CN117686248B - 一种地外天体样品自动采集封装装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及深空资源探测技术领域，具体而言，涉及一种地外天体样品自动采集封装装置及方法，所述装置包括底座支架、盖体组件、电连接器、提拉旋转组件、进样漏斗、电机组件以及样品罐体，其中：样品罐体设置在底座支架的内部；盖体组件扣合在样品罐体的上方，与样品罐体的罐口密封装配；电连接器包括第一电连接器、第二电连接器以及第三电连接器；提拉旋转组件的顶端通过第一连接杆和弹簧与第二电连接器连接，通过第二连接杆与进样漏斗连接；电机组件固定在底座支架上方的侧壁上，并与提拉旋转组件的底端连接。本申请能够在地外天体的极端环境条件下，实现对地外天体气体样品和固体样品的自动采集和密封，保证采集封装样品的真实性。

Description

一种地外天体样品自动采集封装装置及方法

技术领域

本申请涉及深空资源探测技术领域，具体而言，涉及一种地外天体样品自动采集封装装置及方法。

背景技术

火星是太阳系里与地球最为相似且距离较近的行星，探测火星、了解火星及其他地外天体的起源和演化，有助于人类进一步认识地球和太阳系的形成和演化，获取地外天体地质信息、探明地外天体资源分布并加以利用。

因此，需要对地外天体土壤和气体样品进行采样，进行原位分析或将样品带回地球进行分析，现有技术中，并没有较好的装置能够实现在地外天体的极端环境下，完成对地外天体固体样品和气体样品的自动采集与密封，并且也无法确保采集样品的保真性。

发明内容

本申请提供了一种地外天体样品自动采集封装装置及方法，能够在地外天体的极端环境条件下完成样品的采集、承接以及密封，确保返回样品的保真性。

为了实现上述目的，本申请提供了一种地外天体样品自动采集封装装置，包括底座支架、盖体组件、电连接器、提拉旋转组件、进样漏斗、电机组件、样品罐体、振动压实机构以及称量机构，其中：样品罐体设置在底座支架的内部，通过火工拔销器与底座支架连接；盖体组件扣合在样品罐体的上方，与样品罐体的罐口装配连接；盖体组件的顶端设置有凹形环，底端设置有装配密封结构，内部设置有自锁结构、引气结构以及密封腔室；电连接器包括第一电连接器、第二电连接器以及第三电连接器；第一电连接器设置在底座支架下方的侧壁上；第二电连接器设置在盖体组件的正上方，与盖体组件之间进行机械分离连接；提拉旋转组件的顶端一方面通过第一连接杆和弹簧与第二电连接器连接，另一方面通过第二连接杆与进样漏斗连接；电机组件固定在底座支架上方的侧壁上，并与提拉旋转组件的底端连接；第三电连接器设置在电机组件的底部；振动压实机构设置在底座支架的内部底端，位于样品罐体整体的下方；称量机构环绕振动压实机构设置，用于对样品罐体内部的样品重量进行称量。

进一步的，引气结构包括气体电磁阀和气体标准管，其中：气体电磁阀与密封腔室的进气口连接，用于控制密封腔室的开启与关闭；气体标准管用于采集地球的气体以及地球到地外天体运行过程中的气体。

