CN114562270B - 一种星壤掘进机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，更具体地，涉及一种星壤掘进机器人，包括挖掘机构与推移机构，推移机构的包络半径大于或等于所述挖掘机构的包络半径，挖掘机构设于推移机构前端；推移机构可根据井壁大小调整径向尺寸。本发明利用挖掘机构进行挖掘，利用推移机构给挖掘机构提供钻进压力，通过挖掘机构与推移机构相互配合，并且在挖掘过程中通过调整推移机构自身的大小以达到与井壁相适应及相匹配，使在微重力条件下以推移机构与井壁的摩擦力满足挖掘机构钻进所需的压力，及时在深入挖掘的过程中，摩擦力会逐渐增大，但同时可提供的钻进的压力也会随之增大，比单纯依靠外在驱动力满足钻进所需的压力能更节省能源的消耗。

Description

一种星壤掘进机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体地，涉及一种星壤掘进机器人。

背景技术

随着地球表面的资源不断被开采，资源匮乏成为了人类发展进步的一道难关， 因此人类开始将目光投向地外行星上的矿藏资源。同时，通过空间探测，也有助 于人类查明地外行星上是否存在生命的特征，为人类的居住提供一种可能性。目 前，世界各国的空间钻探机器人大部分是通过着陆器带一根或多根螺旋式钻杆完 成样品的采集，但是螺旋式钻杆容易受限于钻井的深度。原因在于螺旋钻杆随着 钻探的深度增加摩擦力会不断增大，在微重力条件下很难满足设备钻进所需的压 力。

现有专利公开了一种地外星体土壤岩石自平衡自适应样品钻取系统，由钻取 平台、锚固组件、驱动组件、传动组件和钻机组成，钻取平台用于存放锚固组件、 驱动组件、传动组件、钻机及采取到的岩样；驱动组件用于为钻取平台的移动与 传动组件的动作提供动力；传动组件分别与驱动组件、钻机连接，用于借助驱动 组件提供的动力实现钻机位置与姿态的调整，以完成钻进与取样的工作，锚固组 件用于固定钻探系统，并在钻探工作完成时解除钻取平台的平台主体与地外星体 之间的连接，该专利采用爆炸射出射锚头钉入地外星体内部的方式，及借助传动 组件下放钻机使之与星体表面接触并在钻进过程中提供钻机所需钻压；以提供在 微重力条件下设备钻进所需的压力，这种方式提供的钻进压力是极其有限的，且 随着钻进深度的增加，所需要借助的外在钻进压力会不断增大，该专利还是无法 解决更深层次的挖掘难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种星壤掘进机器人，利用挖 掘机构进行挖掘，利用推移机构给挖掘机构提供钻进压力，并且在挖掘过程中通 过调整推移机构自身的大小以达到与井壁相适应及相匹配，使在微重力条件下以 推移机构与井壁的摩擦力满足挖掘机构钻进所需的压力，及时在深入挖掘的过程 中，摩擦力会逐渐增大，但同时可提供的钻进的压力也会随之增大，比单纯依靠 外在驱动力满足钻进所需的压力能更节省能源的消耗。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种星壤掘进机器人，包括用于星壤挖掘的挖掘机构与用于驱动挖掘机 构前移的且可根据井壁进行尺寸调整的推移机构，所述推移机构的包络半径大于 或等于所述挖掘机构的包络半径，挖掘机构设于推移机构前端；推移机构包括支 撑架、链条传动装置、用于带动链条传动装置运动的驱动装置，链条传动装置、 驱动装置均装设在所述支撑架上；所述链条传动装置包括链条、主动链轮、从动 链轮、用于调整链条中两侧运动方向相反的链条段之间的间距大小的第一调节装 置及第二调节装置，所述主动链轮、所述从动链轮分别装设于支撑架上且主动链 轮、从动链轮、链条组成链传动副，驱动装置可带动主动链轮运动。

本发明的挖掘机构用于星壤的挖掘，推移机构用于驱动挖掘机构前移，具体 地，通过支撑架实现对推移机构的支撑作用，驱动装置给推移机构提供驱动力， 使主动链轮得以转动，主动链轮带动从动链轮及链条运转，在链条传动装置运动 过程中，利用第一调节装置和第二调节装置使链条受到来自井壁的摩擦力后发生 形变使链条两侧运动方向相反的链条段之间的间距大小发生改变，从而实现链条 传动装置在运动过程中根据井壁的大小进行尺寸的调整，使推移机构达到自适应 的功能，让推移机构从始至终始终保持着与井壁接触，并利用井壁对推移机构的 摩擦力提供给挖掘机构钻进的动力，从而实现星壤深层钻探的目标。

优选地，所述第一调节装置至少包括第一调节链轮、第二调节链轮、主调 节支架、第一扭簧，所述主动链轮、第一调节链轮、第二调节链轮形成三角关系 安装于所述主调节支架上，所述第一扭簧也安装于主调节支架上并作用于第一调 节链轮及第二调节链轮；所述第二调节装置至少包括第三调节链轮、第四调节链 轮、副调节支架、第二扭簧；所述从动链轮、第三调节链轮、第四调节链轮形成 三角关系安装于所述副调节支架上，第二扭簧也安装于副调节支架上并作用于第 三调节链轮及第四调节链轮，调节支架及副调节支架均与所述支撑架转动连接； 第一调节链轮、第二调节链轮装设在链传动副的一端、且位于链条的内侧，第三 调节链轮及第四调节链轮装设在链传动副的另一端、且位于链条的内侧，第一调 节链轮、第二调节链轮、第三调节链轮及第四调节链轮在链条的作用下运动。

