一体式行星表面土壤采集装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种机械结构，具体涉及一种土壤采集装置。一体式行星表面土壤采集装置，它通过腕关节安装接口(6)安装于机械臂(1)的腕关节(3)，其技术方案是，它包括：旋挖采样器(4)以及一体式样品容器(5)；所述旋挖采样器(4)包括：旋挖驱动组件(7)以及旋挖挖斗(13)；所述一体式样品容器(5)包括：容器壳体(38)、样品容器驱动组件(17)、样品容器传动机构(18)、敲击振动机构(19)、防漏挡板(20)、螺旋送土机构(21)和解锁机构(22)；本发明能够实现多点采样、样品存储和一次放样任务需求。
【专利说明】一体式行星表面土壤采集装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机械结构，具体涉及一种土壤采集装置。
【背景技术】
[0002] 行星表面土壤采集机构安装在行星表取采样机械臂的末端，跟随机械臂接近行星 表面，在机械臂各关节转动的配合下，实现对行星表面土壤的采掘及密封。目前只有美国阿 波罗号探测器登陆月球，由人工采掘月壤，尚未有成功发射的机械臂对行星表面土壤的采 样。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是：为实现对行星表面土壤样品的多点采集、一次性放样，旋挖采样 器和样品容器的一体式设计，提供一种一体式行星表面土壤采集装置。
[0004] 本发明的技术方案是：一体式行星表面土壤采集装置，它通过腕关节安装接口安 装于机械臂的腕关节，它包括：旋挖采样器以及一体式样品容器；
[0005] 旋挖采样器包括：旋挖驱动组件以及旋挖挖斗；旋挖驱动组件以及旋挖挖斗均通 过采样器盖板安装于一体式样品容器的容器盖板上，一对角接触轴承为旋挖挖斗提供支 撑；旋挖驱动组件采用直流无刷电机，其输出通过输出轴齿轮、旋挖挖斗齿轮传递至旋挖挖 斗；旋挖挖斗的底部边缘处设有铲齿，在旋挖挖斗的内壁底部设置螺旋结构；
[0006] -体式样品容器包括：容器壳体，容器壳体的一端由容器盖板密封，另一端连接样 品容器，样品容器设有底板，在容器壳体的外壁还设有与腕关节连接的腕关节安装接口；在 容器盖板上安装有样品容器驱动组件、样品容器传动机构、敲击振动机构、防漏挡板、螺旋 送土机构和解锁机构；
[0007] 样品容器传动机构包括：驱动组件输出轴齿轮、双联齿轮以及螺旋送土驱动齿轮； 样品容器驱动组件的输出轴上套接有驱动组件输出轴齿轮；驱动组件输出轴齿轮与双联齿 轮中的大齿轮啮合，双联齿轮中的小齿轮与螺旋送土驱动齿轮啮合；螺旋送土驱动齿轮套 接在螺旋送土机构的搅拌棒外，并通过与固定连接在螺旋送土驱动齿轮上的驱动凸台与搅 拌棒顶部的凸台相接触驱动搅拌棒旋转，搅拌棒上设有螺旋叶片；
[0008] 敲击振动机构包括：敲击凸台、敲击弹簧和敲击块；敲击弹簧安装在样品容器驱 动组件输出轴的底部，并与敲击块连接，敲击凸台安装在容器壳体的内壁，在样品容器驱动 组件的带动下，敲击块周期性的震击敲击凸台；
[0009] 防漏挡板与螺旋送土驱动齿轮固定连接，在螺旋送土驱动齿轮的带动下，打开或 关闭设置在容器盖板上的倾泄口；旋挖挖斗通过倾泄口将土壤样品送至容器壳体内；
[0010] 解锁机构包括：解锁弹簧、解锁钢球、解锁拨叉和解锁驱动轴；解锁驱动轴为倒T 型结构，其坚直端连接在搅拌棒的底部，两端套接有解锁拨叉，解锁拨叉与底板固定连接； 解锁弹簧安装于样品容器内壁两侧；初始状态下，解锁拨叉通过解锁钢球与解锁弹簧相抵 触，实现底板与样品容器内壁的锁定。 toon] 有益效果是：（1)本发明安装于机械臂末端，采用旋挖采样器和一体式样品容器 设计，实现多点采样、样品存储和一次放样任务需求；其中，一体式样品容器能够实现防漏 土、振动敲击、自动解锁、螺旋搅拌推送，实现所采集土壤样品的存储、放样功能；
[0012] 2.本发明中的旋挖采样器的挖斗采用螺旋式的结构，通过挖斗末端的铲齿将土壤 采集到挖斗容器中，当旋挖挖斗正向转动时，螺旋结构能够实现土壤样品的采集，当旋挖挖 斗停止转动时，螺旋结构能够依靠土壤与螺旋面之间的摩擦力，阻止土壤样品从容器中洒 落；
