久久一区二区免费播放,国产在线欧美日韩一区二区,国产综合色在线视频,精品伊人久久久香线蕉,精品视频麻豆网站,玖玖国产,国内精品久久久久影,在线观看精品视频一区二区三区,午夜久久影院,国产精品一区久久

一種用于小行星探測(cè)的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于小行星探測(cè)的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置及其使用方法。所述的裝置包括進(jìn)給機(jī)構(gòu)、鉆取機(jī)構(gòu)、抓鏟機(jī)構(gòu)和安裝板；所述的使用方法步驟為1)電機(jī)復(fù)位；2)檢查電機(jī)；3)抓鏟電機(jī)采樣；4)檢驗(yàn)鏟子；5)鉆桿旋轉(zhuǎn)向下運(yùn)動(dòng)；6)檢驗(yàn)鉆桿；7)提升鉆桿；8)檢驗(yàn)鉆桿；9)取樣；10)檢驗(yàn)取樣管；11)鉆取機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)；12)檢驗(yàn)微動(dòng)開關(guān)觸頭；13)進(jìn)給電機(jī)停止；14)檢驗(yàn)采樣器；15)排樣；16)檢驗(yàn)鏟子；17)排樣；18)檢驗(yàn)取樣管；19)復(fù)位；所述鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置及其使用方法既可在小行星表面樣品進(jìn)行采集，又可進(jìn)行深層采樣，可保持樣品的層理信息，有采樣量大、樣品種類多、保持樣品原樣等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種用于小行星探測(cè)的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間探測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說，是一種用于小行星探測(cè)的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]小行星是太陽系形成后的物質(zhì)殘余，也是太陽系中的重要成員，它保留了太陽系的形成和早期演化的遺跡，反映了其形成過程的物理化環(huán)境，因而是人類了解太陽系起源、形成和演變的重要載體。并且，小行星上有豐富的鐵、鎳和銅等金屬，有的含有金和鉬等貴金屬及稀有元素，如第16號(hào)靈神星，其直徑為250公里，按計(jì)算估計(jì)有5億噸鐵、5000萬億噸鎳，還有數(shù)億噸其它的稀有金屬。目前，在大量近地小行星中已經(jīng)識(shí)別出了鉬族金屬元素礦床，早期的研究表明最普遍的C型小行星表面物質(zhì)富含碳和水，同時(shí)包含多種與生命有關(guān)的重要有機(jī)分子，科學(xué)家在隕石中發(fā)現(xiàn)有豐富的有機(jī)物質(zhì)，這些碳物質(zhì)中含有類似氨基酸的成分，是蛋白質(zhì)的基本原料。因此，對(duì)小行星進(jìn)行深空探測(cè)有十分重大的科學(xué)意義。
[0003]近年來，世界各國(guó)對(duì)小行星進(jìn)行了多方面的探測(cè)，從早期的發(fā)展飛越到目前的小行星低空繞軌勘探，再發(fā)展到小行星表面軟著陸和采集樣品計(jì)劃。2003年日本發(fā)射了 “繆斯-C”探測(cè)器，它完成了 5個(gè)月的觀測(cè)以及樣品采集工作，還獲取了小行星地形、地貌和地質(zhì)結(jié)構(gòu)等大量信息。但是，我國(guó)還未發(fā)射過小行星探測(cè)器，為了提高我國(guó)的小行星深空探測(cè)能力，更充分地了解小行星的地理構(gòu)造與表面環(huán)境，除了實(shí)現(xiàn)對(duì)小行星的軟著陸，還需對(duì)小行星的表面物質(zhì)進(jìn)行取樣分析。
[0004]目前國(guó)內(nèi)外星球采樣器的形式，主要分為鉆取式采樣器、抓鏟式采樣器、仿生式采樣器、投射式采樣器和復(fù)合式采樣器。其中，鉆取式采樣器是最常選用的采樣器，其發(fā)展相對(duì)來說比較成熟，既可以采集大量的深層樣品，又可保持樣品的層理信息，但無法采集表層松散土壤樣品；抓鏟式采樣器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作靈活，但只能采集表層松散土壤樣品，不能保持樣品的層理信息；仿生式采樣器采樣方式新穎，體積和功耗較小，但是采集樣品深度淺，采樣量少，研究和試驗(yàn)也尚未成熟；投射式采樣器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過投射彈強(qiáng)烈碰撞小行星表面，收集飛濺的樣品來采樣，采樣量小，通過驗(yàn)證采樣效果也并不理想；復(fù)合式采樣器是運(yùn)用多種采樣手段相結(jié)合的方式進(jìn)行采樣，容易達(dá)到采樣量、保持樣品層理信息、采樣深度等要求，是一種多功能采樣器，由于復(fù)合式采樣器集成了多種采樣方式的優(yōu)點(diǎn)，在技術(shù)水平達(dá)到并且實(shí)驗(yàn)條件成熟的情況下，相對(duì)前幾種采樣方式來說，無疑是深空探測(cè)最好的一種采樣器。但復(fù)合式采樣器的體積和功耗也相對(duì)較大，同時(shí)，整體的采樣系統(tǒng)需要集成多種功能，如果能按預(yù)期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)功能則需要較高的技術(shù)支持和大量的測(cè)試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)小行星微重力、高低溫、強(qiáng)輻射和高真空的特殊環(huán)境，為了解決傳統(tǒng)小行星采樣器存在采樣量小，樣品種類少，難以保持樣品層理信息和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，提出一種用于小行星探測(cè)的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置及其使用方法。
[0006]本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置包括進(jìn)給機(jī)構(gòu)、鉆取機(jī)構(gòu)、抓鏟機(jī)構(gòu)和安裝板；所述安裝板用于將進(jìn)給機(jī)構(gòu)、鉆取機(jī)構(gòu)、抓鏟機(jī)構(gòu)連接成一個(gè)整體，安裝在著陸器上采樣機(jī)械臂的末端。
[0007]所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要由進(jìn)給電機(jī)、聯(lián)軸器A、進(jìn)給絲杠、光軸、微動(dòng)開關(guān)觸頭、上框架和下框架組成。