优选地，所述主调节支架及所述副调节支架均为三角杆结构，所述主动链 轮、所述第一调节链轮、所述第二调节链轮分别设于所述主调节支架上的三个端 部，所述从动链轮、所述第三调节链轮、所述第四调节链轮分别设于所述副调节 支架上的三个端部，所述第一扭簧为钝角扭簧，所述第二扭簧为锐角扭簧。

优选地，所述驱动装置包括直齿轮传动装置、斜齿轮传动装置，所述链条传 动装置与所述直齿轮传动装置的数目相等，每一个直齿轮传动装置与对应的链条 传动装置组成一个传动组，若干传动组分别沿所述支撑架围绕着斜齿轮传动装置 均布。

优选地，所述直齿轮传动装置包括主动直齿轮、一级从动直齿轮、主动直齿 轮传动轴、第一从动轴、二级从动直齿轮、第二从动轴，所述从动斜齿轮与所述 主动直齿轮均安装于所述主动直齿轮传动轴上，所述一级从动直齿轮安装于所述 第一从动轴上，所述二级从动直齿轮、所述主动链轮均安装于所述第二从动轴上， 主动直齿轮、一级从动直齿轮、二级从动直齿轮分别啮合且两两组成传动副，斜 齿轮传动装置可驱动主动直齿轮传动轴转动。

优选地，所述斜齿轮传动装置包括主动斜齿轮、主动斜齿轮传动轴、若干从 动斜齿轮、推移电机，所述从动斜齿轮的数目与所述主动直齿轮的数目、所述主 动直齿轮传动轴的数目均相等且一一对应，所述推移电机与所述主动斜齿轮传动 轴连接，主动斜齿轮安装于主动斜齿轮传动轴上，主动斜齿轮传动轴装设于支撑 架上，所述从动斜齿轮安装于所述主动直齿轮传动轴上，若干从动斜齿轮均与主 动斜齿轮啮合组成传动副。

优选地，所述直齿轮传动装置、所述链条传动装置均为3个，所述主动斜齿 轮为1个，所述从动斜齿轮为3个，3个从动斜齿轮围绕着主动斜齿轮均布。

优选地，所述挖掘机构包括切削装置、支撑装置，所述支撑装置一端与所述 切削装置连接，另一端与所述推移机构连接。

优选地，所述切削装置包括刀盘、挖掘电机，所述刀盘可拆卸连接于所述支 撑装置前端，所述挖掘电机装设于支撑装置上，刀盘与挖掘电机连接；在刀盘上 沿径向至少设有两组刀片，每组所述刀片上均设有若干刃齿，不同的刀片上的若 干刃齿沿径向交错设置。

优选地，若干刀片与所述刀盘一体成型。

优选地，所述挖掘机构还包括除屑装置与除尘装置，所述除屑装置及所述除 尘装置均与支撑装置连接且均与切削装置连通。

优选地，在所述刀盘上设有若干缺口，所述缺口与所述除屑装置及所述除 尘装置均连通。

优选地，所述除屑装置包括依次连接的若干喷头、若干气管、空气压缩机， 若干喷头与若干气管均内置于所述支撑装置，若干喷头分别位于刀盘上缺口下 方，所述空气压缩机装设于支撑装置外侧。

优选地，所述除尘装置包括排粉管、吸尘器，所述排粉管内置于所述支撑装 置且位于缺口下方，吸尘器装设于支撑装置外侧且与排粉管连通。

优选地，所述支撑装置包括依次连接的连接盖、第一连接件、外壳、第二连 接件，所述排粉管、所述气管均内置于所述外壳且均依次穿过所述第一连接件、 所述第二连接件设置，第二连接件与所述刀盘连接，第一连接件与连接盖一端连 接，连接盖另一端与推移机构连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)推移机构运动灵活且具有井壁自适应的功能，当推移机构进入井洞后， 链条受到井壁的挤压力导致扭簧产生形变使推移机构发生径向收缩，通过这种方 式使机器人能够适应不同直径大小的井壁。

(2)刀盘采用一体式刀具设计，能够提供刀具的整体刚度，每组刀片具有 不同的刃齿数，其中一组刀片的刃峰刚处于在另一组刀片的刃谷，两组刀片的刃 齿错开布置能够切削刀盘上任意半径范围的岩层，提高机器人破岩的能力。

(3)气动除屑的方式，挖掘机构利用空气压缩机将高压气体输送到喷头输 出，可以将刀盘附近的切屑冲掉，防止堵钻情况的发生；气体能够降低刀盘的温 度，减少刀片的磨损；同时利用布置在地表的吸尘器，通过压差将碎屑从排粉管 提取到地面，形成气体内循环的除屑除尘方式。

(4)机器人的体积小且功耗低，机器人仅由推移机构和挖掘机构这两个机 构组成，整体尺寸不超过300mm，直径不超过100mm；每个机构仅使用一个电 机就完成所需的作业，电机输出功率为2Nm，实现高能效比的设计目标。