[0013] 3.挖斗容器的底部设计防漏挡板，当电机旋转90°时，能够实现防漏挡板的开 关，防止土壤从倾泻口处露出；
[0014] 4.在螺旋送土机构将土壤样品排除样品容器时，敲击振动机构不断敲击引起的振 动可以将样品容器内壁上的土壤震落，防止土壤在样品容器内部产生堆积；
[0015] 5.搅拌轴上的螺旋叶片，能够将土壤样品不断向下输送，防止土壤样品在样品容 器底部堆积而无法完成放样工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的结构示意图；
[0017] 图2为本发明中旋挖采样器的结构示意图；
[0018] 图3为图2的剖视图；
[0019] 图4为本发明中旋挖挖斗的结构示意图；
[0020] 图5为本发明中一体式样品容器内部的结构示意图；
[0021] 图6为本发明中一体式样品容器的传动机构的结构示意图；
[0022] 图7为本发明中一体式样品容器的敲击振动机构的结构示意图；
[0023] 图8为本发明中一体式样品容器的防漏挡板的关门状态示意图；
[0024] 图9为本发明中一体式样品容器的解锁机构的剖视图；
[0025] 图10为本发明中一体式样品容器的解锁机构处于解锁状态时的结构示意图；
[0026] 图11为本发明中一体式样品容器的螺旋送土机构的结构示意图；
[0027] 图12为本发明安装于机械臂时的结构示意图；
[0028] 其中，1 -机械臂、2- 土壤采集装置、3-腕关节、4-旋挖采样器、5- -体式样品容器、 6_腕关节安装接口、7-旋挖驱动组件、8-输出轴齿轮、9-旋挖挖斗齿轮、10-容器盖板、11、 12-角接触轴承、13-旋挖挖斗、14-采样器盖板、15-铲齿、16-螺旋结构、17-样品容器驱动 组件、18-样品容器传动机构、19-敲击振动机构、20-防漏挡板、21-螺旋送土机构、22-解锁 机构、23-驱动组件输出轴齿轮、24-双联齿轮、25-螺旋送土驱动齿轮、26-驱动凸台、27-搅 拌棒、28-敲击凸台、29-样品容器、30-敲击弹簧、31-敲击块、32-倾泄口、33-解锁弹簧、 34-解锁钢球、35-解锁拨叉、36-解锁驱动轴、37-底板、38-容器壳体、39-螺旋叶片。
【具体实施方式】
[0029] 参见附图1、一体式行星表面土壤采集装置，它通过腕关节安装接口 6安装于机械 臂1的腕关节3,它包括：旋挖采样器4以及一体式样品容器5 ;
[0030] 参见附图2、3、4,旋挖采样器4包括：旋挖驱动组件7以及旋挖挖斗13 ;旋挖驱动 组件7以及旋挖挖斗13均通过采样器盖板14安装于一体式样品容器5的容器盖板10上， 一对角接触轴承11、12为旋挖挖斗13提供支撑；旋挖驱动组件7采用直流无刷电机，其输 出通过输出轴齿轮8、旋挖挖斗齿轮9传递至旋挖挖斗13 ;旋挖挖斗13的底部边缘处设有 铲齿15,在旋挖挖斗13的内壁底部设置螺旋结构16 ;
[0031] 参见附图5, 一体式样品容器5包括：容器壳体38,容器壳体38的一端由容器盖板 10密封，另一端连接样品容器29,样品容器29设有底板37,在容器壳体38的外壁还设有与 腕关节3连接的腕关节安装接口 6 ;在容器盖板10上安装有样品容器驱动组件17、样品容 器传动机构18、敲击振动机构19、防漏挡板20、螺旋送土机构21和解锁机构22 ;
[0032] 参见附图6,样品容器传动机构18包括：驱动组件输出轴齿轮23、双联齿轮24以 及螺旋送土驱动齿轮25 ;样品容器驱动组件17的输出轴上套接有驱动组件输出轴齿轮23 ; 驱动组件输出轴齿轮23与双联齿轮24中的大齿轮啮合，双联齿轮24中的小齿轮与螺旋送 土驱动齿轮25啮合；螺旋送土驱动齿轮25套接在螺旋送土机构21的搅拌棒27外，并通过 与固定连接在螺旋送土驱动齿轮25上的驱动凸台26与搅拌棒27顶部的凸台相接触驱动 搅拌棒27旋转，搅拌棒27上设有螺旋叶片39 ;
