CN111122219A - 盘刀切削采样及样品袋拉绳送样式小行星表面星壤采样器 - Google Patents

Abstract

一种盘刀切削采样及样品袋拉绳送样式小行星表面星壤采样器，属于小行星探测采样技术领域。本发明解决了现有的行星表面星壤采样器缺少导向作用，使得所采样品的运动轨迹不易控制，样品收集效率低的问题。采样机构与样品容器通过送样管道连通，进尺机构通过送样管道带动采样机构实现直线进给运动，拉绳穿设在送样管道及样品容器内，送样管道的下端部穿设在罩体内且与罩体的顶部固接，样品袋的开口端向下设置且套设在送样管道的下端，样品袋的袋底部设置在送样管道内且与送样机构通过拉绳连接，样品袋的开口端设置有收紧绳索，且收紧绳索的另一端固接在罩体上，所述收紧绳索上加工有破断缺口。

Description

盘刀切削采样及样品袋拉绳送样式小行星表面星壤采样器

技术领域

本发明涉及一种盘刀切削采样及样品袋拉绳送样式小行星表面星壤采样器，属于小行星探测采样技术领域。

背景技术

小行星地质运动少，保留了较多太阳系早期信息，所以探测小行星并采集其表面星壤，对研究探索太阳系演变和生命起源具有重要的意义，同时也有助于在未来开发太空资源。小行星按其物质成分的不同分为碳质、硅质及金属质小行星，其硬度差异较大。小行星表面星壤状况复杂，岩石颗粒的粒径大小不一、形态各异，因此采样器需具有对不同星壤的适应能力。此外，小行星表面几乎没有引力，采样过程中，溅起样品的运动轨迹不易确定，难以收集，所以采样器在采样过程中要对样品进行引导。目前，国内外针对小行星采样所发射的探测器不多，暂时仅有日本的隼鸟1号探测器返回地球。采样过程中，该探测器内部的采样装置失效，仅探测器附着装置在与小行星表面接触的过程中粘黏了微量的颗粒并被带回地球。

发明内容

本发明是为了解决现有的行星表面星壤采样器缺少导向作用，使得所采样品的运动轨迹不易控制，样品收集效率低的问题，进而提供了一种盘刀切削采样及样品袋拉绳送样式小行星表面星壤采样器。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种盘刀切削采样及样品袋拉绳送样式小行星表面星壤采样器，它包括探测器主体以及支撑探测器主体的机械臂，它还包括送样管道、进尺机构、采样机构、返回舱、送样机构及样品容器，进尺机构以及返回舱分别固定在探测器主体上，所述样品容器及送样机构均设置在返回舱内，采样机构与样品容器通过送样管道连通，进尺机构通过送样管道带动采样机构实现直线进给运动，所述送样机构包括拉绳，所述采样机构包括样品袋、罩体、两个外转子储能电机、两个电机座及两个盘刀，两个外转子储能电机对应通过两个电机座固定在罩体内，两个盘刀对应同轴固接在两个外转子储能电机上，拉绳穿设在送样管道及样品容器内，送样管道的下端部穿设在罩体内且与罩体的顶部固接，样品袋的开口端向下设置且套设在送样管道的下端，样品袋的袋底部设置在送样管道内且与送样机构通过拉绳连接，样品袋的开口端设置有收紧绳索，且收紧绳索的另一端固接在罩体上，所述收紧绳索上加工有破断缺口。

进一步地，所述送样机构还包括丝母、丝杠、轴、卷筒、第一联轴器及送样电机，所述送样电机及所述丝母均固接在返回舱内，丝杠与丝母配合且丝杠沿其中心轴线方向开设有通孔，所述丝杠及所述卷筒首尾固接且均同轴穿设在轴上，所述轴与送样电机通过第一联轴器固接，拉绳上远离样品袋的一端部呈螺旋绕设在卷筒上。