[0008]上框架和下框架均采用L型板材結(jié)構(gòu)；分為水平面和垂直面；上框架和下框架的水平面相對(duì)平行放置；垂直面通過螺釘固定在安裝板上；進(jìn)給電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器A連接進(jìn)給絲杠，進(jìn)給絲杠的上端和下端分別固定在上框架和下框架的水平面上；進(jìn)給電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給絲杠的螺旋長(zhǎng)度決定了鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器能夠達(dá)到的鉆取深度；
[0009]上框架和下框架之間通過光軸固定座安裝了兩根光軸，用于鉆取機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向，兩根光軸和進(jìn)給絲杠均立式平行放置，橫截面呈三角形排列。上框架的水平面上靠近進(jìn)給絲杠的地方安裝有一個(gè)微動(dòng)開關(guān)觸頭，用于觸發(fā)鉆取機(jī)構(gòu)上的微動(dòng)開關(guān)，用來限定鉆取機(jī)構(gòu)的上限位置。
[0010]所述鉆取機(jī)構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)組件和取樣組件構(gòu)成，還包括:進(jìn)給絲杠螺母，直線軸承，鉆桿固定板以及一維力傳感器；所述的旋轉(zhuǎn)組件主要有旋轉(zhuǎn)電機(jī)，大齒輪，小齒輪和鉆桿。所述的取樣組件主要由取樣電機(jī)，取樣絲杠，彈簧套筒，取樣彈簧，取樣管和鉆心組成。
[0011]取樣電機(jī)通過取樣電機(jī)端蓋固定在齒輪保護(hù)蓋上，取樣電機(jī)的輸出軸和取樣絲杠固聯(lián)，取樣絲杠通過螺紋連接彈簧套筒；彈簧套筒內(nèi)放置取樣彈簧；取樣彈簧通過取樣管螺母連接取樣管，取樣電機(jī)驅(qū)動(dòng)取樣絲杠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)彈簧套筒上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)取樣管上下運(yùn)動(dòng)；
[0012]旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過鍵連接小齒輪，小齒輪和大齒輪嚙合傳動(dòng)，大齒輪也通過鍵連接鉆桿，因此旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而切削樣品。
[0013]將進(jìn)給絲杠穿入進(jìn)給絲杠螺母并配合傳動(dòng)，進(jìn)給絲杠螺母固連在鉆桿固定板上，兩根光軸分別穿過兩個(gè)直線軸承，直線軸承固連在鉆桿固定板上；因此當(dāng)進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)進(jìn)給絲杠螺母沿進(jìn)給絲杠軸向上下運(yùn)動(dòng)，直線軸承沿著光軸做上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鉆桿固定板在豎直方向來回運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)鉆桿上下運(yùn)動(dòng)。
[0014]鉆桿內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，其底部中空部分間隙配合安裝取樣管；鉆桿上下部分別開有2個(gè)銷孔，用于安裝鉆桿定位銷；取樣管底部為中空形式，間隙配合安裝鉆心，鉆心上開有2個(gè)銷孔,鉆心銷孔的位置與鉆桿下部銷孔的位置相對(duì),取樣管上下部各有2個(gè)銷釘槽，通過將鉆桿定位銷穿過取樣管的銷釘槽和鉆心的銷孔固定安裝在鉆桿的銷孔中，通過將鉆桿定位銷和鉆心采用過盈配合的方式固定，實(shí)現(xiàn)鉆桿定位銷的定位。
[0015]因此取樣管向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆桿定位銷相對(duì)于取樣管在銷釘槽內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)，限制取樣管上限位置，取樣管下端伸出鉆桿，取樣管底端中空部分將對(duì)土壤樣品進(jìn)行采樣，完成樣品的取樣；當(dāng)取樣管向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆桿定位銷和鉆心相對(duì)于取樣管在銷釘槽內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)，迫使采集的土壤排出到樣品容器中；放樣時(shí)，取樣管與樣品容器對(duì)接，通過壓縮取樣彈簧調(diào)整取樣管的位置使其與樣品容器保持相同高度。
[0016]所述抓鏟機(jī)構(gòu)用以采集小行星的表層樣品，主要由抓鏟電機(jī)、聯(lián)軸器B、滾珠絲杠、絲杠螺母、連桿、抓鏟支座和鏟子組成。
[0017]抓鏟電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器B連接滾珠絲杠，滾珠絲杠上端通過軸承D連接-下框架，滾珠絲杠下端通過軸承E連接抓鏟支座，抓鏟支座固定在下框架上，滾珠絲杠上通過絲杠螺母連接連桿，連桿兩端分別安裝在絲杠螺母和鏟子上；鏟子通過鉸鏈安裝在抓鏟支座上，因此，抓鏟電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠螺母在豎直方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制鏟子的開合，從而采集樣品。
[0018]本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置的使用方法具體步驟為:
[0019]第一步、控制各個(gè)電機(jī)進(jìn)行復(fù)位；
[0020]將鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器安裝在著陸器上機(jī)械臂末端，啟動(dòng)進(jìn)給電機(jī)控制進(jìn)給絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)進(jìn)給絲杠螺母達(dá)到最上限的位置，使微動(dòng)開關(guān)觸頭觸發(fā)微動(dòng)開關(guān)，進(jìn)給電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆取機(jī)構(gòu)停在上限位置；啟動(dòng)取樣電機(jī)，控制取樣絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)彈簧套筒向上運(yùn)動(dòng)到最上端時(shí)取樣管底部與鉆桿齊平；啟動(dòng)抓鏟電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使絲杠螺母向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)連桿控制鏟子達(dá)到張開的最大狀態(tài)。
