品收纳组件；所述连接杆上设置有凸环。
5.根据权利要求4所述的样品封装装置，其特征在于：所述封装装置还包括对浮动连接组件进行压紧和释放的压紧释放组件，所述压紧释放组件包括锁紧座、设置在所述锁紧座上的固定爪，所述固定爪上设置与所述连接杆凸环配合的凹槽。
6.根据权利要求1所述的样品封装装置，其特征在于：所述导轨组件分为沿推送方向并列设置的舱外导轨组件和舱内导轨组件；所述舱外导轨组件的连杆与导轮架之间设置第一扭转弹簧；
所述舱内导轨组件的连杆包括一根或以上的第一内连杆、第三内连杆，所述第一内连杆与对应的导轮架固定连接；所述第三内连杆与所述样品收纳组件的位置相对应，并与对应的导轮架之间设置第二扭转弹簧。
7.根据权利要求6所述的样品封装装置，其特征在于：所述舱内导轨组件的导轮架上设置有限位块，所述限位块位于所述第三内连杆的一侧；所述舱外导轨组件和舱内导轨组件两者的导轮外表面均设置有环槽，与所述样品收纳组件配合。
8.根据权利要求1所述的样品封装装置，其特征在于：所述封装装置还包括位于所述样品收纳组件和舱内导轨组件之间的舱门锁紧板，所述舱门锁紧板上设置有与所述舱门配合的开口，并与所述密封罐体的罐口配合。
9.根据权利要求1所述的样品封装装置，其特征在于：所述密封罐体的罐口内侧设置有与样品收纳组件密封配合的密封圈，罐口的外沿上沿轴向设置有通孔。
10.根据权利要求1所述的样品封装装置，其特征在于：所述密封罐体的罐口上设置有限位卡块，所述限位卡块与所述密封罐体之间设置有第三扭转弹簧，用于对所述样品收纳组件推入后进行单向限位。
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