进一步地，所述轴为花键轴，所述丝杠内部开设有与花键轴配合连接的花键孔。

进一步地，所述进尺机构包括滑轮架、进尺电机、第二联轴器、丝母、丝杠及若干对称设置的滑轮，其中进尺电机固装在探测器主体上，丝杠转动连接在探测器主体上，丝母与丝杠配合连接且固接在送样管道的侧壁，若干滑轮通过滑轮架转动设置在探测器主体上，且若干滑轮对称设置在送样管道的两侧。

进一步地，所述送样管道包括送样软管和送样刚管，其中送样刚管与样品容器通过送样软管连通，送样刚管上远离送样软管的一端与罩体连通，若干滑轮对称设置在送样刚管的两侧。

进一步地，两个盘刀关于送样管道中心轴线对称设置，且旋转方向为向内相对旋转。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

一、使用盘刀切削采样，适用于不同形状、粒径及硬度的小行星星壤，适应性强；

二、采用外转子储能电机驱动盘刀高速旋转，利用盘刀高速旋转时的大惯量进行切削，降低装置功耗；

三、采用样品袋收集样品及拉绳牵引送样的方案，有助于引导样品运动，提高样品收集率。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为采样机构的结构示意图；

图3为样品袋开口处收紧及绳索破断示意图；

图4为送样机构的结构示意图；

图5为进尺机构的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～5说明本实施方式，一种盘刀切削采样及样品袋拉绳送样式小行星表面星壤采样器，它包括探测器主体1以及支撑探测器主体1的机械臂6，其特征在于：它还包括送样管道、进尺机构4、采样机构5、返回舱7、送样机构8及样品容器9，进尺机构4以及返回舱7分别固定在探测器主体1上，所述样品容器9及送样机构8均设置在返回舱7内，采样机构5与样品容器9通过送样管道连通，进尺机构4通过送样管道带动采样机构5实现直线进给运动，所述送样机构8包括拉绳8‐5，所述采样机构5包括样品袋5‐1、罩体5‐2、两个外转子储能电机5‐4、两个电机座5‐3及两个盘刀5‐5，两个外转子储能电机5‐4对应通过两个电机座5‐3固定在罩体5‐2内，两个盘刀5‐5对应同轴固接在两个外转子储能电机5‐4上，拉绳8‐5穿设在送样管道及样品容器9内，送样管道的下端部穿设在罩体5‐2内且与罩体5‐2的顶部固接，样品袋5‐1的开口端向下设置且套设在送样管道的下端，样品袋5‐1的袋底部设置在送样管道内且与送样机构8通过拉绳8‐5连接，样品袋5‐1的开口端设置有收紧绳索5‐1‐1，且收紧绳索5‐1‐1的另一端固接在罩体5‐2上，所述收紧绳索5‐1‐1上加工有破断缺口5‐1‐2。探测器主体1通过机械臂6着陆于小行星表面。进尺机构4为盘刀5‐5提供切削进给力，盘刀5‐5高速旋转，切削星壤并扫起碎石。外转子储能电机5‐4驱动盘刀5‐5高速旋转，切削并扫起小行星表面的岩石。在罩体5‐2的引导作用下，样品进入样品袋5‐1内。样品袋5‐1开口处的收紧绳索5‐1‐1及破断缺口5‐1‐2，保证送样时样品袋5‐1口的收紧以及与罩体5‐2脱离。

样品袋5‐1套于送样管道的端口处，底端系上拉绳8‐5；样品袋5‐1开口端通过收紧绳索5‐1‐1系于罩体5‐2上部部，以保证样品袋5‐1在被牵引的过程中能被封口；收紧绳索5‐1‐1上设计有破断缺口5‐1‐2，以保证样品袋5‐1与罩体5‐2脱离。

