月球大深度保真取芯探矿机器人系统的制作方法

本发明属于月球的地质探索领域，尤其涉及一种月球大深度保真取芯探矿机器人系统。

背景技术：

月球以其独特的空间位置、广阔的科学探索前景及丰富的环境物质资源，成为了人类探索发现宇宙空间天体的首选。其中，获取月芯是人类探月工程中的重要步骤。

目前的月球大深度保真取芯探矿机器人系统，如前苏联的luna16摆杆式钻探取样装，美国阿波罗登月地面旋转冲击钻机钻机及美国国家航空航天局的超声波振动采样器等取样器，由于受限于钻杆长度，这些现有的取样设备取样深度不够，仅能取到月球表面的松散岩土层，对于月球深部岩石无法获取。

因此，如何克服钻杆长度以进行原位大深度取芯是当前取芯研究的重点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种月球大深度保真取芯探矿机器人系统，能够进行原位大深度取芯。

为实现本发明的目的，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供了一种月球大深度保真取芯探矿机器人系统，月球大深度保真取芯探矿机器人系统包括壳体、传动组件、移动件、动力件、多个取芯管和存储组件，所述传动组件、所述移动件、所述动力件和所述存储组件均设于所述壳体，所述多个取芯管容置于所述存储组件，所述传动组件驱动所述移动件在第一方向和第二方向上移动，所述第一方向朝向月球内部，所述第二方向垂直于所述第一方向，所述存储组件设于所述传动组件之朝向月表的一侧，所述动力件与所述移动件位于同一平面；

当所述月球大深度保真取芯探矿机器人系统处于准备状态，所述传动组件驱动所述移动件沿所述第一方向和所述第二方向移动，以使所述移动件与所述动力件连接固定，所述移动件带动所述动力件移动，并使得所述动力件与所述取芯管连接固定，所述移动件、所述动力件和所述取芯管在所述第一方向上依次排列；当所述月球大深度保真取芯探矿机器人系统处于取芯状态，所述传动组件驱动所述移动件移动，以使所述取芯管抵至月表，所述动力件驱动所述取芯管伸入所述月表，以进行取芯；当取芯完成时，所述传动组件驱动所述移动件移动，将完成取芯的所述取芯管置于所述存储组件内。

一种实施方式中，所述传动组件包括第一传动件和第二传动件，所述第一传动件设于所述第二传动件，所述第二传动件驱动所述第一传动件沿所述第二方向移动，所述移动件与所述第一传动件连接，所述第一传动件驱动所述移动件沿所述第一方向移动。

一种实施方式中，所述第一传动件包括第一驱动件和吊索，所述第一驱动件通过所述吊索与所述移动件连接，以使所述移动件在所述第一方向上移动。

一种实施方式中，所述第一传动件包括轨道、固定件和第二驱动件，所述固定件与所述轨道活动连接，所述固定件位于所述吊索的延伸方向上，所述固定件用于固定所述动力件，以使所述动力件所述第二驱动件驱动所述固定件沿所述轨道的延伸方向移动，所述轨道的延伸方向与所述第一方向相同。

一种实施方式中，所述移动件包括第一配合部，所述第一配合部设于所述移动件朝向所述月表的一端，所述动力件包括第二配合部，所述第二配合部设于所述动力件背向所述月表的一端，当所述月球大深度保真取芯探矿机器人系统处于准备状态，所述固定件固定所述动力件，并移动至所述动力件的所述第一方向上，以使所述移动件的第一配合部与所述动力件的第二配合部连接。

一种实施方式中，所述动力件还包括第三配合部，所述第三配合部位于所述动力件之远离所述第二配合部的一端，所述取芯管包括第四配合部，所述第四配合部设于所述取芯管背向月表的一端，当所述第一配合部与所述第二配合部连接后，所述移动件带动所述动力件移动至所述取芯管的所述第一方向上，以使所述动力件的第三配合部与所述取芯管的第四配合部连接。

一种实施方式中，所述月球大深度保真取芯探矿机器人系统还包括固定架，所述固定架与所述壳体固定连接，所述第一传动件与所述固定架活动连接，所述第二传动件与所述固定架固定连接。

一种实施方式中，所述存储组件设有多个容纳孔，所述容纳孔的延伸方向与所述第一方向相同，所述容纳孔用于容置所述取芯管。

一种实施方式中，所述月球大深度保真取芯探矿机器人系统还包括第三驱动件，所述第三驱动件驱动所述存储组件以自身为中心绕所述第一方向旋转。

一种实施方式中，所述存储组件设有第一通孔，所述壳体的对应位置设有第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔的延伸方向均与所述第一方向相同，以使所述取芯管通过所述通孔抵达所述月表。