附图说明

图1为本发明一种星壤掘进机器人的结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为推移机构的第一视角结构示意图；

图4为推移机构的第二视角结构示意图；

图5为图3中A处局部放大图；

图6为第三从动链轮的结构示意图；

图7为从动链轮的结构示意图；

图8为图3中B处局部放大图；

图9为主动链轮的结构示意图；

图10为图3中C处剖视图；

图11为图3中D处局部放大图；

图12为斜齿轮传动装置的结构示意图；

图13为副链组的结构示意图；

图14为第二扭簧的结构示意图；

图15为主链组的结构示意图；

图16为第一扭簧的结构示意图；

图17为主调节支架与主动链轮及第一调节链轮、第二调节链轮的连接关系 示意图；

图18为副调节支架与从动链轮及第三调节链轮、第四调节链轮的连接关系 示意图；

图19为齿轮架的第一视角结构示意图；

图20为齿轮架的第二视角结构示意图；

图21为固定架的结构示意图；

图22为挖掘机构的结构示意图；

图23为第二连接件的结构示意图；

图24为挖掘机构的爆炸图；

图25为第一连接件的结构示意图；

图26为刀盘的结构示意图；

图27为一种星壤掘进机器人的使用状态图。

图示标记说明如下：

1、推移机构；101、推移电机；102、支撑架；103、第一联轴器；104、第 一螺栓；105、第一扭簧；106、插销；107、二级从动直齿轮；108、二级花键轴； 109、第一挡边轴承；110、光轴螺栓；111、一级从动直齿轮；112、齿轮架；113、 第一圆锥滚珠轴承；114、第一卡簧；115、从动斜齿轮；116、一级花键轴；117、 第二圆锥滚子轴承；118、主动斜齿轮传动轴；119、主动链轮；1201、第一调节 链轮；1202、第二调节链轮；1203、第三调节链轮；1204、第四调节链轮；121、 第二挡边轴承；122、主调节支架；1221、第一主调节支架；1222、第二主调节 支架；123、第二螺栓；124、从动链轮；125、第二扭簧；126、副调节支架；127、 第三螺栓；128、链条；129、主动斜齿轮；130、主动直齿轮；131、第一花键； 132、第二花键；133、第一卡簧槽；134、第一凸台；135、第一通孔；136、第 三花键；137、第二卡簧槽；138、第四花键；139、第二沉头通孔；140、第三通 孔；141、第四通孔；142、第五通孔；143、第一槽口；144、第一柱形条；145、第二柱形条；146、第六通孔；147、第七通孔；148、第三柱形条；149、第四柱 形条；150、第八通孔；151、第九通孔；152、第十通孔；153、耳边；154、第 二凸台；155、第十一通孔；156、螺纹孔；157、矩形槽；158、矩形空腔；159、 薄壁；160、加强筋；161、第十二通孔；162、第五柱形条；163、第六柱形条； 164、第十三通孔；165、圆弧；166、薄层；167、阶梯通孔；168、第十三通孔； 169、支撑杆；170、第十四通孔；2、挖掘机构；201、连接盖；202、第一连接 件；203、外壳；204、双向气动快速接头；205、气管；206、单向气动快速接头； 207、排粉管；208、第二连接件；209、第二联轴器；210、刀盘；211、喷头； 212、挖掘电机；213、第一刀片；214、第一刀片；215、第一刃齿；216、第二 刃齿；217、钻头；218、第三凸台；219、薄壁圆筒；220、第一凹槽；221、第 十五通孔；222、第十六通孔；223、第十七通孔；224、第十八通孔；225、第四 凸台；226、第二凹槽；227、圆柱；228、第十九通孔；229、第二十通孔；230、 第二十一通孔；231、第二十二通孔；232、第五凸台；233、缺口；234、第六凸 台；235、第二十三通孔；236、第二十四通孔；237、第二十五通孔；238、第二 十六通孔；239、第二十七通孔；3、装载管；4、星壤；5、第一调节装置；6、 第二调节装置；α为第一扭簧的转动角度；β为第二扭簧的转动角度；H1为预紧压缩状态下包络半径；H2为完全钻进状态下包络半径；H3为遭遇坍塌状态下 包络半径；F1为预紧压缩状态下推移机构的受力；F2为完全钻进状态下推移机 构的受力；F1为遭遇坍塌状态下推移机构的受力。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性 说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好 地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产 品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可 以理解的。

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。

实施例1

如图1至图27所示为本发明一种星壤掘进机器人的第一实施例，包括用于 星壤挖掘的挖掘机构2与用于驱动挖掘机构2前移的且可根据井壁进行尺寸调整 的推移机构1，推移机构1的包络半径大于或等于挖掘机构2的包络半径，挖掘 机构2设于推移机构1前端；推移机构1包括支撑架102、链条传动装置、用于 带动链条传动装置运动的驱动装置，链条传动装置、驱动装置均装设在支撑架 102上；链条传动装置包括链条128、主动链轮119、从动链轮124、用于调整链 条128中两侧运动方向相反的链条段之间的间距大小的第一调节装置5及第二调 节装置6，主动链轮119、从动链轮124分别装设于支撑架102上且主动链轮119、 从动链轮124、链条128组成链传动副，驱动装置可带动主动链轮119运动。