[0033] 参见附图7,敲击振动机构19包括：敲击凸台28、敲击弹簧30和敲击块31 ;敲击 弹簧30安装在样品容器驱动组件17输出轴的底部，并与敲击块31连接，敲击凸台28安装 在容器壳体38的内壁，在样品容器驱动组件17的带动下，敲击块31周期性的震击敲击凸 台28 ;
[0034] 参见附图8,防漏挡板20与螺旋送土驱动齿轮25固定连接，在螺旋送土驱动齿轮 25的带动下，打开或关闭设置在容器盖板10上的倾泄口 32 ;旋挖挖斗13通过倾泄口 32将 土壤样品送至容器壳体38内；
[0035] 参见附图9、10,解锁机构22包括：解锁弹簧33、解锁钢球34、解锁拨叉35和解锁 驱动轴36 ;解锁驱动轴36为倒T型结构，其坚直端连接在搅拌棒27的底部，两端套接有解 锁拨叉35,解锁拨叉35与底板37固定连接；解锁弹簧33安装于样品容器29内壁两侧；初 始状态下，解锁拨叉35通过解锁钢球34与解锁弹簧33相抵触，实现底板37与样品容器29 内壁的锁定。
[0036] 参见附图11、12,旋挖采样器4通过旋挖的方式采集土壤样品，采样时，旋挖采样 器4的轴线处于垂直地面的状态；旋挖采样器4的旋挖驱动组件7进行动力输出，带动旋挖 挖斗13旋转，同时由在机械臂1带动旋挖采样器4向下做直线运动，使土壤样品不断旋入 旋挖挖斗13中，当旋挖挖斗13停止转动时，螺旋结构16阻止土壤样品从旋挖挖斗13中洒 落；
[0037] 单次采样完成后，腕关节3转动180°，使得土壤采集装置2进入单次放样过程， 艮P :样品容器驱动组件17带动螺旋送土驱动齿轮25转动，令防漏挡板20将倾泄口 32打 开，土壤样本在重力的作用下从旋挖挖斗13中落入容器壳体38内；同时，在样品容器驱动 组件17的带动下，敲击块31不断震击敲击凸台28,震落附着在容器壳体38内壁的土壤样 品；在此过程中，驱动凸台26与搅拌棒27顶部的凸台不发生接触；
[0038] 单次放样完成后，由样品容器驱动组件17带动螺旋送土驱动齿轮25反转，令防漏 挡板20将倾泄口 32闭合；腕关节3转动180°，另旋挖采样器4再次进入采样过程；
[0039] 所有采样过程完成后，土壤采集装置2进入最后的放样过程：S卩：样品容器驱动组 件17带动螺旋送土驱动齿轮25转动，令防漏挡板20将倾泄口 32打开，土壤样本在重力的 作用下从旋挖挖斗13中落入容器壳体38内；同时，在样品容器驱动组件17的带动下，敲击 块31不断震击敲击凸台28震落附着在容器壳体38内壁的土壤样品；样品容器驱动组件17 继续转动，令驱动凸台26与搅拌棒27顶部的凸台相接触，驱动搅拌棒27旋转；搅拌棒27 带动解锁拨叉35转动，实现底板37与样品容器29内壁的解锁，随后，底板37与解锁拨叉 35在重力的作用下，随土壤样品一起落入放样容器中。
【权利要求】
1. 一体式行星表面土壤采集装置，它通过腕关节安装接口（6)安装于机械臂（1)的腕 关节（3)，其特征在于，它包括：旋挖采样器（4)以及一体式样品容器（5); 所述旋挖采样器（4)包括：旋挖驱动组件（7)以及旋挖挖斗（13);所述旋挖驱动组件 (7)以及所述旋挖挖斗（13)均通过采样器盖板（14)安装于所述一体式样品容器（5)的容 器盖板（10)上，一对角接触轴承（11、12)为所述旋挖挖斗（13)提供支撑；所述旋挖驱动组 件（7)采用直流无刷电机，其输出通过输出轴齿轮（8)、旋挖挖斗齿轮（9)传递至所述旋挖 挖斗（13);所述旋挖挖斗（13)的底部边缘处设有铲齿（15)，在所述旋挖挖斗（13)的内壁 底部设置螺旋结构（16); 所述一体式样品容器（5)包括：容器壳体（38)，所述容器壳体（38)的一端由所述容器 盖板（10)密封，另一端连接样品容器（29)，所述样品容器（29)设有底板（37)，在所述容 器壳体（38)的外壁还设有与所述腕关节（3)连接的腕关节安装接口 ￠);在所述容器盖板 (10)上安装有样品容器驱动组件（17)、样品容器传动机构（18)、敲击振动机构（19)、防漏 挡板（20)、螺旋送土机构（21)和解锁机构（22); 所述样品容器传动机构（18)包括：驱动组件输出轴齿轮（23)、双联齿轮（24)以及螺 旋送土驱动齿轮（25);所述样品容器驱动组件（17)的输出轴上套接有所述驱动组件输出 