着陆器所用的仿生采样铲的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种着陆器所用的仿生采样铲，是由微型直线电机、螺纹动力传输杆、推土板和主铲体组成，微型直线电机与螺纹动力传输杆连接，推土板是由外螺纹杆、板壁和板缘壁组成，外螺纹杆固定在板壁上，板壁的周边具有板缘壁，外螺纹杆通过螺纹与螺纹动力传输杆连接，推土板在采样铲内工作，推土板的板缘壁为斜面结构；主铲体是由引导槽板、限位凸台、铲壳、铲斗侧板、铲斗底面、弧顶和斜面组成，铲斗底面上设置引导槽板，引导槽板的后面设置限位凸台，主铲体的前部两则具有铲斗侧板，铲壳内部底面具有斜面，本发明将喜玛拉雅旱獭爪趾曲线应用到铲斗底面和铲斗侧边板上，使其触土、切土方面具有优良的力学性能。
【专利说明】着陆器所用的仿生采样铲
【技术领域】
[0001]本发明属于深空资源探测领域，一种应用于月球、火星等地外行星探测方面的着陆器所用的仿生采样铲。
【背景技术】
[0002]深空探测意义重大，不仅可以解答地球起源与演变、行星和太阳系的形成和演化、是否有适合人类居住的另外星球等一系列问题，同时有利于人类积极开发和利用空间资源。在大量的地外探索中，由于科技与成本的限制，各国普遍使用无人着陆器进行探测。在我国正在进行的和即将进行的探月工程和探索火星的研究中，都对无人取样技术做出了要求。
[0003]着陆器采样铲在地外星球工作时，受到着陆地点的限制，工作环境复杂，采样铲面对工作受力不均，效率不高，在复杂工况时，采样铲可能会失效的难题。而铲面结构对于挖掘铲受力影响很大。研究发现，某些土壤动物如穿山甲、喜玛拉雅旱獭等进化出发达的挖掘足，具有非常强的挖掘本领，成为地面机械挖掘、切土等触土部件仿生设计的基础。同时，采样铲作为着陆器携带的关键设备之一，其受力与效率直接影响着陆器工作与功能消耗。但在传统采样铲中，普遍存在着采样铲效率不高、不能够为着陆器分析仪器提供定量的土壤样品，采样铲内土壤不能够顺利清出的问题，这些问题严重制约着着陆器的工作效率与能耗，同时也影响着陆器的寿命，因此解决上述问题，对于我国着陆器采样研究具有重大的意义。
【发明内容】
[0004]本发明目的是提供一种基于喜玛拉雅旱獭爪趾结构的着陆器所用的仿生采样铲，本发明能够为进入分析仪器的土样进行引导，并在执行完任务后将铲内土壤及时清空。本发明以喜玛拉雅旱獭爪趾结构为原形，将爪趾结构应用到采样铲的结构设计上，优化采样铲铲面结构，以达到采样铲减阻、高效的目的。
[0005]本发明是由微型直线电机、螺纹动力传输杆、推土板和主铲体组成,微型直线电机与螺纹动力传输杆连接，推土板是由外螺纹杆、板壁和板缘壁组成，外螺纹杆固定在板壁上，板壁的周边具有板缘壁，外螺纹杆通过螺纹与螺纹动力传输杆连接，推土板板壁和板缘壁位于主铲体内，外螺纹杆从主铲体的通孔中露出，推土板的板缘壁为斜面结构；主铲体是由引导槽板、限位凸台、铲壳、铲斗侧板、铲斗底面、弧顶和斜面组成，铲斗底面上设置引导槽板，引导槽板的后面设置限位凸台，主铲体的前部两则具有铲斗侧板，铲壳内部底面具有斜面，本发明将喜玛拉雅旱獭爪趾曲线应用到铲斗底面和铲斗侧边板上；
[0006]所述铲斗底面曲线方程为:
[0007]y=0.0512x2-0.4602x+0.0594 ；
[0008]其中0〈x〈35mm，以p点为坐标原点，p点是铲斗底面与铲壳底面接触点，，垂直于铲身指向铲内为y轴正方向；平行于铲身指向铲尖为X轴正向；y为垂直铲口方向的高度距离。