进一步的，提拉旋转组件通过第一连接杆、弹簧以及第二电连接器控制盖体组件进行升降和旋转，通过第二连接杆控制进样漏斗进行升降和旋转。

进一步的，进样漏斗的直径大于样品罐体罐口的直径。

此外，本申请还提供了一种利用地外天体样品自动采集封装装置的方法，包括如下步骤：步骤1：控制第一电连接器通电，火工拔销器工作，将样品罐体锁定在底座支架的内部；步骤2：控制第三电连接器通电，电机组件工作，驱动提拉旋转组件上升；步骤3：提拉旋转组件通过第一连接杆、弹簧以及第二电连接器会带动盖体组件上升，实现盖体组件与样品罐体的分离，同时，提拉旋转组件会通过第二连接杆带动进样漏斗上升，使进样漏斗的底部与样品罐体的罐口平行；步骤4：控制气体电磁阀，通过盖体组件采集地外天体的气体样品，并将气体样品储存到盖体组件的密封腔室内部；步骤5：驱动提拉旋转组件进行旋转，进样漏斗和盖体组件会同时进行转动，使进样漏斗旋转至样品罐体的正上方，地外天体固体样品通过进样漏斗进入样品罐体的内部；步骤6：启动振动压实机构和称量机构，将样品罐体内部采集到的地外天体固体样品振动压实，并通过称量机构对固体样品进行称量；步骤7：当重量满足采集要求后，驱动提拉旋转组件逆向转动，同时带动进样漏斗和盖体组件一起转动，使盖体组件转回到样品罐体的正上方；步骤8：驱动提拉旋转组件下降，使盖体组件与样品罐体的罐口接触，并且通过自锁结构，实现盖体组件与样品罐体的装配连接；步骤9：控制第二电连接器，使第二电连接器与盖体组件分离，盖体组件与下方的样品罐体装配在一起，并且整体固定在底座支架的内部；步骤10：驱动提拉旋转组件上升，进样漏斗和第二电连接器同步上升，上升一段距离后，驱动提拉旋转组件旋转，当旋转至底座支架位于进样漏斗与第二电连接器之间时，停止旋转；步骤11：控制第一电连接器，打开火工拔销器，利用空间机械手抓取盖体组件顶端的凹形环，将盖体组件与样品罐体装配后的容器整体从底座支架内部取出，实现地外天体样品的自动采集和封装。

本发明提供的一种地外天体样品自动采集封装装置及方法，具有以下有益效果：

本申请结构简单，使用方便，能够在地外天体的极端环境条件下，实现对地外天体气体样品和固体样品的自动采集和密封，保证采集封装样品的真实性，有利于对地外天体火壤和气体成分的科学分析及研究。

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地外天体样品自动采集封装装置的示意图；

图2是根据本申请实施例提供的地外天体样品自动采集封装装置的侧视剖视图；

图3是根据本申请实施例提供的地外天体样品自动采集封装装置的进样漏斗采集样品的示意图；

图4是根据本申请实施例提供的地外天体样品自动采集封装装置的完成样品采集封装的示意图；

图中：1-底座支架、11-火工拔销器、2-盖体组件、21-气体电磁阀、22-气体标准管、31-第一电连接器、32-第二电连接器、33-第三电连接器、4-提拉旋转组件、41-第一连接杆、42-弹簧、43-第二连接杆、5-进样漏斗、6-电机组件、7-样品罐体、8-振动压实机构、9-称量机构。

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。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请提供了一种地外天体样品自动采集封装装置，包括底座支架1、盖体组件2、电连接器、提拉旋转组件4、进样漏斗5、电机组件6、样品罐体7、振动压实机构8以及称量机构9，其中：样品罐体7设置在底座支架1的内部，通过火工拔销器11与底座支架1连接；盖体组件2扣合在样品罐体7的上方，与样品罐体7的罐口密封装配；电连接器包括第一电连接器31、第二电连接器32以及第三电连接器33；第一电连接器31设置在底座支架1下方的侧壁上；第二电连接器32设置在盖体组件2的正上方，与盖体组件2为机械分离连接；提拉旋转组件4的顶端一方面通过第一连接杆41和弹簧42与第二电连接器32连接，另一方面通过第二连接杆43与进样漏斗5连接；电机组件6固定在底座支架1上方的侧壁上，并与提拉旋转组件4的底端连接；第三电连接器33设置在电机组件6的底部；振动压实机构8设置在底座支架1的内部底端，位于样品罐体7整体的下方；称量机构9环绕振动压实机构8设置，用于对样品罐体7内部的样品重量进行称量。