进一步地，驱动装置包括直齿轮传动装置、斜齿轮传动装置，链条传动装置 与直齿轮传动装置的数目相等，每一个直齿轮传动装置与对应的链条传动装置组 成一个传动组，若干传动组分别沿支撑架102围绕着斜齿轮传动装置均布。

其中，直齿轮传动装置包括主动直齿轮130、一级从动直齿轮111、主动直 齿轮传动轴、第一从动轴、二级从动直齿轮107、第二从动轴，主动直齿轮130 安装于主动直齿轮传动轴上，一级从动直齿轮111安装于第一从动轴上，二级从 动直齿轮107、主动链轮119均安装于第二从动轴上，主动直齿轮130、一级从 动直齿轮111、二级从动直齿轮107分别啮合且两两组成传动副，斜齿轮传动装 置可驱动主动直齿轮传动轴转动。

斜齿轮传动装置包括主动斜齿轮129、主动斜齿轮传动轴118、若干从动斜 齿轮115、推移电机101，从动斜齿轮115的数目与主动直齿轮130的数目、主 动直齿轮传动轴的数目均相等且一一对应，推移电机101与主动斜齿轮传动轴 118连接，主动斜齿轮129安装于主动斜齿轮传动轴118上，主动斜齿轮传动轴 118装设于支撑架102上，从动斜齿轮115安装于主动直齿轮传动轴上，若干从 动斜齿轮115均与主动斜齿轮129啮合组成传动副。

优选地，直齿轮传动装置、链条传动装置均为3个，主动斜齿轮129为1个， 从动斜齿轮115为3个，3个从动斜齿轮115围绕着主动斜齿轮129均布。

具体地，推移电机101与主动斜齿轮传动轴118连接，主动斜齿轮129安装 于主动斜齿轮传动轴118上，3个从动斜齿轮115分别安装于3个主动直齿轮传 动轴上，3个从动斜齿轮115均与主动斜齿轮129啮合组成传动副。3个从动斜 齿轮115沿主动斜齿轮129周向均布。主动直齿轮130也安装于主动直齿轮传动 轴上，一级从动直齿轮111安装于第一从动轴上，主动直齿轮130与一级从动直 齿轮111啮合组成传动副。支撑架102包括齿轮架112、圆筒状的固定架，齿轮 架112设于固定架底部。3个链条传动装置及推移电机101均装设于固定架，主 动斜齿轮传动轴118套设于固定架内，齿轮传动装置及斜齿轮均安装于齿轮架112。进一步地，主动斜齿轮传动轴118上端布置有第一圆锥滚珠轴承113，并 通过第一卡簧114进行轴向定位；如图12，主动斜齿轮传动轴118下端安装主 动斜齿轮129，主动斜齿轮129与三个从动斜齿轮115实现齿轮啮合，从动斜齿 轮115通过第一花键131与一级花键轴116相互配合，在从动斜齿轮115两侧布 置有第二圆锥滚子轴承117，其安装在齿轮架112最下端的第八通孔150里；一 级花键轴116的两端与从动直齿轮107通过第二花键132配合，并且设置了第一 卡簧槽133来实现轴向固定；二级从动直齿轮107和一级从动直齿轮111形成二 级传动，输出的传动比不变；一级从动直齿轮111的一端有第一凸台134，目的 是与安装在齿轮架112中间第一通孔135的轴承内圈接触，防止过度接触影响传 动效果，第一通孔135用于第一挡边轴承109的安装，防止光轴螺栓110的头部 过度接触影响传动效果。

具体地，第一调节装置5至少包括第一调节链轮1201、第二调节链轮1202、 主调节支架122、第一扭簧105，主动链轮119、第一调节链轮1201、第二调节 链轮1202形成三角关系安装于主调节支架122上，第一扭簧105也安装于主调 节支架122上并作用于第一调节链轮1201及第二调节链轮1202；第二调节装置 6至少包括第三调节链轮1203、第四调节链轮1204、副调节支架126、第二扭簧 125；从动链轮124、第三调节链轮1203、第四调节链轮1204形成三角关系安装 于副调节支架126上，第二扭簧125也安装于副调节支架126上并作用于第三调 节链轮1203及第四调节链轮1204，调节支架122及副调节支架126均与支撑架102转动连接；第一调节链轮1201、第二调节链轮1202装设在链传动副的一端、 且位于链条128的内侧，第三调节链轮1203及第四调节链轮1204装设在链传动 副的另一端、且位于链条128的内侧，第一调节链轮1201、第二调节链轮1202、 第三调节链轮1203及第四调节链轮1204在链条128的作用下运动。

更具体地，主调节支架122及副调节支架126均为三角杆结构，主动链轮 119、第一调节链轮1201、第二调节链轮1202分别设于主调节支架122上的三 个端部，从动链轮124、第三调节链轮1203、第四调节链轮1204分别设于副调 节支架126上的三个端部，第一扭簧105为钝角扭簧，第二扭簧106为锐角扭簧。

主动链轮119设于从动链轮124下方，且靠近齿轮传动装置处，使齿轮传动 装置可将驱动力传递给主动链轮119，主动链轮119带动链条128及从动链轮124 运动。

传动原理：从动斜齿轮115在与主动斜齿轮129啮合的驱动下通过主动直齿 轮传动轴驱动主动直齿轮130转动，一级从动直齿轮111与主动直齿轮130转动 啮合进而实现转动带动第一从动轴转动；齿轮传动装置与链条传动装置分别设于 齿轮架112的两侧，第一从动轴穿过支齿轮架112设置，主动链轮119与一级从 动直齿轮111均安装于第一从动轴上，分处齿轮架112的两侧。整个链条传动装 置位于直齿轮传动装置的上方。