本发明提供的月球大深度保真取芯探矿机器人系统，通过设置传动组件和移动件，传动组件驱动移动件移动，以使移动件、动力件和取芯管依次连接固定，从而组成取芯器，通过取芯器替换完成取芯的取芯管以进行分段式连续取芯，从而实现原位大深度取芯。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的月球大深度保真取芯探矿机器人系统的结构示意图；

图2是图1的月球大深度保真取芯探矿机器人系统的取芯状态的结构示意图；

图3是图1的月球大深度保真取芯探矿机器人系统的传送组件、移动件和固定架的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种月球大深度保真取芯探矿机器人系统，月球大深度保真取芯探矿机器人系统用于在月球钻取月芯，其中月芯为月壤或者月岩。另外，也可以在地质环境类似于月球的其他星球上取芯。请参阅图1和图2，月球大深度保真取芯探矿机器人系统包括壳体10、传动组件20、移动件30、动力件40、多个取芯管50和存储组件60。传动组件20、移动件30、动力件40和存储组件60均设于壳体10，多个取芯管50容置于存储组件60。传动组件20驱动移动件30在第一方向91和第二方向92上移动，第一方向91朝向月球内部，第二方向92垂直于第一方向91。存储组件60设于传动组件20之朝向月表的一侧，动力件40与移动件30位于同一平面。

当月球大深度保真取芯探矿机器人系统处于准备状态，传动组件20驱动移动件30沿第一方向91和第二方向92移动，以使移动件30与动力件40连接固定，移动件30带动动力件40移动，并使得动力件40与取芯管50连接固定，移动件30、动力件40和取芯管50在第一方向91上依次排列；当月球大深度保真取芯探矿机器人系统处于取芯状态，传动组件20驱动移动件30移动，以使取芯管50抵至月表，动力件40驱动取芯管50伸入月表，以进行取芯；当取芯完成时，传动组件20驱动移动件30移动，将完成取芯的取芯管50置于存储组件60内。

具体的，壳体10采用轻质的钛合金、铝合金和镁合金等，保证强度的同时，降低登月重量。壳体10包括通过多个连接件14(连接件14优选为爆炸螺栓)可拆卸连接的上壳体11和下壳体12，上壳体11的端部设有吊环以便于月球大深度保真取芯探矿机器人系统能够通过吊环转移位置。下壳体12设有多个地脚13，多个地脚用于支撑壳体10，地脚13设有多个突出的抓地凸起131，抓地凸起131部分嵌入月表，能一定程度地限制月球大深度保真取芯探矿机器人系统在月表上的第二方向92上的移动。另外，当月球大深度保真取芯探矿机器人系统取芯结束后，上壳体11、下壳体12、传动组件20、移动件30和动力件40等部件不参与回收，仅对装满容置有月芯的多个取芯管50的存储组件60进行回收，通过航天器送往地球，从而降低回收成本。动力件40具有充足的能源，能够驱动多个取芯管50进行取芯。动力件40的数目可以为多个，以保证取芯中动力件40发生故障可及时更换完好的动力件40以继续进行取芯作业，或者，多个动力件40的驱动力大小不同，在月壤和月岩取芯时，使用不同的动力件40进行取芯，以确保取芯的动力足够。

可以理解的是，月表是崎岖不平的，最理想的情况下第一方向91与月球上的重力方向相同，如此钻取的月芯的长度即月芯的深度。设月球的重力方向为z方向，月球的水平方向为x方向，则传动组件20相当于x－z平面机械人，驱动移动件30在z轴(第一方向91)和x轴(第二方向92)上移动，而动力件40即位于移动件30的x－z平面上，以使得移动件30能够在传动组件20驱动下与动力件40结合。传动组件20的主要功能有两个，一是使得移动件30、动力件40和取芯管50依次连接，形成稳固的取芯器，为了便于更换动力件30和取芯管50，移动件30、动力件40和取芯管50之间的连接为可拆卸连接；二是移动取芯器至月表进行取芯或者将完成取芯的取芯器移送至存储组件60。