具体的，本申请实施例提供的地外天体样品自动采集封装装置主要用于自动采集地外天体环境条件下的气体样品和固体样品，并且能够对采集到的样品直接进行密封保存，保证了样品采集的真实性。其中，底座支架1起到固定支撑的作用，主要用于放置样品罐体7；盖体组件2一方面用于吸取储存地外天体气体样品，一方面起到密封保存的作用，整体为圆台型，设置在样品罐体7的罐口处，与其进行密封装配连接；电连接器主要起到供电和控制的作用；提拉旋转组件4通过第一连接杆41、弹簧42以及第二电连接器32与盖体组件2连接，通过第二连接杆43与进样漏斗5连接，在样品采集封装的过程中，用于带动盖体组件2和进样漏斗5整体进行升降移动以及旋转转动；进样漏斗5用于地外天体固体样品进入样品罐体7内部，采集过程中，通过提拉旋转组件4的控制，进样漏斗5整体会旋转移动到样品罐体7的上方，从而使大量的地外天体固体样品快速的进入样品罐体7内部；电机组件6主要用于控制提拉旋转组件4的升降和旋转；样品罐体7主要用于封装储存地外天体固体样品，并与盖体组件2进行装配，样品采集封装完成后，样品罐体7和盖体组件2共同组成胶囊形状的封装容器，实现地外天体气体样品和固体样品的采集封装储存。

更具体的，在本申请实施例中，电连接器与外界控制系统连接，用于对装置的各个结构进行相应的控制。第一电连接器31主要用于对底座支架1上面的机构进行供电控制，通过第一电连接器31能够实现对火工拔销器11的控制，火工拔销器11设置在底座支架1的顶部，通过通断电可以实现火工拔销器11输出轴的伸出与回缩，进而实现对样品罐体7与底座支架1之间锁定和解锁的控制，保证样品罐体7能够稳定的固定在底座支架1的内部；第二电连接器32为可分离连接器，设置在盖体组件2的正上方，与盖体组件2为机械分离连接，采集封装前，第二电连接器32与盖体组件2连接，采集封装过程中，提拉旋转组件4通过第一连接杆41和弹簧42能够控制第二电连接器32和盖体组件2整体进行升降和旋转，采集封装完成后，第二电连接器32与盖体组件2断开，盖体组件2会固定在样品罐体7的上方，与样品罐体7装配在一起，而第二电连接器32则在提拉旋转组件4的带动下，独自进行升降与旋转；第三电连接器33设置在电机组件6的底部，用于对电机组件6进行供电与控制，进而实现对提拉旋转组件4升降和旋转的控制。

进一步的，盖体组件2的顶端设置有凹形环，底端设置有装配密封结构，内部设置有自锁结构、引气结构以及密封腔室。盖体组件2一方面用于吸取储存地外天体气体样品，另一方面与样品罐体7配合，起到封装保存固体样品的作用；盖体组件2顶端设置有凹形环，便于和后续的空间机械手对接，当样品采集封装完成后，可以控制空间机械手抓取凹形环，实现整体封装容器的移动运送；盖体组件2底端圆周面上设置有金属和橡胶密封结构，用于和样品罐体7罐口进行密封对接；内部设置有自锁结构，可以使盖体组件2整体牢牢的密封固定在样品罐体7的上方，实现盖体组件2对样品罐体7的锁紧装配。

进一步的，如图2所示，引气结构包括气体电磁阀21和气体标准管22，其中：气体电磁阀21与密封腔室的进气口连接，用于控制密封腔室的开启与关闭；气体标准管用于采集地球的气体以及地球到地外天体运行过程中的气体。盖体组件2通过气体电磁阀21和密封腔室的配合，还能够实现对地外天体气体样品的采集和密封储存，气体电磁阀21与密封腔室的进气口连接，当到达地外天体时，控制气体电磁阀21打开密封腔室的进气口，采集地外天体气体样品，一段时间后，控制气体电磁阀21关闭密封腔室的进气口，这样地外天体气体样品就会密封储存在盖体组件2的密封腔室内部；而气体标准管22整体设置在盖体组件2的内部，其开关口设置在盖体组件2的外壁上，是独立的气体采集储存结构，主要用于采集地球气体和地球到火星（或其他地外天体）降落过程中的气体，将此过程中采集的气体作为对比气体，与密封腔室内部采集的气体样品进行对比，就能够得到地外天体气体样品被地球气体或者其他气体（如着陆器降过过程中羽流的影响）的污染程度。

进一步的，提拉旋转组件4通过第一连接杆41、弹簧42以及第二电连接器32控制盖体组件2进行升降和旋转，通过第二连接杆43控制进样漏斗5进行升降和旋转。提拉旋转组件4设置在中间位置，位于电机组件6的正上方，与电机组件6连接，受电机组件6的控制；而盖体组件2设置在提拉旋转组件4的一侧，进样漏斗5设置在提拉旋转组件4的另一侧；在进行样品采集封装的过程中，通过驱动提拉旋转组件4，能够实现对盖体组件2和进样漏斗5升降和旋转的控制。

