CN115158703A - 一种微重力环境下样品防逃逸装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及小天体探测技术领域，具体而言，涉及一种微重力环境下样品防逃逸装置，包括机械臂末端执行组件、放样容器以及柔性门，其中：机械臂末端执行组件在多自由度机械臂的驱动下采集放样容器周边区域天体表面的样品颗粒，并将样品颗粒运送至放样容器中；柔性门设置在放样容器的开口端，与放样容器一体成型；放样容器用于收纳放置直径≥30mm的样品颗粒。本申请作为小天体样品密封子系统的重要组成部分，主要负责机械臂采集样品的收纳和防逃逸工作，能够实现对直径≥30mm天体样品颗粒的收纳，在有限的空间下进行柔性门的安装固定，在无源条件下实现柔性门的开启与闭合，防止放样容器内部的样品颗粒逃逸。
Description
技术领域
本申请涉及小天体探测技术领域，具体而言，涉及一种微重力环境下样品防逃逸装置。
背景技术
微重力环境下样品防逃逸装置是小天体样品密封子系统的重要组成部分，主要负责机械臂采集样品的收纳工作，其方案可行性和可靠性直接决定着小天体样品采样返回任务的成败。
目前，国外开展的地外天体采样任务并且成功实施的有日本的隼鸟和隼鸟-2号小天体采样任务、美国的奥西里斯号小天体采样任务及“星尘”彗星采样任务等。国内仅有嫦娥5号月球样品采样任务完成有重力条件下月球样品的采样返回。
根据调研结果，日本的隼鸟和隼鸟-2号小天体采样任务均采用在天体表面溅射取样的方式，采集样品颗粒为1mm～5mm；美国的奥西里斯号小天体采样任务采用“机械臂+取样器”的方式，采集样品颗粒＜20mm；“星尘”彗星采样任务采用“网状收集器+气凝胶”的方式，采集样品颗粒1μm～1mm。综上所述，国内外小天体采样任务中采集样品颗粒均小于20mm，未发现针对≥30mm样品颗粒的采集方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种微重力环境下样品防逃逸装置，可以满足在微重力环境下，利用机械臂实现对直径≥30mm样品颗粒的收纳。
为了实现上述目的，本申请提供了一种微重力环境下样品防逃逸装置，包括机械臂末端执行组件、放样容器以及柔性门，其中：机械臂末端执行组件在多自由度机械臂的驱动下采集放样容器周边区域天体表面的样品颗粒，并将样品颗粒运送至放样容器中；柔性门设置在放样容器的开口端，与放样容器一体成型；放样容器用于收纳放置直径≥30mm的样品颗粒。
进一步的，机械臂末端执行组件在多自由度机械臂的驱动下，能够运动至放样容器周边区域内的任意位置。
进一步的，放样容器为回转体结构，开口端设置成锥面形状。
进一步的，机械臂末端执行组件的前端与开口端配合定位。
进一步的，开口端上设置有多个安装台，每个安装台上均设置有限位孔。
进一步的，柔性门由多根超弹记忆合金丝阵列排布而成。
进一步的，多根超弹记忆合金丝通过限位孔与开口端上的多个安装台对应安装固定。
进一步的，超弹记忆合金丝由NiTiNb材料制作而成。
本发明提供的一种微重力环境下样品防逃逸装置，具有以下有益效果：
本申请作为小天体样品密封子系统的重要组成部分，主要负责机械臂采集样品的收纳和防逃逸工作，能够实现对直径≥30mm天体样品颗粒的收纳，在有限的空间下进行柔性门的安装固定，在无源条件下实现柔性门的开启与闭合，防止放样容器内部的样品颗粒逃逸。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例提供的微重力环境下样品防逃逸装置的结构图；
图2是根据本申请实施例提供的微重力环境下样品防逃逸装置机械臂末端执行组件采集样品颗粒的剖视图；
图3是根据本申请实施例提供的微重力环境下样品防逃逸装置机械臂末端执行组件采集样品颗粒并离开天体表面的剖视图；
图4是根据本申请实施例提供的微重力环境下样品防逃逸装置机械臂末端执行组件运动至放样容器上方的剖视图；
图5是根据本申请实施例提供的微重力环境下样品防逃逸装置机械臂末端执行组件前端运动至放样容器开口端的剖视图；
图6是根据本申请实施例提供的微重力环境下样品防逃逸装置机械臂末端执行组件将样品颗粒运送至放样容器内部的剖视图；
图7是根据本申请实施例提供的微重力环境下样品防逃逸装置机械臂末端执行组件离开返回的剖视图；
图8是根据本申请实施例提供的微重力环境下样品防逃逸装置柔性门在开启状态的示意图；
图中：1-机械臂末端执行组件、2-放样容器、3-超弹记忆合金丝、4-样品颗粒、5-天体表面、6-安装台。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1所示，本申请提供了一种微重力环境下样品防逃逸装置，包括机械臂末端执行组件1、放样容器2以及柔性门，其中：机械臂末端执行组件1在多自由度机械臂的驱动下采集放样容器2周边区域天体表面的样品颗粒4，并将样品颗粒4运送至放样容器2中；柔性门设置在放样容器2的开口端，与放样容器2一体成型；放样容器2用于收纳放置直径≥30mm的样品颗粒4。
