CN115539029A - 手持双模式月壤取芯装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种手持双模式月壤取芯装置，包括机架、第一壳体、第一驱动结构、承受件、冲击机构、振动结构和第二驱动结构，第一壳体、第一驱动结构和第二驱动结构安装在机架上，第一壳体内设置有两端呈敞口状的第一容置腔，第二驱动结构用于带动第一壳体转动，承受件安装在第一容置腔内，用于连接取芯工具并传递冲击力到取芯工具，冲击机构连接第一驱动结构，冲击机构用于冲击承受件，振动结构连接第一驱动结构，用于带动承受件振动。本申请实施例的手持双模式月壤取芯装置，可以实现冲击贯入式和回转钻取式双模式取芯，可以提高取样深度和取样管的取样效率，可以最大程度的保证月壤原始的层理信息，达到深度取芯的目的。

Description

手持双模式月壤取芯装置

技术领域

本申请属于月壤采样技术领域，更具体地说，是涉及一种手持双模式月壤取芯装置。

背景技术

月球是距离地球最近的地外天体，有着丰富的矿物资源，对月壤或月岩样品进行取样探测分析，可以获得月球的土壤结构及矿物元素信息，为开展月球资源开采工程作铺垫。因此，宇航员在月面上获取具有原态层理信息的月壤剖面样品是载人登月任务中的重要项目之一。目前，获取具有层理信息的月壤样品有两种方式：一种是冲击贯入式取样；另一种是回转钻取式取样。冲击贯入式具有样品层理信息保持性良好的显著优点，但是这种方式只能适用于较为松散的月壤层取样，无法贯入密实度较高的月壤或坚硬的月岩。而且，在低频冲击作用下，取样管附近的月壤颗粒受挤压致密产生力链(颗粒间力的传播路径)，导致月壤颗粒与取样管表面的摩擦力增大，增加了能量的消耗并阻碍样品的采集。回转钻取式破岩能力强，取样效率高，可以保持一定层理信息的样品，但是钻杆的回转运动使钻杆内壁附近的样品颗粒混合起来，无法很好的保持原态层理信息。现有的月壤取芯装置无法兼顾保证月壤原始的层理信息、提高取样效率和提高取样深度。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种可以宇航员手持的手持双模式月壤取芯装置，以解决现有技术中存在的无法兼顾保证月壤原始的层理信息、提高取样效率和提高取样深度的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种手持双模式月壤取芯装置，包括：

机架；

第一壳体，安装在所述机架上，所述第一壳体内设置有两端呈敞口状的第一容置腔；

承受件，安装在所述第一容置腔内，所述承受件用于连接取芯工具并传递冲击力到取芯工具以及带动取芯工具转动；

冲击机构，所述冲击机构一端连接在所述机架上，另一端伸入所述第一壳体内，所述冲击机构用于沿冲击方向冲击所述承受件；

振动结构，安装在所述第一容置腔内，所述振动结构一端连接所述承受件，用于带动所述承受件沿所述冲击方向振动；

第一驱动结构，安装在所述机架上，用于驱动所述冲击机构冲击所述承受件和带动所述振动结构振动；

第二驱动结构，安装在所述机架上，用于驱动所述第一壳体转动。

手持双模式月壤取芯装置的工作模式包括冲击模式和旋转模式。

冲击模式：所述第一驱动结构驱动所述冲击机构冲击所述承受件，驱动所述振动结构带动所述承受件振动；

旋转模式：可以是旋转振动，所述第二驱动结构驱动所述第一壳体转动，所述第一壳体带动所述承受件转动，所述第一驱动结构不启动，即所述第一振动件不动，所述第二振动件旋转，所述第二振动件摩擦所述第一振动件产生振动，所述承受件边旋转边振动；