罩体5‐2作流线型设计，具有引流导向作用。

样品袋为软袋。

本发明结构简单可靠、低功耗、采样效率高，能适应小行星复杂表面形貌及微引力环境。

所述送样机构8还包括第一丝母8‐1、第一丝杠8‐2、轴8‐3、卷筒8‐4、第一联轴器8‐6及送样电机8‐7，所述送样电机8‐7及所述第一丝母8‐1均固接在返回舱7内，第一丝杠8‐2与第一丝母8‐1配合且第一丝杠8‐2沿其中心轴线方向开设有通孔，所述第一丝杠8‐2及所述卷筒8‐4首尾固接且均同轴穿设在轴8‐3上，所述轴8‐3与送样电机8‐7通过第一联轴器8‐6固接，拉绳8‐5上远离样品袋5‐1的一端部呈螺旋绕设在卷筒8‐4上。送样电机8‐7驱动轴8‐3旋转，由于第一丝母8‐1固定，且卷筒8‐4与第一丝杠8‐2连接，在轴8‐3的驱动下，第一丝杠8‐2带动卷筒8‐4作螺旋运动，实现对拉绳8‐5的缠绕。在对拉绳8‐5的缠绕过程中，完成对样品的收集。卷筒8‐4上应有螺纹槽，以方便对拉绳8‐5进行缠绕

所述轴8‐3为花键轴，所述第一丝杠8‐2内部开设有与花键轴配合连接的花键孔。

所述进尺机构4包括滑轮架4‐2、进尺电机4‐6、第二联轴器4‐5、第二丝母4‐4、第二丝杠4‐3及若干对称设置的滑轮4‐1，其中进尺电机4‐6固装在探测器主体1上，第二丝杠4‐3转动连接在探测器主体1上，第二丝母4‐4与第二丝杠4‐3配合连接且固接在送样管道的侧壁，若干滑轮4‐1通过滑轮架4‐2转动设置在探测器主体1上，且若干滑轮4‐1对称设置在送样管道的两侧。滑轮架4‐2固定在探测器主体1上，滑轮4‐1的数量至少为两个。进尺电机4‐6驱动第二丝杠4‐3旋转，在滑轮4‐1的约束下，进尺电机4‐6通过第二丝杠4‐3、第二丝母4‐4带动送样管道作直线进给运动。第二丝母4‐4与送样管道可通过螺钉连接。滑轮4‐1应成对布置，固定在滑轮架4‐2上，且可布置多对以更好地保证送样管道作直线运动；进尺机构4驱动送样管道和采样机构5作直线进给运动，为采样机构5的采样提供切削压力。

所述送样管道包括送样软管2和送样刚管3，其中送样刚管3与样品容器9通过送样软管2连通，送样刚管3上远离送样软管2的一端与罩体5‐2连通，若干滑轮4‐1对称设置在送样刚管3的两侧。送样软管2与样品容器9连接，送样软管2保证送样刚管3具有运动自由度；送样刚管3与罩体5‐2连接，并被置于进尺机构4上，保证进给刚度。送样刚管3做竖直方向的直线运动。

两个盘刀5‐5关于送样管道中心轴线对称设置，且旋转方向为向内相对旋转。两个盘刀5‐5对称向内高速旋转，以扫起碎石。

工作原理：

探测器主体1通过机械臂6着陆于小行星表面后，可开始进行采样任务。外转子储能电机5‐4驱动盘刀5‐5高速旋转，达到一定转速后，外转子储能电机5‐4暂停工作。进尺电机4‐6驱动第二丝杠4‐3旋转，在滑轮4‐1的约束下，送样刚管3和采样机构5作直线进给运动。此时，盘刀5‐5切削小行星表面的岩石并将碎石扫起，在罩体5‐2的引导作用下，样品进入样品袋5‐1。采样时间到达后，送样机构8开始工作。送样电机8‐7驱动轴8‐3旋转，由于第一丝母8‐1固定，在轴8‐3的驱动下，第一丝杠8‐2作旋转直线运动，与之相连的卷筒8‐4同样作旋转直线运动，实现卷筒8‐4对拉绳8‐5的缠绕，样品沿着送样管道进入样品容器9。

Claims (6)