轴齿轮（23);所述驱动组件输出轴齿轮（23)与所述双联齿轮（24)中的大齿轮啮合，所述 双联齿轮（24)中的小齿轮与所述螺旋送土驱动齿轮（25)啮合；所述螺旋送土驱动齿轮 (25)套接在所述螺旋送土机构（21)的搅拌棒（27)外，并通过与固定连接在所述螺旋送土 驱动齿轮（25)上的驱动凸台（26)与所述搅拌棒（27)顶部的凸台相接触驱动所述搅拌棒 (27)旋转，所述搅拌棒（27)上设有螺旋叶片（39); 所述敲击振动机构（19)包括：敲击凸台（28)、敲击弹簧（30)和敲击块（31);所述敲击 弹簧（30)安装在所述样品容器驱动组件（17)输出轴的底部，并与所述敲击块（31)连接， 所述敲击凸台（28)安装在所述容器壳体（38)的内壁，在所述样品容器驱动组件（17)的带 动下，所述敲击块（31)周期性的敲击所述敲击凸台（28); 所述防漏挡板（20)与所述螺旋送土驱动齿轮（25)固定连接，在所述螺旋送土驱动齿 轮（25)的带动下，打开或关闭设置在所述容器盖板（10)上的倾泄口（32);所述旋挖挖斗 (13)通过所述倾泄口（32)将土壤样品送至所述容器壳体（38)内； 所述解锁机构（22)包括：解锁弹簧（33)、解锁钢球（34)、解锁拨叉（35)和解锁驱动轴 (36);所述解锁驱动轴（36)为倒T型结构，其坚直端连接在所述搅拌棒（27)的底部，两端 套接有所述解锁拨叉（35)，所述解锁拨叉（35)与所述底板（37)固定连接；所述解锁弹簧 (33)安装于所述样品容器（29)内壁两侧；初始状态下，所述解锁拨叉（35)通过所述解锁 钢球（34)与所述解锁弹簧（33)相抵触，实现所述底板（37)与所述样品容器（29)内壁的 锁定。
2. 如权利要求1所述的一体式行星表面土壤采集装置，其特征在于，所述旋挖采样器 (4)通过旋挖的方式采集土壤样品，采样时，所述旋挖采样器（4)的轴线处于垂直地面的状 态；在所述机械臂（1)的控制下，所述旋挖采样器（4)向下直线运动，使土壤样品不断旋入 所述旋挖挖斗（13)中，当所述旋挖挖斗（13)停止转动时，所述螺旋结构（16)阻止土壤样 品从所述旋挖挖斗（13)中洒落； 单次采样完成后，所述腕关节（3)转动180°，使得所述土壤采集装置（2)进入单次放 样过程，即：所述样品容器驱动组件（17)带动所述螺旋送土驱动齿轮（25)转动，令所述防 漏挡板（20)将所述倾泄口（32)打开，土壤样本在重力的作用下从所述旋挖挖斗（13)中落 入所述容器壳体（38)内；同时，在所述样品容器驱动组件（17)的带动下，所述敲击块（31) 不断敲击所述敲击凸台（28)震落附着在所述容器壳体（38)内壁的土壤样品；在此过程中， 所述驱动凸台（26)与所述搅拌棒（27)顶部的凸台不发生接触； 单次放样完成后，由所述样品容器驱动组件（17)带动所述螺旋送土驱动齿轮（25)反 转，令所述防漏挡板（20)将所述倾泄口（32)闭合；所述腕关节（3)转动180°，另所述旋 挖采样器（4)再次进入采样过程； 所有采样过程完成后，所述土壤采集装置（2)进入最后的放样过程：S卩：所述样品容器 驱动组件（17)带动所述螺旋送土驱动齿轮（25)转动，令所述防漏挡板（20)将所述倾泄口 (32)打开，土壤样本在重力的作用下从所述旋挖挖斗（13)中落入所述容器壳体（38)内； 同时，在所述样品容器驱动组件（17)的带动下，所述敲击块（31)不断敲击所述敲击凸台 (28) 震落附着在所述容器壳体（38)内壁的土壤样品；所述样品容器驱动组件（17)继续 转动，令所述驱动凸台（26)与所述搅拌棒（27)顶部的凸台相接触，驱动所述搅拌棒（27) 旋转；所述搅拌棒（27)带动所述解锁拨叉（35)转动，实现所述底板（37)与所述样品容器 (29) 内壁的解锁，随后，所述底板（37)与所述解锁拨叉（35)在重力的作用下，随土壤样品 一起落入放样容器中。
【文档编号】G01N1/08GK104155141SQ201410367068
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】孙鹏飞, 刘宾, 曾磊, 王康, 梁常春, 许哲 申请人:北京空间飞行器总体设计部