如图3和图4所示，推移机构1以齿轮架112为基座，与支撑架102通过第 一螺栓104连接组成推移机构1的主体；如图5至图10所示，主动链轮119的 两侧端面拉伸了圆柱凸台，并切除了一个通孔的第四花键138，目的是与二级花 键轴108中间的外花键配合；从动链轮124同样在两侧端面拉伸了圆柱凸台，并 切除了一个第二通孔139，用于与第一挡边轴承109配合以降低摩擦的影响；在 第三调节链轮1203的两侧端面拉伸了矮凸台，且在凸台中间切除了一个第三通 孔140；在第三调节链轮1203的两侧均设有第二挡边轴承121；主调节支架122 是成对使用的，目的是保证主动链轮119运动时不受到侧向力的影响；其中，左 侧的第一主调节支架1221和右侧的第二主调节支架1222都设置有与第一调节链 轮1201及第二调节链轮1202配合的第四通孔141和一个与主动链轮119配合的 第五通孔142；此外，主调节支架122中间都有切除的第一槽口143，目的是防 止其与齿轮架112上端面的耳边153发生干涉，并且在槽口侧设置有带槽口的第 一柱形条144和第二柱形条145，用于第一扭簧105的安装；第一主调节支架1221 与第二主调节支架1222的弯角处端面设置有第七通孔147，目的是与第三螺栓 127进行配合。第一扭簧105安装在齿轮架112的耳边153的槽口里，并且用插 销106当第一扭簧105的转动轴，第一扭簧105的一端与齿轮架112的矩形的第 二凸台154的槽口相配合，另一端分别与左侧的第一主调节支架1221的带槽口 的第一柱形条144进行配合或右侧的第二主调节支架1222的带槽口的第二柱形 条145进行配合。第一扭簧105在变形时的转动角度为α，优选地，α的角度范 围小于或等于30°。副调节支架126同样是成对使用的，每个副调节支架126 都设置有三个与螺栓配合的小孔，其中两端的第六通孔146与两个调节链轮120 通过第二螺栓123配合，中间的小孔与从动链轮124同样是第三螺栓127配合； 在副调节支架126的非链轮配合端面，设置有与第二扭簧125配合的带槽口的第 三柱形条148和第四柱形条149；第二扭簧125安装在副调节支架126的左右两 侧，旋转中心与第三螺栓127配合，第二扭簧125的一端与支撑架102的L型杆 上的槽口第五柱形条162或第六柱形条163配合，另一端与副调节支架126的带 槽口第三柱形柱条148或第四柱形条149进行配合；第二扭簧125在变形时的转 动角度为β，优选地，β的取值范围小于或等于30°。支撑架102的上部固定 架，除了作为主动链轮119和从动链轮124的安装固定，同样是用于推移电机 101的安装，整体设计的目的是提高刚度；在固定架上设有第一联轴器103，第 一联轴器103一端与推移电机101的伸出轴连接，另一端与主动斜齿轮传动轴 118连接。

在齿轮传动装置的输出端，二级从动直齿轮107与二级花键轴108的两端通 过第三花键136配合，并且设置了第二卡簧槽137来实现轴向固定，在二级花键 轴108的中间处与主动链轮119同样是第四花键138配合；链条128在主动链轮 119的驱动下，带动从动链轮124实现转动；除了主动链轮119和从动链轮124 分别固定在齿轮架112与支撑架102上，第一调节链轮1201与第二调节链轮 1202，第三调节链轮1203与第四调节链轮1204均处于浮动状态；当链条128受 到的力发生变化时，悬浮的四个调节链轮围绕着主动链轮119及从动链轮124发 生转动，实现径向收缩或伸展，但不影响链条128的张紧状态；支撑架102的内部安装了推移电机101，下端与齿轮架112通过第一螺栓104实现固定连接。

如图11及图19所示，齿轮架112是三个长方体固接在中间的薄壁圆筒上， 并沿圆周方向均匀布置；中间的薄壁圆筒上端设置有第十一通孔155，用于第一 圆锥滚珠轴承113的固定安装；每个长方体上端的中间位置开一个矩形槽157， 槽两侧有沉头第十通孔152，其下端两侧也设置有柱形沉头第八通孔150和第九 通孔151；每个长方体薄壁上端面的两侧分别设置有两个凸台，其中靠外的凸台 中间开了一个矩形槽，从而形成两个耳边153；每个耳边的侧面开有一个通孔， 有利于第一扭簧105通过插销106固定；此外，齿轮架112上端中心附近设置有 带槽口的矩形的第二凸台154，与第一扭簧105的一端进行配合安装；长方体下 端的中间部分同样是矩形空腔158，仅与上端中间的矩形槽相隔较小的薄壁159， 在两侧均设置有两个沉头通孔；第八通孔150用于与第二圆锥滚子轴承117的安 装固定，并且与一级花键轴116配合安装；小的沉头第九通孔151用于挡边轴承 109的安装固定，其通孔用于光轴螺栓110的安装固定；在齿轮架112下底面设 置加强筋160，将每个长方体连接在一起；在加强筋的表面还设置有一个第十二 通孔161，用于螺栓连接；此外，在齿轮架112上端面，沿圆筒的圆周方向均布 了三个螺纹孔156，与支撑架102下端面的第十四通孔170进行螺栓连接。