[0009]所述铲斗侧板的曲线方程为:
[0010]f =0.0492x，2-0.462x，+0.1467;
[0011]其中0〈x’ <50mm,以q点为坐标原点，q点是伊斗侧板与伊壳顶面接触点，垂直于铲身指向铲内为X’轴正方向；平行于铲身指向铲尖为I，轴正向。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0013]本发明利用喜玛拉雅旱獭爪趾的优良结构对采样铲铲斗底面以及铲斗侧板进行仿生学设计优化，使其触土、切土方面具有优良的力学性能，其次对于采样铲内部的结构进行改进，使其具有引导土样进入科学仪器的功能；其次，设置了推土板，不仅能够保证推土板内不会发生堵土的现象，同时通过推土板的运动能够保证土体能够有效的排出采样铲铲体；采用直线电机驱动，避免了复杂的传动和转换机构，降低了功率的损失、减少了空间的占用。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的立体示意图。
[0015]图2为本发明的剖视图。
[0016]图3为本发明的推土板立体示意图。
[0017]图4为本发明的侧视即局部剖视图。
[0018]图5为本发明的主铲体立体示意图。
[0019]图6为本发明的主铲体局部剖视图。
[0020]其中:1_微型直线电机；2_螺纹动力传输杆；3_推土板；4_主铲体；5-板壁；6-外螺纹杆；7-板缘壁；8-引导槽板；9-限位凸台；10-铲壳；11-铲斗侧板；12-铲斗底面；13-弧顶；14-斜面。
【具体实施方式】
[0021]请参阅图1至图6所示，本发明是由微型直线电机1、螺纹动力传输杆2、推土板3和主铲体4组成，微型直线电机I与螺纹动力传输杆2连接，推土板3是由外螺纹杆6、板壁5和板缘壁7组成，外螺纹杆6固定在板壁5上，板壁5的周边具有板缘壁7，外螺纹杆5通过螺纹与螺纹动力传输杆2连接，推土板3板壁5和板缘壁7位于主铲体4内，外螺纹杆6从主铲体4的通孔15中露出，推土板3的板缘壁7为斜面结构A ;主铲体4是由引导槽板
8、限位凸台9、铲壳10、铲斗侧板11、铲斗底面12、弧顶13和斜面14组成，铲斗底面12上设置引导槽板8，引导槽板8的后面设置限位凸台9，主铲体4的前部两则具有铲斗侧板11，铲壳10内部底面具有斜面14，
[0022]如图6所示，所述铲斗底面12曲线方程为:
[0023]y=0.0512x2-0.4602x+0.0594 ；
[0024]其中0〈x〈35mm，以p点为坐标原点，p点是铲斗底面12与铲壳10底面接触点，垂直于铲身指向铲内为y轴正方向；平行于铲身指向铲尖为X轴正向；y为垂直铲口方向的高度距离。
[0025]所述铲斗侧板的曲线方程为:[0026]y，=0.0492x，2_0.462x，+0.1467;
[0027]其中0〈x’ <50mm,以q点为坐标原点，q点是铲斗侧板11与铲壳10顶面接触点，垂直于铲身指向铲内为X’轴正方向；平行于铲身指向铲尖为I，轴正向。
[0028]铲斗底面12曲线方程的曲线生成的铲斗底面12能够减少挖土阻力，使土体能够顺利的进入采样铲；
[0029]铲斗侧板11的曲线方的曲线生成的铲斗侧板11起到切土的作用；
[0030]引导槽板8能形成一个槽，引导槽的作用主要是在排出土体时，为一定量的土体提供引导使其顺利的进入的着陆器的相关仪器的入土口；
[0031]限位凸台9的作用是限制推土板3在主铲体4内的位移；