也可以是旋转冲击振动，所述第一驱动结构和所述第二驱动结构同时运转，进行回转-冲击式钻进，取样效率会大幅度提高。

在一些实施例中，所述冲击机构包括：

弹性蓄力件，安装于所述第一容置腔中；以及，

推顶环，设于所述弹性蓄力件与所述承受件之间；

所述第一驱动结构用于驱动所述推顶环抵压所述弹性蓄力件蓄力后释放所述推顶环。

在一些实施例中，所述第一驱动结构包括：

转轴，一端与所述振动结构相连；

第一旋转器，驱动所述转轴转动，所述第一旋转器安装在所述壳体上；

驱动轴，用于带动所述推顶环抵压所述弹性蓄力件；以及，

导套，所述导套上设有引导面，所述引导面包括螺旋面和过渡面，所述螺旋面用于与所述驱动轴配合引导所述推顶环沿所述转轴的轴向移动，所述螺旋面的两端沿所述转轴的轴向具有高度差，所述过渡面由所述螺旋面远离弹性蓄力件的一端朝向所述弹性蓄力件的一端延伸，所述过渡面沿所述转轴的轴向的长度与所述高度差相等；

所述导套设于所述推顶环和所述转轴二者之一上，所述驱动轴设于所述推顶环和所述转轴二者之另一上。

在一些实施例中，所述导套上设有滑槽，所述引导面为所述滑槽靠近所述弹性蓄力件的侧面；或者，所述引导面为所述导套背离所述弹性蓄力件的端面。

在一些实施例中，所述引导面为多个，多个引导面环形布局于导套上，多个引导面首尾相连；或者，引导面为一个，过渡面靠近弹性蓄力件的一端与螺旋面靠近弹性蓄力件的一端相连。

在一些实施例中，所述冲击结构还包括冲击件，所述冲击件设于所述推顶环与所述承受件之间，所述冲击件内部中空，所述转轴穿过所述冲击件与所述振动结构连接，所述承受件靠近所述冲击件的一端设置有弧形凹槽，所述冲击件上对应所述弧形凹槽位置设置有用于适配冲击所述弧形凹槽的弧形凸起。

在一些实施例中，还包括第二壳体，所述第二壳体内设置有两端呈敞口状的第二容置腔，所述第二壳体的一端固定连接在所述机架上，另一端伸入所述第一容置腔内，所述第二壳体套设在所述冲击机构外侧；

所述第二壳体上设置有第一长槽孔，所述第一长槽孔的长度方向与所述冲击方向一致，所述冲击件上设置有第一限位件，所述第一限位件的一端伸入所述第一长槽孔内。

在一些实施例中，所述第一壳体远离所述承受件的一端设置有第一轴承座，所述第一轴承内设置有第一轴承，所述第一轴承内圈套设且连接在所述第二壳体上；

所述机架上有第二轴承座，所述第二轴承座内设置有第二轴承，所述第二轴承的内圈套设且连接在所述第一壳体上。

在一些实施例中，所述第一壳体上设置有第二长槽孔，所述第二长槽孔的长度方向为所述冲击方向，所述承受件上设置有第二限位件，所述第二限位件一端伸入所述第二长槽孔内。

在一些实施例中，所述第二驱动结构包括：

第二旋转器，安装在所述机架上；

传动轴，连接所述第二旋转器，所述第二旋转器用于带动所述传动轴绕所述冲击方向转动；

传动齿轮，中部设置有第一通孔，所述传动轴穿过所述第一通孔，所述传动齿轮的内侧与所述传动轴连接；

驱动齿轮，与所述传动齿轮啮合，所述驱动齿轮中部设置有第二通孔，所述第一壳体穿过所述第二通孔，所述驱动齿轮的内侧与所述第一壳体连接。

在一些实施例中，所述振动结构包括：

第一振动件，一端固定连接所述第一驱动结构，另一端设置有第一齿部，所述第一齿部呈锯齿状，所述第一驱动结构用于带动所述第一振动件沿所述冲击方向转动；

第二振动件，一端固定连接所述承受件，另一端设置有与所述第一齿部相啮合的第二齿部，所述第二齿部呈锯齿状。

在一些实施例中，所述承受件远离所述第一驱动结构的一端设置有用于连接取芯工具的取芯接口。

在一些实施例中，所述机架上设置有第三轴承座和第四轴承座，所述第三轴承座内设置有第三轴承，所述第三轴承的内圈套设并连接所述转轴，所述第四轴承座内设置有第四轴承，所述第四轴承的内圈套设并连接所述传动轴。