[0021]第二步、判斷各電機(jī)是否復(fù)位；如果否，則重復(fù)第一步，如果復(fù)位，則進(jìn)行第三步操作；
[0022]第三步、抓鏟電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏟子采樣；
[0023]啟動(dòng)抓鏟電機(jī)，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠螺母向上運(yùn)動(dòng)，配合連桿控制鏟子慢慢合攏進(jìn)行采樣；
[0024]第四步、判斷鏟子是否完全合攏，如果否，則重復(fù)第三步操作，如果是，進(jìn)行如下操作后進(jìn)入第五步；
[0025]當(dāng)鏟子完全合攏時(shí)，抓鏟電機(jī)停止工作，機(jī)械臂將鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器整體豎直提升，直至鏟子底部完全脫離小行星表面。
[0026]第五步、鉆桿旋轉(zhuǎn)向下運(yùn)動(dòng)；
[0027]啟動(dòng)進(jìn)給電機(jī),驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)進(jìn)給絲杠螺母向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鉆桿開始向下運(yùn)動(dòng)。同時(shí)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)小齒輪和大齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鉆桿做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，開始切削土壤和巖石樣品。一維力傳感器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)給力的數(shù)值，并反饋給鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器的控制系統(tǒng)，從而調(diào)節(jié)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度。
[0028]第六步、檢驗(yàn)鉆桿是否進(jìn)給到設(shè)定的深度，如果沒有達(dá)到，則重復(fù)操作第五步，如果已經(jīng)達(dá)到設(shè)定的深度，則進(jìn)行第七步操作；
[0029]第七步、提升鉆桿到設(shè)定的距離；
[0030]當(dāng)鉆桿旋轉(zhuǎn)切削到設(shè)定深度時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鉆桿反向向上旋轉(zhuǎn)；
[0031]第八步、鉆桿是否提升到設(shè)定的距離；如果否，則重復(fù)操作第七步，如果達(dá)到，則進(jìn)行第九步操作；
[0032]第九步、取樣管進(jìn)行取樣；
[0033]鉆桿向上提升到設(shè)定距離后，進(jìn)給電機(jī)停止工作，同時(shí)啟動(dòng)取樣電機(jī)，通過驅(qū)動(dòng)取樣絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)取樣管向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行采樣。
[0034]第十步、檢驗(yàn)取樣管是否達(dá)到下限位置；如果沒有達(dá)到，重復(fù)操作第八步，如果達(dá)至IJ，進(jìn)行第十一步操作；[0035]第^^一步、鉆取機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)；
[0036]取樣管運(yùn)動(dòng)到下限位置時(shí)，取樣電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)同時(shí)停止工作，進(jìn)給電機(jī)輸出軸開始反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠向上運(yùn)動(dòng)，提升鉆桿和鉆取機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)。
[0037]第十二步、檢驗(yàn)微動(dòng)開關(guān)觸頭是否觸發(fā)到微動(dòng)開關(guān)，如果沒有觸發(fā)，重復(fù)第十一步操作；如果觸發(fā)，則進(jìn)行第十三步操作；
[0038]第十三步、進(jìn)給電機(jī)停止工作，機(jī)械臂收縮；
[0039]微動(dòng)開關(guān)觸頭觸發(fā)到微動(dòng)開關(guān)后，鉆取機(jī)構(gòu)到達(dá)上限位置，進(jìn)給電機(jī)停止工作。同時(shí)，機(jī)械臂收縮到樣品容器上端。
[0040]第十四步、檢驗(yàn)鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器是否運(yùn)動(dòng)到樣品容器上端，如果沒有，重復(fù)第十三步操作，如果達(dá)到，進(jìn)行第十五步操作；
[0041]第十五步、鏟子中樣品排入容器中；
[0042]啟動(dòng)抓鏟電機(jī)，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠螺母向下運(yùn)動(dòng)，連桿帶動(dòng)鏟子張開，將樣品排入容器。
[0043]第十六步、檢驗(yàn)鏟子中樣品是否排完，如果沒有排完，重復(fù)第十五步操作，如果排完，進(jìn)行第十七步操作；
[0044]第十七步、取樣管樣品排入容器中；
[0045]取樣電機(jī)驅(qū)動(dòng)取樣絲杠反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)取樣管向上運(yùn)動(dòng)，鉆心將樣品排入容器中
[0046]第十八步、檢驗(yàn)取樣管中樣品是否排完，如果沒有排完，重復(fù)第十七步操作，如果排完，進(jìn)行第十九步操作；
[0047]第十九步、將各個(gè)電機(jī)進(jìn)行復(fù)位，采樣過程結(jié)束；
[0048]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0049]1、本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置，鉆取機(jī)構(gòu)既可采集深層土壤樣品，還可以對(duì)堅(jiān)硬的巖石進(jìn)行采樣，采集的深層樣品可保持層理信息，具有更好的研究?jī)r(jià)值。