如图21所示，支撑架102上部的固定架是一个薄壁圆筒，其上端沿圆周方 向设置有三对凸出的L型杆，L型杆的上端设置有第十三通孔164与螺栓配合， 在杆件的垂直过渡处使用了圆弧165替代，以提高承载力；此外，在L型杆通常 成对使用，左侧外端面设置有带槽口的第五柱形条162，右侧外端面设置有带槽 口的第六柱形条163，均用于与第二扭簧125的配合；在薄壁圆筒的下端，设置 了薄层166用于推移电机101的固定，薄层166的内侧设置有阶梯通孔167，目 的是与推移电机101尺寸形状进行配合，且在沿圆周方向设置有三个沉头第十三 通孔167与推移电机101进行螺栓固接；接着，在薄层166的下方沿圆周方向固 接了三个L型的支撑杆169，且在底端突出部分设置有三个第十四通孔170，用 于与齿轮架112上端面的螺纹孔156进行连接。

本发明的具体使用方法如下：

如图27所示，首先，推移机构1在装载管3内，推移机构1受到挤压力处 于预紧压缩状态，但是推移机构1的包络半径始终大于旋转机构(即最大压缩状 态时，包络直径H等于挖掘机构2的包络直径)此时的第一扭簧105受到压力， 带动悬浮的第一调节链轮1201、第二调节链轮1202、第三调节链轮1203、第四 调节链轮1204绕主动链轮119以及从动链轮124顺时针径向移动，其包络直径 小于自然状态的包络直径；接着，挖掘机构2开始工作，此时推移机构1还处于 管道内，推移机构1受力为F1，其包络直径H1变化不大；当推移机构1脱离管 道，进入星壤4内部，由于星壤4的密实度较高且随深度增加而增大，所以推移 机构1受到的挤压力变大，受力为F2，其包络直径H2进一步变小(H1>H2)， 此时的扭簧受到压力变大，带动悬浮的四个调节链轮绕主动链轮119以及从动链 轮124继续顺时针径向移动，其包络直径小于(a)状态的包络直径；如果遭遇 到井洞坍塌情况，推移机构1受到的挤压力变小，受力为F3，其包络直径H3 开始变大，以适应井洞直径大小的变化，此时的扭簧受到压力变小，带动悬浮的 调节链轮绕主动链轮119以及从动链轮124逆时针径向移动，其包络直径大于(b) 状态的包络直径；推移机构1以较小的速度向前推进，遭遇到无法克服的障碍时，能够向后退出井洞，并实现定期的回收检查机器人的损耗情况。在两个机构的配 合下，机器人能够在行星地表下进行生命探测和取样的工作，其钻进深度取决于 气体流量、吸尘器的吸力，刀具强度和能源供应等。

实施例2

本发明一种星壤掘进机器人的第二实施例，本实施例与实施例1类似，所不 同之处在于，本实施例将挖掘机构2的结构进行进一步地展开，挖掘机构2包括 切削装置、支撑装置，支撑装置一端与切削装置连接，另一端与推移机构1连接。

进一步地，如图26所示，刀盘210是一个弧形的薄壁锥面，在锥面的弧面 上，沿圆周均匀布置了两组刀片，第一刀片213和第二刀片214，相隔180度为 一组，两组刀片上均设有若干刃齿，在第一刀片213上设有若干第一刃齿215， 在第二刀片214上设有若干第二刃齿216；第一刃齿215和第二刃齿216沿刀片 方向的布置相互错开，有利于切除到沿半径方向的所有土壤，提高切削的效率； 此外，有一个锥形钻头217固接在弧形锥面的顶部，防止刀片直接接触到硬岩， 降低刀片的磨损；还有一个阶梯圆柱第三凸台218固接在弧形锥面的顶部内侧， 通过第二联轴器209与挖掘电机轴进行连接；优选地，各刀片与刀盘210一体成 型。

作为本发明的一个实施方式，支撑装置包括依次连接的连接盖201、第一连 接件202、外壳203、第二连接件208，排粉管207、气管205均内置于外壳203 且均依次穿过第一连接件202、第二连接件208设置，第二连接件208与刀盘210 连接，第一连接件202与连接盖201一端连接，连接盖201另一端与推移机构1 连接。优选地，外壳203为圆筒状，第二连接件208及第一连接件202均为设有 空腔的柱形结构，在外壳203内还装设有第二联轴器209，连接盖201的下端面 沿圆周布置有阶梯凸台，与第一连接件202实现定位；第一连接件202的利用沿 圆周方向均匀设置的三个带螺纹孔小圆柱与连接盖201固接，其下端面沿周向有阶梯凸台，用于与外壳203进行配合定位，此外在下底面的边缘处沿圆周分布着 三个小通孔，用于与外壳203进行螺栓连接；外壳203的上下两端都设置了环形 凹槽，分别与第一连接件202，第二连接件208实现定位，并通过沿圆周方向均 匀布置的三个带螺纹孔的小圆柱螺栓实现固接；第二连接件208的上端面沿圆周 方向有阶梯凸台，与外壳203实现定位，并在中央处设置有一个阶梯通孔，用于 与挖掘电机212进行配合，且利用沿圆周设置有三个沉头通孔与挖掘电机212进 行螺栓连接；最后，刀盘210通过第二联轴器209与挖掘电机轴实现连接。