在一些实施例中，所述第一轴承座上设有第一轴承盖，所述第二轴承座上设置有第二轴承盖，所述第一轴承盖呈环形，套设在所述第二壳体上，所述第一轴承盖盖于所述第一轴承座上，所述第二轴承盖呈环形，套设在所述第一壳体上，所述第二轴承盖盖于所述第二轴承座上；

在一些实施例中，所述第一壳体远离第一旋转器一端设置有密封件，所述密封件呈环形，所述密封件套设在所述取芯接口上。

在一些实施例中，所述机架包括多个封装板，各封装板封装呈长方体状。

在一些实施例中，所述机架的相对两侧设置有两个用于方便人手把持的手持支架。

本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置的有益效果在于：与现有技术相比，本申请实施例的手持双模式月壤取芯装置，第一驱动结构3和第二驱动结构7可以分别作业，也可以同时作业_，可以实现冲击贯入式取芯和回转钻取式取芯，双模式取芯，可以保证月壤原始的层理信息，提高取样效率和提高取样深度。设置第一驱动结构驱动冲击机构和振动结构，冲击机构对承受件进行冲击，振动结构带动承受件振动，承受件连接取芯工具(取样管)，并将冲击力传递到取芯工具，采用振动和冲击的复合形式来破坏取样管中力链(颗粒间力的传播路径)的产生，使取样管管壁附近的月壤变得疏松，减小了月壤颗粒与管壁间的摩擦阻力，进而提高取样深度和取样管的取样效率。在较为松散的月壤层取样时，采用冲击贯入式的取样方式，最大程度的保证月壤原始的层理信息。若遇到密实度较高的月壤层或坚硬的月岩无法贯入时，宇航员可以启动取芯装置的第二驱动结构，第二驱动结构驱动第一壳体转动，带动承受件转动，贯入式取样管(取芯工具)替换成螺旋钻杆(取芯工具)，进而实现对月壤或月岩的切割钻进动作，达到深度取芯的目的。当到达取样深度后，宇航员向上提起双模式取芯装置，承受件由于重力作用与冲击机构分离，这样不会造成取样管中样品由于振动等原因脱落。

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手持双模式月壤取芯装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置的剖视图；

图3为本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置的爆炸结构示意图；

图4为本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置的冲击件的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置的第一种导套的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置的第二种导套的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置的转轴、驱动轴、导套和推顶环的第一种连接方式的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置的转轴、驱动轴、导套和推顶环的第二种连接方式的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置的振动结构的结构示意图图；

图10为本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置的第一种导套的展开示意图；

图11为本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置的第二种导套的展开示意图；

图12为本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置的第三种导套的展开示意图；

图13为本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置使用取样管时的工作示意图；

图14为本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置使用螺旋钻杆时的工作示意图。

其中，图中各附图标记：

1、机架；11、第二轴承座；111、第二轴承；112、第二轴承盖；12、第三轴承座；121、第三轴承；13、第四轴承座；131、第四轴承；14、封装板；15、手持支架；

2、第一壳体；21、第一容置腔；22、第一轴承座；221、第一轴承；222、第一轴承盖；23、第二长槽孔；

3、第一驱动结构；31、转轴；32、第一旋转器；33、驱动轴；331、滚轮；34、导套；341、引导面；3411、螺旋面；3412、过渡面；342、滑槽；

4、承受件；41、弧形凹槽；42、第二限位件；43、取芯接口；431、密封件；

5、冲击机构；51、弹性蓄力件；52、推顶环；53、冲击件；531、弧形凸起；532、第一限位件；54、第二壳体；541、第二容置腔；542、第一长槽孔；

6、振动结构；61、第一振动件；611、第一齿部；62、第二振动件；621、第二齿部；

7、第二驱动结构；71、第二旋转器；72、传动轴；73、传动齿轮；731、第一通孔；74、驱动齿轮；741、第二通孔；

8、连接杆；

91、取样管；92、螺旋钻杆。

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。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”、“一些实施例”或“实施例”意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。