[0050]2、本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置，抓鏟機(jī)構(gòu)既可采集小行星表面松散的土壤樣品，又可采集巖石樣品，采集樣品種類和數(shù)量多。
[0051]3、本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置，集合了鉆取式和抓鏟式的采樣方式，具有結(jié)構(gòu)緊湊、多功能、一體化的優(yōu)點(diǎn)。
[0052]4、本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置，除了可以用于小行星探測(cè)，還可用于月球、火星等行星探測(cè)，適用范圍廣。
[0053]5、本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置的使用方法，具有采樣效率高、采樣效果好和能耗少的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0054]圖1為本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖2為本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置中進(jìn)給機(jī)構(gòu)示意圖；
[0056]圖3為本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置中進(jìn)給機(jī)構(gòu)剖視圖；
[0057]圖4為本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置中鉆取機(jī)構(gòu)示意圖；
[0058]圖5為本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置中鉆取機(jī)構(gòu)剖視圖；
[0059] 圖6為本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置中抓鏟機(jī)構(gòu)示意圖；[0060]圖7為本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器中裝置抓鏟機(jī)構(gòu)剖視圖；
[0061]圖8為本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器中裝置的使用方法流程圖；
[0062]圖中:
[0063]1-進(jìn)給機(jī)構(gòu) 2-鉆取機(jī)構(gòu)3-抓鏟機(jī)構(gòu)
[0064]4-安裝板101-進(jìn)給電機(jī) 102-進(jìn)給電機(jī)端蓋
[0065]103-聯(lián)軸器A 104-進(jìn)給絲杠 105-進(jìn)給絲杠鎖緊螺母
[0066]106-上框架 107-光軸108-光軸固定座
[0067]109-微動(dòng)開關(guān)觸頭 110-角接觸球軸承A 111-軸承B
[0068]112-下框架 113-鉆桿支撐 114-抓鏟軸承端蓋
[0069]201-取樣電機(jī) 202-取樣電機(jī)端蓋203-取樣絲杠
[0070]204-彈簧套筒 205-取樣彈簧 206-齒輪保護(hù)蓋 [0071]207-推力軸承 208-取樣管螺母 209-套筒端蓋
[0072]210-端蓋限位板 211-齒輪鎖緊螺母212-小齒輪
[0073]213-鉆桿固定板 214-旋轉(zhuǎn)電機(jī) 215-大齒輪
[0074]216-直線軸承 217-軸承C 218-鉆桿
[0075]219-取樣管 220-鉆心221-鉆桿定位銷
[0076]222-進(jìn)給絲杠螺母 223-微動(dòng)開關(guān) 224-—維力傳感器
[0077]225-開關(guān)支座 301-抓鏟電機(jī) 302-抓鏟電機(jī)端蓋
[0078]303-聯(lián)軸器B 304-軸承D 305-滾珠絲杠
[0079]306-絲杠螺母 307-連桿308-支座軸承端蓋
[0080]309-抓鏟支座 310-軸承E 311-鏟子
【具體實(shí)施方式】
[0081]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0082]本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置，如圖1所示，包括進(jìn)給機(jī)構(gòu)1、鉆取機(jī)構(gòu)2、抓鏟機(jī)構(gòu)3和安裝板4。
[0083]進(jìn)給機(jī)構(gòu)I和鉆取機(jī)構(gòu)2配合使用，用來采集小行星深層土壤和巖石樣品，并實(shí)現(xiàn)將樣品放入樣品容器中；抓鏟機(jī)構(gòu)3用來采集小行星表面松散的土壤和巖石樣品并放入樣品容器中。所述安裝板4設(shè)計(jì)為立式板狀結(jié)構(gòu)，將進(jìn)給機(jī)構(gòu)1、鉆取機(jī)構(gòu)2和抓鏟機(jī)構(gòu)3接成一個(gè)整體，并且通過螺釘固定安裝在著陸器上采樣機(jī)械臂的末端。
[0084]所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)I為立式結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示，包括:進(jìn)給電機(jī)101，進(jìn)給電機(jī)端蓋102，聯(lián)軸器A103，進(jìn)給絲杠104，進(jìn)給絲杠鎖緊螺母105，上框架106，2根光軸107，4個(gè)光軸固定座108，微動(dòng)開關(guān)觸頭109，角接觸球軸承A110，軸承B111，下框架112，鉆桿支撐113和抓鏟軸承端蓋114 ；
[0085]所述的上框架106和下框架112均采用L型板材結(jié)構(gòu)，分為水平面和垂直面；上框架106和下框架112的水平面相對(duì)平行放置；垂直面上均開有通孔，通過螺釘固定安裝在安裝板4上，構(gòu)成整個(gè)鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器的框架；
[0086]進(jìn)給電機(jī)101通過螺釘固定安裝在進(jìn)給電機(jī)端蓋102上，進(jìn)給電機(jī)端蓋102通過螺釘固定在上框架106的水平面上，進(jìn)給電機(jī)101的輸出軸通過聯(lián)軸器A103連接進(jìn)給絲杠104，進(jìn)給絲杠104優(yōu)選滾珠絲杠；進(jìn)給電機(jī)端蓋102用來保護(hù)聯(lián)軸器A103 ；
[0087]具體連接如下:進(jìn)給電機(jī)101的輸出軸安裝在聯(lián)軸器A103的上端孔內(nèi)，通過螺釘預(yù)緊固定，聯(lián)軸器A103的下端孔內(nèi)安裝進(jìn)給絲杠104的上端軸，并通過進(jìn)給絲杠鎖緊螺母105進(jìn)行鎖緊固定，進(jìn)給絲杠鎖緊螺母105給進(jìn)給絲杠104提供了一定的預(yù)緊力，防止進(jìn)給絲杠104在工作過程中來回的串動(dòng)；