[0032]本实施例中，推土板3的最大位移为40mm，这样设计主要起到保护作用；
[0033]弧顶13能够改善铲体与土样的相互作用，改善受力状态；
[0034]斜面14在土样进入铲体内部时进行光滑过度，降低土体在铲内受力，并且
[0035]能够避免壅土的发生。
[0036]本发明的工作过程和原理是:
[0037]本发明安装在着陆器的机械臂末端上进行工作，动力来自于着陆器的太阳能电池或者核动力装置提供；
[0038]微型直线电机I通过螺纹螺杆与螺纹动力传输杆2相配合；螺纹动力传输杆2通过螺纹与推土板3的外螺纹杆6相连接，即实现了与整个推土板3的配合；推土板3主体则在仿生采样铲主铲体4内。其动力传输过程如下:微型直线电机I所需要的电能需要着陆器进行提供；微型直线电机I带动螺纹动力传输杆2和推土板3的外螺纹杆6作往复直线运动；在向前运动时，推土板在主铲体4内向前运动，实现向外推土的功能；向后运动时，推土板3在主铲体4内向后运动，实现回收的功能。因为采样铲主铲体是在机械臂的末端进行作业，所以可以实现推土板与主铲体4的相对运动。
[0039]因此本发明通过将喜玛拉雅旱獭爪趾的特征结构应用到采样铲上，改善采样过程中的受力。设计直线电机驱动的推土板的设计能够解决着陆器采样铲在工作时的不能够清土的问题，而且通过限位凸台9的设计保证了设备的安全性；同时，结合平铲和铲斗形式优化了采样铲的结构，增加了引导槽板8，便于土体能够顺利的进入着陆器的仪器中。
【权利要求】
1.一种着陆器所用的仿生采样铲，特征在于:是由微型直线电机(I)、螺纹动力传输杆(2)、推土板(3)和主铲体(4)组成，微型直线电机(I)与螺纹动力传输杆(2)连接，推土板(3)是由外螺纹杆(6)、板壁(5)和板缘壁(7)组成，外螺纹杆(6)固定在板壁(5)上，板壁(5)的周边具有板缘壁(7)，外螺纹杆(5)通过螺纹与螺纹动力传输杆(2)连接，推土板(3)板壁(5)和板缘壁(7)位于主铲体(4)内，外螺纹杆(6)从主铲体(4)的通孔(15)中露出，推土板(3)的板缘壁(7)为斜面结构(A);主铲体(4)是由引导槽板(8)、限位凸台(9)、铲壳(10)、铲斗侧板(11 )、铲斗底面(12)、弧顶(13)和斜面(14)组成，铲斗底面(12)上设置引导槽板(8)，引导槽板(8)的后面设置限位凸台(9)，主铲体(4)的前部两则具有铲斗侧板(11)，铲壳(10)内部底面具有斜面(14)； 所述铲斗底面(12)曲线方程为: y=0.0512x2-0.4602x+0.0594 其中0〈x〈35mm，以p点为坐标原点，p点是铲斗底面(12)与铲壳(10)底面接触点，垂直于铲身指向铲内为y轴正方向；平行于铲身指向铲尖为X轴正向；y为垂直铲口方向的高度距离； 所述铲斗侧板的曲线方程为: f =0.0492x’ 2-0.462x’ +0.1467 其中0〈x’ <50mm,以q点为坐标原点，q点是伊斗侧板(11)与伊壳(10)顶面接触点，垂直于铲身指向铲内为X’轴正方向；平行于铲身指向铲尖为I，轴正向。
【文档编号】G01N1/04GK103499464SQ201310491394
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月19日 优先权日:2013年10月19日
【发明者】邹猛, 张荣荣, 刘国敏, 魏灿刚, 于用军, 赵振家, 王会霞, 刘剑涛 申请人:吉林大学