在取芯过程中，若动力件40发生故障，无法为与动力件40连接取芯管50供能，则通过传动组件20驱动移动件30移动，将动力件40和取芯管50带离月层并回到壳体10内。然后将取芯管50暂存于存储组件60中，并使得取芯管50与无法正常工作的动力件40解除连接。而后，传动组件20继续驱动移动件30移动，将无法正常工作的动力件40放置于壳体10内并使其与移动件30解除连接。然后，传动组件20驱动移动件30移动至备用的动力件40的上方，并使移动件30与动力件40连接。最后，传动组件20再次驱动移动件30移动，带动动力件40移动至刚刚暂存于存储组件60中的取芯管50的上方(若该取芯管50已装满月芯，也可与其他未取芯的取芯管50连接)，使取芯管50与动力件40连接，从而形成新的取芯器，继续进行取芯。当然，若动力件40不发生故障的话，可省去更换动力件40的步骤。

本发明提供的月球大深度保真取芯探矿机器人系统，通过设置传动组件20和移动件30，传动组件20驱动移动件30移动，以使移动件30、动力件40和取芯管50依次连接固定，从而组成取芯器，通过取芯器替换完成取芯的取芯管50以进行分段式连续取芯，从而实现原位大深度取芯。

一种实施方式中，请参阅图3，传动组件20包括第一传动件21和第二传动件22。第一传动件21设于第二传动件22，第二传动件22驱动第一传动件21沿第二方向92移动。移动件30与第一传动件21连接，第一传动件21驱动移动件30沿第一方向91移动。通过设置第一传动件21与第二传动件22，第二传动件22驱动第一传动件21沿第二方向92移动，第一传动件21驱动移动件30沿第一方向91移动，从而使得移动件30获得第一方向91和第二方向92的自由度。

一种实施方式中，请继续参阅图3，第一传动件21包括第一驱动件211和吊索212。第一驱动件211通过吊索212与移动件30连接，以使移动件30在第一方向91上移动。具体的，第一驱动件211可以为电机、液压机等，优选为电机。第一驱动件211设于第一传动件21之远离第二传动件22并背向移动件30的一侧，多圈吊索212缠绕于第一驱动件211的外周。第一传动件21背向第一驱动件211的一侧设有定滑轮，定滑轮与第一传动件21固定连接或转动连接，吊索212挂在定滑轮上，以降低摩擦力。通过设置第一驱动件211和吊索212，吊索212具有较长的长度，使得第一驱动件211能够驱动移动件30在第一方向91上运动较长的距离，便于月球大深度保真取芯探矿机器人系统进行原位大深度取芯，同时第一传动件21的占用空间小，重量较轻。

一种实施方式中，请参阅图1和图3，第一传动件21包括导轨213、固定件214和第二驱动件215，固定件214与导轨213活动连接，固定件214位于吊索212的延伸方向上，固定件214用于固定动力件40，以使动力件40第二驱动件215驱动固定件214沿导轨213的延伸方向移动，导轨213的延伸方向与第一方向91相同。具体的，固定件214可通过夹持等方式固定动力件40。可以理解的是，动力件40需要由固定件214固定位置，使动力件40与移动件30位于第一方向91的同一直线上，以连接固定动力件40与移动件30。第二驱动件215可以通过齿条传动、链传动、带传动、液压传动和丝杆传动等传动方式驱动固定件214移动，优选为丝杆传动。第二传动件22的传动方式可参考第一传动件21。具体的，第二驱动件215先驱动固定件214沿第一方向91移动，使固定件214与动力件40连接固定。然后在第一驱动件211和/或第二驱动件215的驱动下，固定件214与移动件30在第一方向91上相对移动，最后使得被固定件214固定的动力件40与移动件30连接固定。通过设置导轨213、固定件214和第二驱动件215，使得固定件214能够在第一方向91上准确地移动，便于固定件214固定动力件40，有利于动力件40与移动件30连接固定。

一种实施方式中，请参阅图2和图3，移动件30包括第一配合部31，第一配合部31设于移动件30朝向月表的一端。动力件40包括第二配合部41，第二配合部41设于动力件40背向月表的一端。当月球大深度保真取芯探矿机器人系统处于准备状态，固定件214固定动力件40，并移动至动力件40的第一方向91上，以使移动件30的第一配合部31与动力件40的第二配合部41连接。具体的，第一配合部31与第二配合部41可以为螺纹连接，如第一配合部31设有外螺纹，第二配合部41设有内螺纹，相反亦可。且移动件30上可设有电机，电机控制第一配合部31绕自身轴线旋转，以使第一配合部31与第二配合部41螺纹配合。另外，第一配合部31与第二配合部41也可以为卡扣连接或者电磁连接等连接方式。第一配合部31可设于移动件30朝向月表的一端的端面或这一端的外周面，同样地，第二配合部41可设于动力件40背向月表的的一端的端面或这一端的外周面。通过设置移动件30的第一配合部31和动力件40的第二配合部41，第一配合部31与第二配合部41连接，使得移动件30与动力件40能够稳定地连接固定，有利于移动件30、动力件40和取芯管50依次连接而组成取芯器。