[0088]進(jìn)給絲杠104的上端同時(shí)通過一對(duì)角接觸球軸承AllO安裝在上框架106的水平面上；進(jìn)給絲杠104的下端通過軸承Blll安裝在下框架112的水平面上；
[0089]進(jìn)給電機(jī)101驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠104旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給絲杠104的螺旋長(zhǎng)度決定了鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器能夠達(dá)到的鉆取深度。
[0090]在上框架106的水平面除了安裝有進(jìn)給電機(jī)端蓋102和進(jìn)給絲杠104外，在兩端對(duì)稱位置處分別安裝2個(gè)光軸固定座108用于固定兩根光軸107，并通過螺釘固定；進(jìn)給電機(jī)端蓋102和2個(gè)光軸固定座108的位置在上框架106的水平面上組成了三角形排列；光軸107下端同樣通過光軸固定座108和螺釘固定在下框架112的水平面上；兩根光軸107和進(jìn)給絲杠104均立式放置，相互平行；橫截面呈三角形排列，能夠更加穩(wěn)固；
[0091]上框架106的水平面上靠近進(jìn)給絲杠104的地方還安裝了一個(gè)微動(dòng)開關(guān)觸頭109，當(dāng)觸發(fā)微動(dòng)開關(guān)223后，進(jìn)給電機(jī)101停止轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而進(jìn)給絲杠104停止工作，用于限定鉆取機(jī)構(gòu)2的上限位置。
[0092]所述鉆取機(jī)構(gòu)2如圖4和圖5所示，主要由旋轉(zhuǎn)組件和取樣組件構(gòu)成，除此之外，鉆取機(jī)構(gòu)2還包括:2個(gè)直線軸承216，進(jìn)給絲杠螺母222，微動(dòng)開關(guān)223，一維力傳感器224以及開關(guān)支座225 ;所述的旋轉(zhuǎn)組件包括鉆桿218，軸承C217，大齒輪215，旋轉(zhuǎn)電機(jī)214，鉆桿固定板213，小齒輪212，齒輪保護(hù)蓋206和齒輪鎖緊螺母211。所述的取樣組件包括取樣電機(jī)201，取樣電機(jī)端蓋202，取樣絲杠203，彈簧套筒204，取樣彈簧205，推力軸承207，取樣管螺母208，套筒端蓋209，端蓋限位板210，取樣管219，鉆心220，鉆桿定位銷221。
[0093]進(jìn)給絲杠螺母222與進(jìn)階機(jī)構(gòu)I中的進(jìn)給絲杠104配合傳動(dòng)，起整個(gè)鉆取機(jī)構(gòu)2的驅(qū)動(dòng)作用，并且兩個(gè)直線軸承216與進(jìn)給機(jī)構(gòu)I中的兩根光軸107配合使用，起整個(gè)鉆取機(jī)構(gòu)2的導(dǎo)向作用。具體連接關(guān)系如下:將進(jìn)給絲杠104穿入絲杠螺母222并配合傳動(dòng)，進(jìn)給絲杠螺母222通過螺釘與鉆桿固定板213固連，將兩根光軸107分別穿過兩個(gè)直線軸承216，直線軸承216固定在鉆桿固定板213上；
[0094]因此當(dāng)進(jìn)給電機(jī)101驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠104做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)進(jìn)給絲杠螺母222沿進(jìn)給絲杠104軸向上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鉆桿固定板213在豎直方向來回運(yùn)動(dòng)，直線軸承216沿光軸107上下運(yùn)動(dòng)，鉆桿218上下運(yùn)動(dòng)，所以直線軸承216起鉆桿218的導(dǎo)向作用；同時(shí)兩根光軸107用于鉆取機(jī)構(gòu)2的導(dǎo)向作用，進(jìn)給絲杠104的螺旋長(zhǎng)度決定了采樣器能夠達(dá)到的鉆取深度。
[0095]一維力傳感器224為中空形式，其內(nèi)表面與進(jìn)給絲杠螺母222的外表面配合定位，其下端部通過螺釘固定在鉆桿固定板213上；用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆桿218鉆取時(shí)的進(jìn)給力，當(dāng)進(jìn)給力超過鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器的控制系統(tǒng)給定的設(shè)定值時(shí)，進(jìn)給電機(jī)101的輸出速度會(huì)相應(yīng)地減小，也就是減小鉆桿218的進(jìn)給速度，避免鉆桿218在工作過程中遇到的阻力太大，燒壞進(jìn)給電機(jī)101。
[0096]同時(shí)，微動(dòng)開關(guān)223通過開關(guān)支座225安裝在齒輪固定板213上，微動(dòng)開關(guān)223的位置與進(jìn)給機(jī)構(gòu)I中微動(dòng)開關(guān)觸頭109位置相對(duì)應(yīng)。進(jìn)給電機(jī)101驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠104旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)進(jìn)給絲杠螺母222達(dá)到最上限的位置后，微動(dòng)開關(guān)觸頭109觸發(fā)微動(dòng)開關(guān)223，進(jìn)給電機(jī)101停止轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而進(jìn)給絲杠104停止工作，鉆取機(jī)構(gòu)2停在上限位置。
[0097]鉆取機(jī)構(gòu)2的進(jìn)給絲杠螺母222在上框架106和下框架112之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其中旋轉(zhuǎn)組件通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)鉆桿218做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉆桿218旋轉(zhuǎn)和切削的功能，取樣組件用于鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器實(shí)現(xiàn)取樣和放樣的功能。
[0098]取樣電機(jī)201通過螺釘固定在取樣電機(jī)端蓋202上，取樣電機(jī)端蓋202通過螺釘固定在齒輪保護(hù)蓋206的上端。