进一步的，样品罐体7的下方设置有振动压实机构8，振动压实机构8根据实际情况通过第一电连接器31与外界控制系统连接，用于对进入样品罐体7内部的样品进行振动压实，进入样品罐体7内部的固体样品会被振动荡平，使得固体样品变得更加结实牢固，从而能够采集更多的样品。

进一步的，称量机构9整体环绕振动压实机构8设置，位于样品罐体7的正下方，用于对样品罐体7内部的样品重量进行称量，根据实际情况通过第一电连接器31与外界控制系统连接；当采集的样品重量达到预设的重量时，装置整体就会停止采集，然后进行后续过程，对样品罐体7内的样品进行封装。

进一步的，进样漏斗5的直径大于样品罐体7罐口的直径。进样漏斗5主要起到导向的作用，使地外天体固体样品沿进样漏斗5能够快速的进入下方的样品罐体7中；并且由于火星或者其他地外天体上有大风等恶劣条件，容易将固体样品吹撒到样品罐体7与底座支架1之间的缝隙处，从而造成样品罐体7在振动时的卡滞，影响正常使用，而设置进样漏斗5则能够避免固体样品被吹撒情况的发生。

此外，本申请实施例还提供了一种利用地外天体样品自动采集封装装置的方法，包括如下步骤：

步骤1：控制第一电连接器31通电，火工拔销器11工作，将样品罐体7锁定在底座支架1的内部；

步骤2：控制第三电连接器33通电，电机组件6工作，驱动提拉旋转组件4上升；

步骤3：提拉旋转组件4通过第一连接杆41、弹簧42以及第二电连接器32会带动盖体组件2上升，实现盖体组件2与样品罐体7的分离，同时，提拉旋转组件4会通过第二连接杆43带动进样漏斗5上升，使进样漏斗5的底部与样品罐体7的罐口平行；

步骤4：控制气体电磁阀21，通过盖体组件2采集地外天体的气体样品，并将气体样品储存到盖体组件2的密封腔室内部；

步骤5：驱动提拉旋转组件4进行旋转，进样漏斗5和盖体组件2会同时进行转动，使进样漏斗5旋转至样品罐体7的正上方，如图3所示，地外天体固体样品通过进样漏斗5进入样品罐体7的内部；

步骤6：启动振动压实机构8和称量机构9，将样品罐体7内部采集到的地外天体固体样品振动压实，并通过称量机构9对固体样品进行称量；

步骤7：当重量满足采集要求后，驱动提拉旋转组件4逆向转动，同时带动进样漏斗5和盖体组件2一起转动，使盖体组件2转回到样品罐体7的正上方；

步骤8：驱动提拉旋转组件4下降，使盖体组件2与样品罐体7的罐口接触，并且通过自锁结构，实现盖体组件2与样品罐体7的装配连接；

步骤9：控制第二电连接器32，使第二电连接器32与盖体组件2分离，盖体组件2与下方的样品罐体7装配在一起，并且整体固定在底座支架1的内部；

步骤10：驱动提拉旋转组件4上升，进样漏斗5和第二电连接器32同步上升，上升一段距离后，驱动提拉旋转组件4旋转，当旋转至底座支架1位于进样漏斗5与第二电连接器32之间时，停止旋转，如图4所示；

步骤11：控制第一电连接器31，打开火工拔销器11，利用空间机械手抓取盖体组件2顶端的凹形环，将盖体组件2与样品罐体7装配后的容器整体从底座支架1内部取出，实现地外天体样品的自动采集和封装。

具体的，本申请通过设置驱动提拉旋转组件4，实现了盖体组件2与进样漏斗5的快速升降和旋转切换，将地外天体样品的采集与封装集成在一个装置上，通过将盖体组件2与样品罐体7的装配和密封，组成胶囊形状的封装容器，实现了对地外天体气体样品和固体样品的同时采集封装，并且还兼具振动压实和重量测量的功能，保证了采集封装样品的真实性，有利于后续对地外天体火壤和气体成分的科学分析及研究。