具体的，本申请实施例提供的微重力环境下样品防逃逸装置是小天体样品密封子系统的重要组成部分，通过机械臂末端执行组件1进行天体表面5样品颗粒4的采集，以及通过放样容器2进行样品颗粒4的收纳，主要针对直径≥30mm天体样品颗粒4进行采集收纳，其中在放样容器2开口处设置柔性门，主要是为了防止进入放样容器2内的样品颗粒4进行逃逸。柔性门与放样容器2一体成型，工艺简单，在有限的空间下就可以实现柔性门的安装固定。
进一步的，如图2-7所示，机械臂末端执行组件1在多自由度机械臂的驱动下，能够运动至放样容器周边区域内的任意位置。机械臂末端执行组件1是机械臂分系统的组成部分，采集端根据实际情况也可以设置成柔性门的形式，与放样容器2的柔性门相对接，采集样品颗粒4时，机械臂末端执行组件1首先沿垂直方向运动至天体表面5，并将样品颗粒4通过采集端采集至自身内部，然后运动至放样容器2的上方，随后沿垂直方向下降，在放样容器2开口端的作用下，机械臂末端执行组件1的采集端进入放样容器2内部，同时挤压开口端处的柔性门，柔性门打开，机械臂末端执行组件1通过内部直线运动将样品颗粒4放置到放样容器2的内部，然后再沿垂直方向上升，与放样容器2脱离后返回，而柔性门会自动回弹，将样品颗粒4收纳在放样容器2内部，防止发生逃逸。
进一步的，放样容器2为回转体结构，开口端设置成锥面形状。放样容器2设置为回转体结构，回转体结构对机械臂末端执行组件1进入的方位或姿态不敏感，方便与其对接，便于样品颗粒4的储存收纳，防止其逃逸，开口端设置成锥面，方便导向，便于柔性门的安装，保证样品颗粒4的正常推送。
进一步的，机械臂末端执行组件1的前端与开口端配合定位。机械臂末端执行组件1前端与开口端的锥面配合定位，使机械臂末端执行组件1能够快速的进入放样容器2内部。
进一步的，开口端上设置有多个安装台6，每个安装台6上均设置有限位孔。在申请实施例中，开口端上设置有8个安装台6，安装台6与放样容器2一体成型，安装台6上设置有限位孔，用于安装柔性门。
进一步的，如图8所示，柔性门由多根超弹记忆合金丝3阵列排布而成。在本申请实施例中，柔性门由8根超弹记忆合金丝3阵列排布而成，放入样品颗粒4时，机械臂末端执行组件1会挤压超弹记忆合金丝3，此时超弹记忆合金丝3向下移动，柔性门打开，样品颗粒4放入到放样容器2内部，机械臂末端执行组件1回升返回后，超弹记忆合金丝3在内部应力的作用下会自动回弹，柔性门自动关闭，样品颗粒4就被收纳到放样容器2的内部，防止逃逸。
进一步的，多根超弹记忆合金丝3通过限位孔与开口端上的多个安装台6对应安装固定。在本申请实施例中，8根超弹记忆合金丝3分别固定在开口端8个安装台6上，利用自身超弹物理特性保持水平，形成柔性门，从而防止放样容器2内部的样品颗粒4逃逸。
进一步的，超弹记忆合金丝3由NiTiNb材料制作而成。超弹记忆合金丝3的材料为NiTiNb材料，超弹记忆合金丝3是一种形状记忆合金，能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的特种合金，具有良好的可塑性。
更进一步的，在设计本申请实施例提供的微重力环境下样品防逃逸装置时，首先要确定装置整体的布局，根据机械臂末端执行组件1的结构形式及运动特性、样品颗粒4规格尺寸的要求，确定装置合理的整体布局；其次进行导向结构的设计，根据机械臂末端执行组件1前端结构形式及运动特性、装置整体布局，采用简单、合理的导向结构，实现机械臂末端执行组件1前端精确运动至放样容器2内部；然后进行柔性门的设计，采用超弹记忆合金丝3作为柔性门的制作材料，使得机械臂末端执行组件1能够开启柔性门，并在机械臂末端执行组件1放入样品颗粒4退出后，柔性门会自动闭合，防止样品颗粒4的逃逸，最后进行柔性门安装形式的设计，采用柔性门与放样容器2开口端一体成型的设计结构，能够减少对空间资源的占用。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种微重力环境下样品防逃逸装置，其特征在于，包括机械臂末端执行组件、放样容器以及柔性门，其中：
所述机械臂末端执行组件在多自由度机械臂的驱动下采集所述放样容器周边区域天体表面的样品颗粒，并将样品颗粒运送至所述放样容器中；
所述柔性门设置在所述放样容器的开口端，与所述放样容器一体成型；
所述放样容器用于收纳放置直径≥30mm的样品颗粒。
2.如权利要求1所述的微重力环境下样品防逃逸装置，其特征在于，所述机械臂末端执行组件在多自由度机械臂的驱动下，能够运动至所述放样容器周边区域内的任意位置。
3.如权利要求1所述的微重力环境下样品防逃逸装置，其特征在于，所述放样容器为回转体结构，开口端设置成锥面形状。
4.如权利要求3所述的微重力环境下样品防逃逸装置，其特征在于，所述机械臂末端执行组件的前端与所述开口端配合定位。
5.如权利要求3所述的微重力环境下样品防逃逸装置，其特征在于，所述开口端上设置有多个安装台，每个所述安装台上均设置有限位孔。
6.如权利要求5所述的微重力环境下样品防逃逸装置，其特征在于，所述柔性门由多根超弹记忆合金丝阵列排布而成。
7.如权利要求6所述的微重力环境下样品防逃逸装置，其特征在于，多根所述超弹记忆合金丝通过限位孔与所述开口端上的多个安装台对应安装固定。
8.如权利要求6所述的微重力环境下样品防逃逸装置，其特征在于，所述超弹记忆合金丝由NiTiNb材料制作而成。
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