[0099]具體連接過程是:取樣電機(jī)201的輸出軸通過緊定螺釘固定在取樣絲杠203孔內(nèi)，取樣絲杠203外表面螺紋連接彈簧套筒204的上端，彈簧套筒204下端通過螺紋連接套筒端蓋209，彈簧套筒204內(nèi)部放置取樣彈簧205 ;取樣彈簧205通過一對(duì)推力軸承207連接取樣管螺母208的外表面，取樣管螺母208螺紋連接取樣管219。推力軸承207能夠減小取樣管螺母208在旋轉(zhuǎn)過程中對(duì)彈簧套筒204和套筒端蓋209的摩擦，同時(shí)，彈簧套筒204外表面設(shè)計(jì)為鍵的形式，與齒輪保護(hù)蓋206上部的鍵槽配合。
[0100]取樣電機(jī)201驅(qū)動(dòng)取樣絲杠203做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)彈簧套筒204在齒輪保護(hù)蓋206里上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)取樣管219做上下運(yùn)動(dòng)，通過壓縮取樣彈簧205調(diào)整取樣管219的位置。
[0101]齒輪保護(hù)蓋206通過螺釘固連在鉆桿固定板213上；在鉆桿固定板213上還通過螺釘固連旋轉(zhuǎn)電機(jī)214和一維力傳感器224 ;在鉆桿固定板213兩端對(duì)稱安有兩個(gè)直線軸承216 ;具體連接過程如下:旋轉(zhuǎn)電機(jī)214輸出軸通過鍵連接小齒輪212，小齒輪212和大齒輪215嚙合傳動(dòng)，大齒輪215通過鍵安裝在鉆桿218上，同時(shí)鉆桿218頂部螺紋連接齒輪鎖緊螺母211，用于鎖緊大齒輪215與鉆桿218的軸向位置。鉆桿218的螺旋段上端處通過一對(duì)背對(duì)背的角接觸球軸承C217固定在鉆桿固定板213上，齒輪鎖緊螺母211同時(shí)對(duì)軸承C217施加一定的預(yù)緊力，使軸承C217在鉆桿工作過程中承受一定的軸向力。下框架112的水平面上通過螺釘安裝了一個(gè)鉆桿支撐113，用來支撐鉆桿218，其材料為聚四氟乙烯，材質(zhì)比較軟，不會(huì)導(dǎo)致鉆桿218卡死的狀況。
[0102]啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)214，驅(qū)動(dòng)小齒輪212和大齒輪215旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鉆桿218做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)切削土壤和巖石；
[0103]鉆桿218為中空結(jié)構(gòu)，取樣管219采用間隙配合的方式安裝在中空鉆桿218內(nèi)部，鉆桿218上部和下部分別開有兩個(gè)銷孔，采用過盈配合的方式安裝鉆桿定位銷221。取樣管219底端為中空的形式，內(nèi)部采用間隙配合的方式安裝有鉆心220，鉆心220上開有兩個(gè)銷孔，銷孔的位置與鉆桿218下部的銷孔位置相對(duì)，取樣管219的上部和下部各有兩個(gè)銷釘槽，通過將鉆桿定位銷221穿過取樣管219上部的銷釘槽固定安裝在鉆桿218上部的銷孔中；將鉆桿定位銷221穿過取樣管219下部的銷釘槽和鉆心220的銷孔固定安裝在鉆桿218下部的銷孔中，因此當(dāng)取樣管219上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆桿定位銷221相對(duì)于取樣管219在銷釘槽內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，通過將鉆桿定位銷221和鉆心220采用過盈配合的方式固定，實(shí)現(xiàn)鉆桿定位銷221的定位，且初始狀態(tài)下鉆心220底部與鉆桿218的底部齊平，鉆心220和鉆桿218無相對(duì)運(yùn)動(dòng)；
[0104]當(dāng)取樣管219向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆桿定位銷221相對(duì)于取樣管在銷釘槽內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)，限制取樣管219的上限位置，取樣管219的下端伸出鉆桿218，取樣管219底端中空部分將對(duì)土壤樣品進(jìn)行采樣，完成樣品的取樣；當(dāng)取樣管219向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆桿定位銷221和鉆心220相對(duì)于取樣管219在銷釘槽內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)，迫使采集的土壤排出到樣品容器中；放樣時(shí)，取樣管219與樣品容器對(duì)接，通過壓縮取樣彈簧205調(diào)整取樣管219的位置使其與樣品容器保持相同高度。
[0105]所述抓鏟機(jī)構(gòu)3如圖6和圖7所示，包括:抓鏟電機(jī)301，抓鏟電機(jī)端蓋302，聯(lián)軸器B303，軸承D304，滾珠絲杠305，絲杠螺母306，連桿307，支座軸承端蓋308，抓鏟支座309，軸承E310和鏟子311。
[0106]抓鏟電機(jī)301通過螺釘固定安裝在抓鏟電機(jī)端蓋302上，同時(shí)抓鏟電機(jī)301通過聯(lián)軸器B303連接滾珠絲杠305 ;具體連接如下:抓鏟電機(jī)301輸出軸連接聯(lián)軸器B303的上端孔內(nèi)，通過緊定螺釘固定，聯(lián)軸器B303的下端孔內(nèi)連接滾珠絲杠305，滾珠絲杠305上端通過軸承D304安裝在下框架112的水平面上；抓鏟軸承端蓋114安裝在下框架112上，用來限定軸承D304的外圈軸向上限位置。滾珠絲杠305的下端通過軸承E310安裝在抓鏟支座309上，抓鏟支座309通過螺釘固定在下框架112水平面上。同時(shí)，支座軸承端蓋308通過螺釘安裝在抓鏟支座309上用來限制軸承E310的軸向位置。在滾珠絲杠305通過絲杠螺母306連接連桿307，連桿307兩端部通過鉸鏈方式分別安裝在絲杠螺母306和鏟子311上，鏟子311通過鉸鏈安裝在抓鏟支座309上。
[0107]所述抓鏟機(jī)構(gòu)3的驅(qū)動(dòng)力來自抓鏟電機(jī)301，抓鏟電機(jī)301的輸出軸通過聯(lián)軸器B303將扭矩傳遞給滾珠絲杠305，滾珠絲杠305與絲杠螺母306配合運(yùn)動(dòng)，當(dāng)滾珠絲杠305旋轉(zhuǎn)時(shí)，絲杠螺母306會(huì)沿滾珠絲杠305軸向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)絲杠螺母306向下運(yùn)動(dòng)時(shí),帶動(dòng)伊子311張開，當(dāng)絲杠螺母306向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)鏟子311合攏，從而采集小行星表面上面的土壤和巖石樣品。鏟子311的抓取部分特別設(shè)計(jì)為鋸齒狀，有利于密實(shí)土壤樣品的采集。