进一步地，如图24所示，连接盖201是一个圆形盖，上端面中间设置有一 个六边形的第一凹槽220，用于和齿轮架112的底端进行定位配合，而且在第一 凹槽220的边缘处还有两个小的第十六通孔222用于与齿轮架的通孔C12进行 螺栓配合；在圆形盖的上端面，沿圆周均匀布置着小的三个第十六通孔222，用 于与第一接件202的螺纹孔F2相配合，还有一个大的第十八通孔224用于挖掘 电机212线缆的布置；此外，在圆形盖的下端面沿周向布置有阶梯第四凸台225， 用于与第一连接件202定位配合。

如图24所示，第一连接件202的主体是一个不密封的圆筒，上端面不密封 且有环形第二凹槽226，与连接盖201下端的阶梯第四凸台225进行配合定位， 并在沿圆周方向均匀设置了三个带螺纹孔的小的圆柱227，与连接盖201的第十 七通孔223实现螺栓连接；下端面的中央及其附近有四个通孔，中间第十九通孔 228用于挖掘电机212线缆的布置；下端面边缘处沿圆周分布着三个小的第二十 二通孔231，用于与圆筒外壳203进行螺栓连接；此外，下端面沿周向设置有阶 梯的第五凸台232，用于与圆筒外壳203进行配合定位。

如图24所示，外壳203上端面有环形的第二凹槽226，用于与顶部柱形连 接件进行定位配合；在凹槽面沿圆周方向均匀设置了三个带螺纹孔的圆柱227， 目的是与连接盖201进行螺栓连接；同理，外壳203的下端面有环形第二凹槽 226，用于与第二连接件208进行定位配合；在凹槽面沿圆周方向均匀设置了三 个带螺纹孔的圆柱227，目的是与第二连接件208进行螺栓连接。

如图19所示，第二连接件208的主体是一个不密封的圆筒，下端面是不密 封的面，上端面沿圆周方向设置有阶梯第六凸台234，目的与外壳203的下端环 形第二凹槽226进行配合定位；在上端面的中间出有一个阶梯的第二十三通孔 235，目的是与挖掘电机212尺寸形状进行配合，且在中心附近沿圆周设置有三 个沉头第二十四通孔236与挖掘电机212进行螺栓固接；最后，在上端面的边缘 处沿圆周均匀布置了三个小的第二十六通孔238，用于与外壳203的带螺纹孔的 圆柱227进行螺栓连接。

实施例3

本发明一种星壤掘进机器人的第三实施例，本实施例与实施例1类似，所不 同之处在于，本实施例将挖掘机构2的结构进行进一步地拓展，挖掘机构2还包 括除屑装置与除尘装置，除屑装置及除尘装置均与支撑装置连接且均与切削装置 连通。

在刀盘210上设有若干缺口233，缺口233与除屑装置及除尘装置均连通。

作为本发明的一个实施方式，除屑装置包括依次连接的若干喷头211、若干 气管205、空气压缩机，若干喷头211与若干气管205均内置于支撑装置，若干 喷头211分别位于刀盘210上缺口下方，空气压缩机装设于支撑装置外侧。气管 205与喷头211连接的一端设有单向气动快速接头206，气管205与空气压缩机 连接的一端设有双向气动快速接头204；

作为本发明的一个实施方式，除尘装置包括排粉管207、吸尘器，排粉管207 内置于支撑装置且位于缺口233下方，吸尘器装设于支撑装置外侧且与排粉管 207连通。

为了便于喷头211对刀片进行喷气，以将刀盘210附近的切屑冲掉，防止堵 钻情况的发生，在刀盘210的薄壁锥面上沿圆周方向均匀挖空了四个类似梯形的 缺口233，目的是用于切屑的流通；又为了便于吸尘器通过排粉管207吸入在切 削时的尘土，在刀盘210的弧面下端固接有一个薄壁圆筒219，目的是防止周围 的沙土涌进排粉管207的入口，降低堵塞风险。