一种实施方式中，请参阅图2和图3，动力件40还包括第三配合部42，第三配合部42位于动力件40远离第二配合部41的一端。取芯管50包括第四配合部51，第四配合部51设于取芯管50背向月表的一端。当第一配合部31与第二配合部41连接后，移动件30带动动力件40移动至取芯管50的第一方向91上，以使动力件40的第三配合部42与取芯管50的第四配合部51连接。具体的，第三配合部42与第四配合部51可以为螺纹连接、卡扣连接或电磁连接等连接方式。通过设置动力件40的第三配合部42与取芯管50的第四配合部51，第三配合部42与第四配合部51连接，使得动力件40与取芯管50能够稳定地连接固定，有利于移动件30、动力件40和取芯管50依次连接而组成取芯器。

一种实施方式中，请参阅图3，月球大深度保真取芯探矿机器人系统还包括固定架70。固定架70与壳体10固定连接，第一传动件21与固定架70活动连接，第二传动件22与固定架70固定连接。具体的，固定架70可设有导柱，便于对第一传动件21和/或第二传动件22进行运动导向。固定架70与壳体10可以为一体化结构。通过设置固定架70，第一传动件21与固定架70活动连接，第二传动件22与固定架70固定连接，有利于提高第一传动件21和第二传动件22的运动精度。

一种实施方式中，请参阅图1和图2，存储组件60设有多个容纳孔601。容纳孔601的延伸方向与第一方向91相同，容纳孔601用于容置取芯管50。可以理解的是，容纳孔601的延伸方向即容纳孔601内的取芯管50的延伸方向，若动力件40的运动方向(第一方向91)与容纳孔601的延伸方向不同，动力件40难以与取芯管50连接固定，尤其是在动力件40与取芯管50通过螺纹连接的情况下。通过设置容纳孔601，容纳孔601的延伸方向与第一方向91相同，便于在动力件40移动至容纳孔601的第一方向91后，动力件40与取芯管50连接固定，另外，便于取芯管50从存储组件60中被取出或将完成取芯的取芯管50容置于存储组件60。

一种实施方式中，请参阅图1，月球大深度保真取芯探矿机器人系统还包括第三驱动件80，第三驱动件80驱动存储组件60以自身为中心绕第一方向91旋转。具体的，第三驱动件80可以通过齿轮传动、带传动、链传动或液压传动等传动方式对存储组件60进行驱动。可以理解的是，传动组件20相当于x－z平面机械人，并无y轴方向的自由度，存储组件60上不位于x－z平面上的取芯管50无法被取出，同样地，不位于x－z平面上的容纳孔601也难以容置完成取芯的取芯管50。由于需要实现原位大深度取芯，存储组件60上的取芯管50(容纳孔601)的数目较大，若取芯管50(容纳孔601)均位于x－z平面上，则存储组件60的尺寸将过大，且对于壳体10内部空间的利用率较低。通过设置第三驱动件80，第三驱动件80驱动存储组件60以自身为中心绕第一方向91旋转，使得存储组件60上的取芯管50均能由传动组件20取出，便于存储组件60容置较多的取芯管50，有利于月球大深度保真取芯探矿机器人系统进行原位大深度取芯。

一种实施方式中，请参阅图2，存储组件60设有第一通孔601，壳体10的对应位置设有第二通孔101，第一通孔601和第二通孔101的延伸方向均与第一方向91相同，以使取芯管50通过通孔抵达月表。可以理解的是，当移动件30、动力件40和取芯管50依次连接而组成取芯器后，传送组件需要将取芯器转移至月表进行取芯。通过设置存储组件60的第一通孔601和壳体10的第二通孔101，取芯器能够穿过存储组件60和壳体10抵达月表，并使得取芯器能够沿第一方向91钻取月芯，有利于月球大深度保真取芯探矿机器人系统进行原位大深度取芯。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。