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 (5)

1.一种地外天体样品自动采集封装装置，其特征在于，包括底座支架、盖体组件、电连接器、提拉旋转组件、进样漏斗、电机组件、样品罐体、振动压实机构以及称量机构，其中：

所述样品罐体设置在所述底座支架的内部，通过火工拔销器与所述底座支架连接；

所述盖体组件扣合在所述样品罐体的上方，与所述样品罐体的罐口装配连接；所述盖体组件的顶端设置有凹形环，底端设置有装配密封结构，内部设置有自锁结构、引气结构以及密封腔室；

所述电连接器包括第一电连接器、第二电连接器以及第三电连接器；

所述第一电连接器设置在所述底座支架下方的侧壁上；

所述第二电连接器设置在所述盖体组件的正上方，与所述盖体组件之间进行机械分离连接；

所述提拉旋转组件的顶端一方面通过第一连接杆和弹簧与所述第二电连接器连接，另一方面通过第二连接杆与所述进样漏斗连接；

所述电机组件固定在所述底座支架上方的侧壁上，并与所述提拉旋转组件的底端连接；

所述第三电连接器设置在所述电机组件的底部；

所述振动压实机构设置在所述底座支架的内部底端，位于所述样品罐体整体的下方；

所述称量机构环绕所述振动压实机构设置，用于对所述样品罐体内部的样品重量进行称量。

2.根据权利要求1所述的地外天体样品自动采集封装装置，其特征在于，所述引气结构包括气体电磁阀和气体标准管，其中：

所述气体电磁阀与所述密封腔室的进气口连接，用于控制所述密封腔室的开启与关闭；

所述气体标准管用于采集地球的气体以及地球到地外天体运行过程中的气体。

3.根据权利要求1所述的地外天体样品自动采集封装装置，其特征在于，所述提拉旋转组件通过第一连接杆、弹簧以及第二电连接器控制所述盖体组件进行升降和旋转，通过第二连接杆控制所述进样漏斗进行升降和旋转。

4.根据权利要求1所述的地外天体样品自动采集封装装置，其特征在于，所述进样漏斗的直径大于所述样品罐体罐口的直径。

5.一种利用权利要求2所述的地外天体样品自动采集封装装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：控制第一电连接器通电，火工拔销器工作，将样品罐体锁定在底座支架的内部；

步骤2：控制第三电连接器通电，电机组件工作，驱动提拉旋转组件上升；

步骤3：提拉旋转组件通过第一连接杆、弹簧以及第二电连接器会带动盖体组件上升，实现盖体组件与样品罐体的分离，同时，提拉旋转组件会通过第二连接杆带动进样漏斗上升，使进样漏斗的底部与样品罐体的罐口平行；

步骤4：控制气体电磁阀，通过盖体组件采集地外天体的气体样品，并将气体样品储存到盖体组件的密封腔室内部；

步骤5：驱动提拉旋转组件进行旋转，进样漏斗和盖体组件会同时进行转动，使进样漏斗旋转至样品罐体的正上方，地外天体固体样品通过进样漏斗进入样品罐体的内部；

步骤6：启动振动压实机构和称量机构，将样品罐体内部采集到的地外天体固体样品振动压实，并通过称量机构对固体样品进行称量；

步骤7：当重量满足采集要求后，驱动提拉旋转组件逆向转动，同时带动进样漏斗和盖体组件一起转动，使盖体组件转回到样品罐体的正上方；

步骤8：驱动提拉旋转组件下降，使盖体组件与样品罐体的罐口接触，并且通过自锁结构，实现盖体组件与样品罐体的装配连接；

步骤9：控制第二电连接器，使第二电连接器与盖体组件分离，盖体组件与下方的样品罐体装配在一起，并且整体固定在底座支架的内部；

步骤10：驱动提拉旋转组件上升，进样漏斗和第二电连接器同步上升，上升一段距离后，驱动提拉旋转组件旋转，当旋转至底座支架位于进样漏斗与第二电连接器之间时，停止旋转；

步骤11：控制第一电连接器，打开火工拔销器，利用空间机械手抓取盖体组件顶端的凹形环，将盖体组件与样品罐体装配后的容器整体从底座支架内部取出，实现地外天体样品的自动采集和封装。