请一并参阅图1、图2及图3，现对本申请实施例提供的手持双模式月壤取芯装置进行说明。手持双模式月壤取芯装置包括机架1、第一壳体2、第一驱动结构3、承受件4、冲击机构5、振动结构6和第二驱动结构7。第一壳体2安装在机架1上，第一壳体2内部设置有第一容置腔21，第一容置腔21的两端呈敞口状设置。第一驱动结构3安装在机架1上。承受件4安装在第一容置腔21内，承受件4连接第一壳体2，承受件4用于连接取芯工具，并传递冲击力到取芯工具以及带动取芯工具转动。冲击机构5一端连接机架1，另一端伸入第一容置腔21内，冲击机构5连接第一驱动结构3，冲击机构5用于沿冲击方向冲击承受件4。振动结构6安装在第一容置腔21内，振动结构6的一端连接第一驱动结构3，另一端连接承受件4，用于带动承受件4沿冲击方向振动。第一驱动结构3和第二驱动结构7可以分别作业，也可以同时作业。

本申请实施例的手持双模式月壤取芯装置，第一驱动结构3和第二驱动结构7可以分别作业，也可以同时作业。设置第一驱动结构3驱动冲击机构5和振动结构6，冲击机构5对承受件4进行冲击，振动结构6带动承受件4振动，承受件4连接取芯工具(取样管91)，并将冲击力传递到取芯工具，采用振动和冲击的复合形式来破坏取样管91中力链(颗粒间力的传播路径)的产生，使取样管管壁附近的月壤变得疏松，减小了月壤颗粒与管壁间的摩擦阻力，进而提高取样深度和取样管的取样效率。在较为松散的月壤层取样时，采用冲击贯入式的取样方式，最大程度的保证月壤原始的层理信息。若遇到密实度较高的月壤层或坚硬的月岩无法贯入时，宇航员可以启动取芯装置的第二驱动结构7，第二驱动结构7驱动第一壳体2转动，带动承受件4转动，贯入式取样管91(取芯工具)替换成螺旋钻杆92(取芯工具)，进而实现对月壤或月岩的切割钻进动作，达到深度取芯的目的。当到达取样深度后，宇航员向上提起双模式取芯装置，承受件4由于重力作用与冲击机构5分离，这样不会造成取样管91中样品由于振动等原因脱落。

手持双模式月壤取芯装置的工作模式包括冲击模式和旋转模式。

冲击模式：第一驱动结构3驱动冲击机构5冲击承受件4，驱动振动结构6带动承受件4振动。

旋转模式：可以是旋转振动，第二驱动结构7驱动第一壳体2转动，第一壳体2带动承受件4转动，第一驱动结构3不启动，即第一振动件61不动，第二振动件62旋转，第二振动件62摩擦第一振动件61产生振动，承受件4边旋转边振动。

还可以是旋转冲击振动，第一驱动结构3和第二驱动结构7同时运转，进行回转-冲击式钻进，取样效率会大幅度提高。

在一些实施例中，请参阅图2和图3，冲击机构5包括弹性蓄力件51和推顶环52。弹性蓄力件51安装于第一容置腔21中(具体的。弹性蓄力件51一端安装在机架1上，另一端伸入第二壳体54的第二容置腔541中)。推顶环52设于弹性蓄力件51与承受件4之间。第一驱动结构3用于驱动推顶环52抵压弹性蓄力件51蓄力后释放推顶环52。推顶环52可以直接冲击承受件4，推顶环52用于挤压弹性蓄力件51，完成设备的蓄力储能，保障冲击效果。

在一些实施例中，请参阅图2和图3和图5，第一驱动结构3包括转轴31、第一旋转器32、驱动轴33和导套34。转轴31一端与振动结构6相连，转轴31的轴向为冲击方向。第一旋转器32驱动转轴31转动，第一旋转器32安装在壳体上。驱动轴33用于带动推顶环52抵压弹性蓄力件51。导套34上设有引导面341，引导面341包括螺旋面3411和过渡面3412，螺旋面3411用于与驱动轴33配合引导推顶环52沿转轴31的轴向移动。螺旋面3411的两端沿转轴31的轴向具有高度差，过渡面3412由螺旋面3411远离弹性蓄力件51的一端朝向弹性蓄力件51的一端延伸，过渡面3412沿转轴31的轴向的长度与高度差相等。

参阅图7，导套34设于推顶环52上，驱动轴33设于转轴31上。第一旋转器32带动转轴31转动，进而带动驱动轴33转动，驱动轴33在引导面341上滑动。由于螺旋面3411的两端沿转轴31的轴向具有高度差，驱动轴33在引导面341上滑动时，会推动导套34带动推顶环52挤压弹性蓄力件51蓄力。