[0108]所述鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置包括了鉆取和抓鏟的功能，既可通過抓鏟機(jī)構(gòu)3對(duì)小行星表面樣品進(jìn)行采集，又可通過進(jìn)給機(jī)構(gòu)I和鉆取機(jī)構(gòu)2的配合使用，對(duì)小行星進(jìn)行深層采樣，樣品可保持其層理信息，有采樣量大、樣品種類多、保持樣品原樣等優(yōu)點(diǎn)。
[0109]本發(fā)明鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置的使用方法具體步驟為:
[0110]第一步、控制各個(gè)電機(jī)進(jìn)行復(fù)位；
[0111]將鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器安裝在著陸器上機(jī)械臂末端，將機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配完畢，然后將安裝板4通過螺紋連接安裝在著陸器上機(jī)械臂的末端。
[0112]啟動(dòng)進(jìn)給電機(jī)101控制進(jìn)給絲杠104做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)進(jìn)給絲杠螺母222達(dá)到最上限的位置，使微動(dòng)開關(guān)觸頭109觸發(fā)微動(dòng)開關(guān)223 ;此時(shí)進(jìn)給電機(jī)101停止轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆取機(jī)構(gòu)2停在上限位置；啟動(dòng)取樣電機(jī)201，控制取樣絲杠203旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)彈簧套筒204以及套筒端蓋209向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)彈簧套筒204運(yùn)動(dòng)到最上端時(shí)取樣管219底部與鉆桿218齊平；此時(shí)進(jìn)給機(jī)構(gòu)I和鉆取機(jī)構(gòu)2的各電機(jī)復(fù)位完成。
[0113]啟動(dòng)抓鏟電機(jī)301驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠305旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使絲杠螺母306向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)連桿307控制鏟子311達(dá)到張開的最大狀態(tài)。至此，抓鏟機(jī)構(gòu)3的抓鏟電機(jī)301復(fù)位，完成采樣工作的準(zhǔn)備工作。
[0114]第二步、判斷各電機(jī)是否復(fù)位；如果各電機(jī)沒有復(fù)位，則重復(fù)第一步，如果復(fù)位，則進(jìn)行第三步操作；[0115]利用鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器的控制系統(tǒng)檢驗(yàn)各電機(jī)是否復(fù)位；
[0116]第三步、抓鏟電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏟子采樣；
[0117]鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器的控制系統(tǒng)啟動(dòng)抓鏟電機(jī)301，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠305旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠螺母306向上運(yùn)動(dòng)，配合連桿307控制鏟子311慢慢合攏，同時(shí)鏟子311上鋸齒狀結(jié)構(gòu)開始采集小行星表面的土壤和巖石樣品，并將樣品收集在鏟子311中。
[0118]第四步、判斷鏟子是否完全合攏，如果否，則重復(fù)第三步操作，如果是，進(jìn)行如下操作后進(jìn)入第五步；
[0119]利用鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器的控制系統(tǒng)檢驗(yàn)，當(dāng)鏟子311完全合攏時(shí)，抓鏟電機(jī)301停止工作，這時(shí)機(jī)械臂調(diào)整位姿，將鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器整體豎直提升一小段距離，使鏟子311底部完全脫離小行星表面。至此，鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器完成了小行星上淺層土壤和巖石樣品的采樣工作。
[0120]第五步、鉆桿旋轉(zhuǎn)向下運(yùn)動(dòng)；
[0121]啟動(dòng)進(jìn)給電機(jī)101，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠104做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)進(jìn)給絲杠螺母222向下運(yùn)動(dòng)，由于進(jìn)給絲杠螺母222固連在鉆桿固定板213上，所以帶動(dòng)整個(gè)鉆取機(jī)構(gòu)2平穩(wěn)地向下運(yùn)動(dòng)，鉆桿218開始向下運(yùn)動(dòng)。同時(shí)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)214，驅(qū)動(dòng)小齒輪212和大齒輪215旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鉆桿218做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，開始切削土壤和巖石樣品。隨著鉆進(jìn)深度的增加，進(jìn)給力會(huì)不斷地變化，一維力傳感器224會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)給力的數(shù)值，并反饋給鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器的控制系統(tǒng)，從而調(diào)節(jié)進(jìn)給機(jī)構(gòu)I的進(jìn)給速度。 [0122]第六步、檢驗(yàn)鉆桿是否進(jìn)給到設(shè)定的深度，如果沒有達(dá)到，則重復(fù)操作第五步，如果已經(jīng)達(dá)到設(shè)定的深度，則進(jìn)行第七步操作；
[0123]第七步、提升鉆桿到設(shè)定的距離；