1.一种盘刀切削采样及样品袋拉绳送样式小行星表面星壤采样器，它包括探测器主体(1)以及支撑探测器主体(1)的机械臂(6)，其特征在于：它还包括送样管道、进尺机构(4)、采样机构(5)、返回舱(7)、送样机构(8)及样品容器(9)，进尺机构(4)以及返回舱(7)分别固定在探测器主体(1)上，所述样品容器(9)及送样机构(8)均设置在返回舱(7)内，采样机构(5)与样品容器(9)通过送样管道连通，进尺机构(4)通过送样管道带动采样机构(5)实现直线进给运动，所述送样机构(8)包括拉绳(8‐5)，所述采样机构(5)包括样品袋(5‐1)、罩体(5‐2)、两个外转子储能电机(5‐4)、两个电机座(5‐3)及两个盘刀(5‐5)，两个外转子储能电机(5‐4)对应通过两个电机座(5‐3)固定在罩体(5‐2)内，两个盘刀(5‐5)对应同轴固接在两个外转子储能电机(5‐4)上，拉绳(8‐5)穿设在送样管道及样品容器(9)内，送样管道的下端部穿设在罩体(5‐2)内且与罩体(5‐2)的顶部固接，样品袋(5‐1)的开口端向下设置且套设在送样管道的下端，样品袋(5‐1)的袋底部设置在送样管道内且与送样机构(8)通过拉绳(8‐5)连接，样品袋(5‐1)的开口端设置有收紧绳索(5‐1‐1)，且收紧绳索(5‐1‐1)的另一端固接在罩体(5‐2)上，所述收紧绳索(5‐1‐1)上加工有破断缺口(5‐1‐2)。

2.根据权利要求1所述的盘刀切削采样及样品袋拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：所述送样机构(8)还包括第一丝母(8‐1)、第一丝杠(8‐2)、轴(8‐3)、卷筒(8‐4)、第一联轴器(8‐6)及送样电机(8‐7)，所述送样电机(8‐7)及所述第一丝母(8‐1)均固接在返回舱(7)内，第一丝杠(8‐2)与第一丝母(8‐1)配合且第一丝杠(8‐2)沿其中心轴线方向开设有通孔，所述第一丝杠(8‐2)及所述卷筒(8‐4)首尾固接且均同轴穿设在轴(8‐3)上，所述轴(8‐3)与送样电机(8‐7)通过第一联轴器(8‐6)固接，拉绳(8‐5)上远离样品袋(5‐1)的一端部呈螺旋绕设在卷筒(8‐4)上。

3.根据权利要求2所述的盘刀切削采样及样品袋拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：所述轴(8‐3)为花键轴，所述第一丝杠(8‐2)内部开设有与花键轴配合连接的花键孔。

4.根据权利要求2或3所述的盘刀切削采样及样品袋拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：所述进尺机构(4)包括滑轮架(4‐2)、进尺电机(4‐6)、第二联轴器(4‐5)、第二丝母(4‐4)、第二丝杠(4‐3)及若干对称设置的滑轮(4‐1)，其中进尺电机(4‐6)固装在探测器主体(1)上，第二丝杠(4‐3)转动连接在探测器主体(1)上，第二丝母(4‐4)与第二丝杠(4‐3)配合连接且固接在送样管道的侧壁，若干滑轮(4‐1)通过滑轮架(4‐2)转动设置在探测器主体(1)上，且若干滑轮(4‐1)对称设置在送样管道的两侧。

5.根据权利要求4所述的盘刀切削采样及样品袋拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：所述送样管道包括送样软管(2)和送样刚管(3)，其中送样刚管(3)与样品容器(9)通过送样软管(2)连通，送样刚管(3)上远离送样软管(2)的一端与罩体(5‐2)连通，若干滑轮(4‐1)对称设置在送样刚管(3)的两侧。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的盘刀切削采样及样品袋拉绳送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：两个盘刀(5‐5)关于送样管道中心轴线对称设置，且旋转方向为向内相对旋转。

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