在另一个实施例中，参阅图8，导套34设于转轴31上，驱动轴33设于推顶环52上。第一旋转器32带动转轴31转动，进而带动导套34转动，驱动轴33在引导面341上滑动。由于螺旋面3411的两端沿转轴31的轴向具有高度差，驱动轴33在引导面341上滑动时，引导面341会推动驱动轴33带动推顶环52挤压弹性蓄力件51蓄力。

在一些实施例中，请参阅图3、图6、图8、和图12，导套34上设有滑槽342，引导面341为滑槽342靠近弹性蓄力件51的侧面。当导套34设于推顶环52上，驱动轴33设于转轴31上时，滑槽342位于导套34的内侧面，驱动轴33的一端伸入滑槽342内。当导套34设于转轴31上，驱动轴33设于推顶环52上时，滑槽342位于导套34外表面。在导套34上设置滑槽342，方便导套34远离弹性蓄力件51一端充当冲击锤，对承受件4进行冲击。

在另一个实施例中，请参阅图3和图5，引导面341为导套34背离弹性蓄力件51的端面。驱动轴33一端抵接在导套34背离弹性蓄力件51的端面上，引导面341为导套34背离弹性蓄力件51的端面，加工方便。

在一些实施例中，请参阅图3、图5和图11，引导面341为多个，多个引导面341环形布局于导套34上，多个引导面341首尾相连。蓄力较快，冲击频率高。

在另一个实施例中，请参阅图3、图5和图10，引导面341为一个，请参阅图3、图5和图7，过渡面3412靠近弹性蓄力件51的一端与螺旋面3411靠近弹性蓄力件51的一端相连。蓄力更加平稳，冲击频率低。

在一些实施例中，请参阅图3和图4，月壤取芯装置还包括冲击件53，冲击件53安装在第一容置腔21内(具体的，冲击件53安装在第二容置腔541中)，设于推顶环52和承受件4之间，冲击件53内部中空，转轴31穿过冲击件53与振动结构6连接。承受件4上设置有弧形凹槽41，弧形凹槽41设置在承受件4靠近冲击件53的一端，冲击件53上设置有弧形凸起531，弧形凸起531对应弧形凹槽41位置设置，弧形凸起531与弧形凹槽41尺寸适配，弧形凸起531用于冲击弧形凹槽41。冲击件53沿冲击方向来回冲击承受件4时，弧形凹槽41和弧形凸起531的设置，方便冲击件53的定位冲击，提高冲击的精准度，也能增加受力面积，保障受力均匀。

在一些实施例中，请参阅图1、图2及图3，手持双模式月壤取芯装置还包括第二壳体54，第二壳体54内设置有第二容置腔541，第二容置腔541两端呈敞口状设置。第二壳体54一端固定连接在机架1上，另一端伸入第一容置腔21内。

第二壳体54上设置有第一长槽孔542，第一长槽孔542的长度方向与冲击方向一致，冲击件53上设置有第一限位件532，第一限位件532的一端伸入第一长槽孔542内。设置第一限位件532限位连接在第一长槽孔542内，保障冲击件53只能沿冲击方向来回移动，避免冲击件53被第一驱动结构3带动绕冲击方向转动，影响冲击力度。设置第二壳体54将冲击机构5和第一壳体2分隔开，冲击机构5对冲击承受件4的冲击，不会影响第一壳体2的转动，使得第一驱动结构3和第二驱动结构7可以分别作业，也可以同时作业。

在一些实施例中，请参阅图1、图2及图3，第一壳体2远离承受件4的一端设置有第一轴承座22，第一轴承221内设置有第一轴承221，第一轴承221内圈套设在第二壳体54上，第一轴承221的内圈与第二壳体54连接。当第二驱动结构7通过传动结构带动第一壳体2转动时，第一壳体2相对于第二壳体54转动，第一壳体2和第二壳体54之间设置第一轴承221，保障第一壳体2转动的稳定性。