为了便于对气管205及排粉管207的安装与固定，连接盖201上在六边形的 第一凹槽220的边缘处均布了三个大的第十五通孔221，作为气管205以及排粉 管207的通道，第一连接件202下端面设置的两个相同的第二十通孔229用于双 向气动快速接头204的安装，最小的第二十一通孔230用于排粉管207的安装； 在第二连接件208的上端面沿圆周方向有两个相同的第二十五通孔237用于单向 气动快速接头206的安装，还有一个阶梯的第二十七通孔239用于排粉管207的 安装。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非 是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明 的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施 方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进 等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种星壤掘进机器人，其特征在于，包括用于星壤挖掘的挖掘机构(2)与用于驱动挖掘机构(2)前移的且可根据井壁进行尺寸调整的推移机构(1)，所述推移机构(1)的包络半径大于或等于所述挖掘机构(2)的包络半径，挖掘机构(2)设于推移机构(1)前端；推移机构(1)包括支撑架(102)、链条传动装置、用于带动链条传动装置运动的驱动装置，链条传动装置、驱动装置均装设在所述支撑架(102)上；所述链条传动装置包括链条(128)、主动链轮(119)、从动链轮(124)、用于调整链条(128)中两侧运动方向相反的链条段之间的间距大小的第一调节装置(5)及第二调节装置(6)，所述主动链轮(119)、所述从动链轮(124)分别装设于支撑架(102)上且主动链轮(119)、从动链轮(124)、链条(128)组成链传动副，驱动装置可带动主动链轮(119)运动；所述第一调节装置(5)至少包括第一调节链轮(1201)、第二调节链轮(1202)、主调节支架(122)、第一扭簧(105)，所述主动链轮(119)、第一调节链轮(1201)、第二调节链轮(1202)形成三角关系安装于所述主调节支架(122)上，所述第一扭簧(105)也安装于主调节支架(122)上并作用于第一调节链轮(1201)及第二调节链轮(1202)；所述第二调节装置(6)至少包括第三调节链轮(1203)、第四调节链轮(1204)、副调节支架(126)、第二扭簧(125)；所述从动链轮(124)、第三调节链轮(1203)、第四调节链轮(1204)形成三角关系安装于所述副调节支架(126)上，第二扭簧(125)也安装于副调节支架(126)上并作用于第三调节链轮(1203)及第四调节链轮(1204)，调节支架(122)及副调节支架(126)均与所述支撑架(102)转动连接；第一调节链轮(1201)、第二调节链轮(1202)装设在链传动副的一端、且位于链条(128)的内侧，第三调节链轮(1203)及第四调节链轮(1204)装设在链传动副的另一端、且位于链条(128)的内侧，第一调节链轮(1201)、第二调节链轮(1202)、第三调节链轮(1203)及第四调节链轮(1204)在链条(128)的作用下运动。

2.根据权利要求1所述的星壤掘进机器人，其特征在于，所述主调节支架(122)及所述副调节支架(126)均为三角杆结构，所述主动链轮(119)、所述第一调节链轮(1201)、所述第二调节链轮(1202)分别设于所述主调节支架(122)上的三个端部，所述从动链轮(124)、所述第三调节链轮(1203)、所述第四调节链轮(1204)分别设于所述副调节支架(126)上的三个端部，所述第一扭簧(105)为钝角扭簧，所述第二扭簧(106)为锐角扭簧。

3.根据权利要求2所述的星壤掘进机器人，其特征在于，所述驱动装置包括直齿轮传动装置、斜齿轮传动装置，所述链条传动装置与所述直齿轮传动装置的数目相等，每一个直齿轮传动装置与对应的链条传动装置组成一个传动组，若干传动组分别沿所述支撑架(102)围绕着斜齿轮传动装置均布。

4.根据权利要求3所述的星壤掘进机器人，其特征在于，所述直齿轮传动装置包括主动直齿轮(130)、一级从动直齿轮(111)、主动直齿轮传动轴、第一从动轴、二级从动直齿轮(107)、第二从动轴，所述主动直齿轮(130)安装于所述主动直齿轮传动轴上，所述一级从动直齿轮(111)安装于所述第一从动轴上，所述二级从动直齿轮(107)、所述主动链轮(119)均安装于所述第二从动轴上，主动直齿轮(130)、一级从动直齿轮(111)、二级从动直齿轮(107)分别啮合且两两组成传动副，斜齿轮传动装置可驱动主动直齿轮传动轴转动。

5.根据权利要求4所述的星壤掘进机器人，其特征在于，所述斜齿轮传动装置包括主动斜齿轮(129)、主动斜齿轮传动轴(118)、若干从动斜齿轮(115)、推移电机(101)，所述从动斜齿轮(115)的数目与所述主动直齿轮(130)的数目、所述主动直齿轮传动轴的数目均相等且一一对应，所述推移电机(101)与所述主动斜齿轮传动轴(118)连接，主动斜齿轮(129)安装于主动斜齿轮传动轴(118)上，主动斜齿轮传动轴(118)装设于支撑架(102)上，所述从动斜齿轮(115)安装于所述主动直齿轮传动轴上，若干从动斜齿轮(115)均与主动斜齿轮(129)啮合组成传动副。

6.根据权利要求5所述的星壤掘进机器人，其特征在于，所述直齿轮传动装置、所述链条传动装置均为3个，所述主动斜齿轮(129)为1个，所述从动斜齿轮(115)为3个，3个从动斜齿轮(115)围绕着主动斜齿轮(129)均布。

7.根据权利要求1至6任一项所述的星壤掘进机器人，其特征在于，所述挖掘机构(2)包括切削装置、支撑装置，所述支撑装置一端与所述切削装置连接，另一端与所述推移机构(1)连接。

8.根据权利要求7所述的星壤掘进机器人，其特征在于，所述切削装置包括刀盘(210)、挖掘电机(212)，所述刀盘(210)可拆卸连接于所述支撑装置前端，所述挖掘电机(212)装设于支撑装置上，刀盘(210)与挖掘电机(212)连接；在刀盘(210)上沿径向至少设有两组刀片，每组所述刀片上均设有若干刃齿，不同的刀片上的若干刃齿沿径向交错设置。

9.根据权利要求7所述的星壤掘进机器人，其特征在于，所述挖掘机构(2)还包括除屑装置与除尘装置，所述除屑装置及所述除尘装置均与支撑装置连接且均与切削装置连通。