机架1上有第二轴承座11，第二轴承座11内设置有第二轴承111，第二轴承111的内圈套设在第一壳体2上，第二轴承111的内圈与第一壳体2连接，保障第一壳体2转动的稳定性。且通过第一轴承221的外圈限制和第二轴承111的内圈限制，保障冲击方向固定。

在一些实施例中，请参阅图2、图3、图4及图5，驱动轴33一端设置有滚轮331。滚轮331转动连接在驱动轴33上，滚轮331绕驱动轴33的轴向转动，滚轮331抵接引导面341，驱动轴33带动滚轮331绕转轴31的轴向转动，引导面341摩擦滚轮331外圈，带动滚轮331绕驱动轴33的轴线方向转动。滚轮331滚动连接在在引导面341，可以减少滚轮331与引导面341的摩擦，提高第一驱动结构3的传动效率，减少第一驱动结构3的能量损耗。

在一些实施例中，请参阅图2和图3，第一壳体2上设置有第二长槽孔23，第二长槽孔23的长度方向与冲击方向一致。承受件4上设置有第二限位件42，第二限位件42一端伸入第二长槽孔23内。设置第二限位件42限位连接在第二长槽孔23内，保障承受件4只能沿冲击方向来回移动，避免承受件4被振动结构6带动沿冲击方向转动，影响冲击力度。同时，当第二驱动结构7通过传动结构带动第一壳体2转动时，第一壳体2可以带动承受件4绕冲击方向转动，承受件4连接螺旋钻杆(取芯工具)，进而实现对月壤或月岩的切割钻进动作，达到深度取芯的目的。

在一些实施例中，请参阅图2、图3及图9，振动结构6包括第一振动件61和第二振动件62，第一振动件61一端固定连接第一驱动结构3，第一驱动结构3带动第一振动件61沿冲击方向转动，第一振动件61的另一端设置有第一齿部611，第一齿部611呈锯齿状或波浪状。第二振动件62一端固定连接承受件4，第二振动件62的另一端设置有第二齿部621，第二齿部621与第一齿部611相啮合，第二齿部621呈锯齿状或波浪状。第一驱动结构3带动第一振动件61绕冲击方向转动，第一齿部611的齿在第二齿部621的各齿槽之间移动时，带动第二振动件62振动，进而带动承受件4振动。宇航员向上提起双模式取芯装置时，承受件4由于重力作用与冲击机构5分离，这样不会造成取样管91中样品由于振动等原因脱落。第一振动件61和第二振动件62可更换，可以根据不同的转动速度、第一齿部611和第二齿部621的齿数实现不同的振动频率。

在一些实施例中，请参阅图1、图2及图3，第二驱动结构7包括第二旋转器71、传动轴72、传动齿轮73和驱动齿轮74。传动轴72连接第二驱动结构7，第二驱动结构7带动传动轴72转动。传动齿轮73中部设置有第一通孔731，传动轴72穿过第一通孔731，传动齿轮73内侧连接在传动轴72上，传动轴72上设置有轴套，轴套抵接传动齿轮73。驱动齿轮74与传动齿轮73啮合，驱动齿轮74中部设置有第二通孔741，第一壳体2穿过第二通孔741，驱动齿轮74的内侧与第一壳体2连接。第二旋转器71转动，通过传动轴72带动传动齿轮73转动，进而带动驱动齿轮74转动，驱动第一壳体2转动。第一壳体2转动，通过第二限位孔与第二限位件42的配合连接，带动承受件4绕冲击方向转动。在承受件4上连接螺旋钻杆92(取芯工具)，进而实现对月壤或月岩的切割钻进；还可以第一旋转器32和第二旋转器71同时转动，实现回转-冲击式钻进。

在一些实施例中，请参阅图1、图2、图3、图13和图14，承受件4的一端设置有取芯接口43，取芯接口43设置在承受件4远离第一驱动结构3一端，取芯接口43用于连接取芯工具(1、连接杆8+取样管91，2、连接杆8+螺旋钻杆92)，并传递冲击力到取芯工具。设置取芯接口43，方便在取芯接口43上组装和拆卸取芯工具，方便更换取芯工具，增加设备的便携性。

连接杆8一端固定在取芯接口43上，另一端连接取样管91或螺旋钻杆92。连接杆8用作连接件以及用来增加设备高度，连接杆8可以多个组接，实现多杆大深度取芯。取样管91内部中空，远离连接杆8一端呈敞口设置，方便收集月壤。取样管91或螺旋钻杆92靠近连接杆一端设置有容屑腔，容屑腔靠近连接杆8一端呈敞口设置，容屑腔用于收集取样管91贯入月壤过程产生的碎屑，减少取样过程的功耗并防止废屑阻碍提杆动作。

在一些实施例中，请参阅图1、图2及图3，机架1上设置有第三轴承座12和第四轴承座13，第三轴承座12内设置有第三轴承121，转轴31穿过第三轴承121的内圈，设置第三轴承121套设转轴31，可以保障转轴31的转动稳定性。第四轴承座13内设置有第四轴承131，传动轴72穿过第四轴承131的内圈。设置第四轴承131套设传动轴72，保障传动轴72的转动稳定性。

在一些实施例中，请参阅图1、图2及图3，第一轴承座22上设置有第一轴承盖222，第二轴承座11上设置有第二轴承盖112。第一轴承盖222呈环形，套设在第二壳体54上。第二轴承盖112呈环形，套设在第一壳体2上。第一轴承盖222和第二轴承盖112用于防尘密封。

在一些实施例中，请参阅图1、图2及图3，第一壳体2远离第一旋转器32的一端设置有密封件431，密封件431呈环形，密封件431套设在取芯接口43上，密封件431用于防尘密封。

在一些实施例中，请参阅图1、图2及图3，机架1包括多个封装板14，各封装板14通过螺栓连接，各封装板14封装呈长方体状。传动齿轮73、驱动齿轮74、第一轴承221、第二轴承111、第三轴承121和第四轴承131均被封装在机架1内部，通过设置封装板14封装，可以保护封装板14内部零件。

在一些实施例中，请参阅图1、图2及图3，机架1的相对两侧设置有两个手持支架15，手持支架15用于方便人手把持。

宇航员在月面上进行取样作业时手持该双模式月球取芯装置，在底端的取芯接口43处组接连接杆和取样管。由宇航员来提供取芯装置向下的进尺力。

工作过程：请参阅图2、图3、图13和图14，宇航员提供取芯装置向下的进尺力，启动第一旋转器32，带动冲击机构5和振动结构6运动，使得振动结构6上下的第一振动件61和第二振动件62一直处于接触状态，这样在转轴31旋转的过程中，会持续的给取样管(取芯工具)一定的高频振动，破坏取样管中力链(颗粒间力的传播路径)的产生，提高取样效率。推顶环52通过压缩弹性蓄力件51的弹性势能和自身及冲击件53的重力势能作用在承受件4上，使得承受件4和取样管获得向下的加速度，不断地完成冲击贯入动作。当到达取样深度后，宇航员向上提起双模式取芯装置，承受件4由于重力作用与冲击机构5分离，这样不会造成取样管91中样品由于振动等原因脱落。随后，宇航员更换取样管，组接连接杆进行更深层次的取样。

当遇到密实度较高的月壤层和坚硬的月岩时，双模式取芯装置无法继续实现贯入取样动作。宇航员可启动第第二旋转器71，并将取样管更换成螺旋钻杆。第二旋转器71和第一旋转器32可以分别作业，也可以同时作业。同时作业时，取芯装置进行回转-冲击式钻进，实现破岩效果，完成深度取样。

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 (10)

1.一种手持双模式月壤取芯装置，其特征在于，包括：

机架；

第一壳体，安装在所述机架上，所述第一壳体内设置有两端呈敞口状的第一容置腔；

承受件，安装在所述第一容置腔内，所述承受件用于连接取芯工具并传递冲击力到取芯工具以及带动取芯工具转动；

冲击机构，所述冲击机构一端连接在所述机架上，另一端伸入所述第一壳体内，所述冲击机构用于沿冲击方向冲击所述承受件；

振动结构，安装在所述第一容置腔内，所述振动结构一端连接所述承受件，用于带动所述承受件沿所述冲击方向振动；

第一驱动结构，安装在所述机架上，用于驱动所述冲击机构冲击所述承受件和带动所述振动结构振动；

第二驱动结构，安装在所述机架上，用于驱动所述第一壳体转动。

2.如权利要求1所述的手持双模式月壤取芯装置，其特征在于，所述冲击机构包括：

弹性蓄力件，安装于所述第一容置腔中；以及，

推顶环，设于所述弹性蓄力件与所述承受件之间；

所述第一驱动结构用于驱动所述推顶环抵压所述弹性蓄力件蓄力后释放所述推顶环。

3.如权利要求2所述的手持双模式月壤取芯装置，其特征在于，所述第一驱动结构包括：

转轴，一端与所述振动结构相连；

第一旋转器，驱动所述转轴转动，所述第一旋转器安装在所述壳体上；

驱动轴，用于带动所述推顶环抵压所述弹性蓄力件；以及，

导套，所述导套上设有引导面，所述引导面包括螺旋面和过渡面，所述螺旋面用于与所述驱动轴配合引导所述推顶环沿所述转轴的轴向移动，所述螺旋面的两端沿所述转轴的轴向具有高度差，所述过渡面由所述螺旋面远离弹性蓄力件的一端朝向所述弹性蓄力件的一端延伸，所述过渡面沿所述转轴的轴向的长度与所述高度差相等；

所述导套设于所述推顶环和所述转轴二者之一上，所述驱动轴设于所述推顶环和所述转轴二者之另一上。

4.如权利要求3所述的手持双模式月壤取芯装置，其特征在于，所述导套上设有滑槽，所述引导面为所述滑槽靠近所述弹性蓄力件的侧面；或者，所述引导面为所述导套背离所述弹性蓄力件的端面。

5.如权利要求3所述的手持双模式月壤取芯装置，其特征在于，所述引导面为多个，多个引导面环形布局于导套上，多个引导面首尾相连；或者，引导面为一个，过渡面靠近弹性蓄力件的一端与螺旋面靠近弹性蓄力件的一端相连。

6.如权利要求3所述的手持双模式月壤取芯装置，其特征在于，所述冲击结构还包括冲击件，所述冲击件设于所述推顶环与所述承受件之间，所述冲击件内部中空，所述转轴穿过所述冲击件与所述振动结构连接，所述承受件靠近所述冲击件的一端设置有弧形凹槽，所述冲击件上对应所述弧形凹槽位置设置有用于适配冲击所述弧形凹槽的弧形凸起。

7.如权利要求2所述的手持双模式月壤取芯装置，其特征在于，还包括第二壳体，所述第二壳体内设置有两端呈敞口状的第二容置腔，所述第二壳体的一端固定连接在所述机架上，另一端伸入所述第一容置腔内，所述第二壳体套设在所述冲击机构外侧；

所述第二壳体上设置有第一长槽孔，所述第一长槽孔的长度方向与所述冲击方向一致，所述冲击件上设置有第一限位件，所述第一限位件的一端伸入所述第一长槽孔内。

8.如权利要求1-7任一项所述的手持双模式月壤取芯装置，其特征在于，所述第一壳体上设置有第二长槽孔，所述第二长槽孔的长度方向为所述冲击方向，所述承受件上设置有第二限位件，所述第二限位件一端伸入所述第二长槽孔内。

9.如权利要求1-7任一项所述的手持双模式月壤取芯装置，其特征在于，所述第二驱动结构包括：

第二旋转器，安装在所述机架上；

传动轴，连接所述第二旋转器，所述第二旋转器用于带动所述传动轴绕所述冲击方向转动；

传动齿轮，中部设置有第一通孔，所述传动轴穿过所述第一通孔，所述传动齿轮的内侧与所述传动轴连接；

驱动齿轮，与所述传动齿轮啮合，所述驱动齿轮中部设置有第二通孔，所述第一壳体穿过所述第二通孔，所述驱动齿轮的内侧与所述第一壳体连接。

10.如权利要求1-7任一项所述的手持双模式月壤取芯装置，其特征在于，所述振动结构包括：

第一振动件，一端固定连接所述第一驱动结构，另一端设置有第一齿部，所述第一齿部呈锯齿状，所述第一驱动结构用于带动所述第一振动件沿所述冲击方向转动；

第二振动件，一端固定连接所述承受件，另一端设置有与所述第一齿部相啮合的第二齿部，所述第二齿部呈锯齿状。

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