[0124]當(dāng)鉆桿218旋轉(zhuǎn)切削到設(shè)定深度時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)214和進(jìn)給電機(jī)101反向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給電機(jī)101輸出軸反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鉆取機(jī)構(gòu)2向上運(yùn)動(dòng)，從而鉆桿218向上運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)電機(jī)214反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鉆桿218反向旋轉(zhuǎn),將鉆孔內(nèi)壁的土壤碎屑旋入鉆孔底部，以便取樣管219進(jìn)行采樣。
[0125]第八步、檢驗(yàn)鉆桿是否提升到設(shè)定的距離；如果否，則重復(fù)操作第七步，如果達(dá)到，則進(jìn)行第九步操作；
[0126]第九步、取樣管進(jìn)行取樣；
[0127]鉆桿218向上提升到設(shè)定的距離后，進(jìn)給電機(jī)101停止工作，同時(shí)啟動(dòng)取樣電機(jī)201，通過驅(qū)動(dòng)取樣絲杠203旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)彈簧套筒204和取樣管219向下運(yùn)動(dòng)，即取樣管219上的銷釘槽相對(duì)鉆桿定位銷221向下運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，取樣管219開始對(duì)小行星的土壤和巖石樣品進(jìn)行采樣。
[0128]第十步、檢驗(yàn)取樣管是否達(dá)到下限位置；如果沒有達(dá)到，重復(fù)操作第八步，如果達(dá)到，進(jìn)行第十一步操作；
[0129]第H^一步、鉆取機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)；
[0130]當(dāng)取樣管219運(yùn)動(dòng)到下限位置時(shí)，即鉆桿定位銷221達(dá)到銷釘槽的上限位置處，取樣電機(jī)201和旋轉(zhuǎn)電機(jī)214同時(shí)停止工作，進(jìn)給電機(jī)101輸出軸開始反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠104向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)進(jìn)給絲杠螺母222和鉆桿固定板213向上運(yùn)動(dòng)，從而提升鉆桿218和鉆取機(jī)構(gòu)2向上運(yùn)動(dòng)。[0131]第十二步、檢驗(yàn)微動(dòng)開關(guān)觸頭是否觸發(fā)到微動(dòng)開關(guān)，如果沒有觸發(fā)，重復(fù)第十一步操作；如果觸發(fā)，則進(jìn)行第十三步操作；
[0132]第十三步、進(jìn)給電機(jī)停止工作，機(jī)械臂收縮；
[0133]微動(dòng)開關(guān)觸頭109觸發(fā)到微動(dòng)開關(guān)223后，鉆取機(jī)構(gòu)2到達(dá)上限位置，進(jìn)給電機(jī)101停止工作。至此，鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器完成了小行星上深層土壤和巖石樣品的采樣工作。同時(shí)，機(jī)械臂收縮到樣品容器上端。
[0134]第十四步、檢驗(yàn)鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器是否運(yùn)動(dòng)到樣品容器上端，如果沒有，重復(fù)第十三步操作，如果達(dá)到，進(jìn)行第十五步操作；
[0135]第十五步、鏟子中樣品排入容器中；
[0136]啟動(dòng)抓鏟電機(jī)301，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠305旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠螺母306向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)連桿307帶動(dòng)鏟子311慢慢張開，將鏟子311中的樣品排入容器中。
[0137]第十六步、檢驗(yàn)鏟子中樣品是否排完，如果沒有排完，重復(fù)第十五步操作，如果排完，進(jìn)行第十七步操作；
[0138]第十七步、取樣管樣品排入容器中；
[0139]取樣電機(jī)201驅(qū)動(dòng)取樣絲杠203反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)彈簧套筒204和取樣管219向上運(yùn)動(dòng)，即取樣管219上的銷釘槽相對(duì)鉆桿定位銷221向上運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，鉆心220將土壤樣品排入容器中
[0140]第十八步、檢驗(yàn)取樣管中樣品是否排完，如果沒有排完，重復(fù)第十七步操作，如果排完，進(jìn)行第十九步操作；
[0141]第十九步、將各個(gè)電機(jī)進(jìn)行復(fù)位，采樣過程結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種用于小行星探測(cè)的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置，其特征在于:包括進(jìn)給機(jī)構(gòu)、鉆取機(jī)構(gòu)、抓鏟機(jī)構(gòu)和安裝板； 所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要由進(jìn)給電機(jī)、聯(lián)軸器A、進(jìn)給絲杠、光軸、微動(dòng)開關(guān)觸頭、上框架和下框架組成； 上框架和下框架均采用L型板材結(jié)構(gòu)；分為水平面和垂直面；上框架和下框架的水平面相對(duì)平行放置；垂直面通過螺釘固定在安裝板上；進(jìn)給電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器A連接進(jìn)給絲杠，進(jìn)給絲杠兩端連接在上框架和下框架的水平面上；進(jìn)給電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 所述鉆取機(jī)構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)組件和取樣組件構(gòu)成，還包括:進(jìn)給絲杠螺母，直線軸承，鉆桿固定板以及一維力傳感器；所述的旋轉(zhuǎn)組件主要有旋轉(zhuǎn)電機(jī)，大齒輪，小齒輪和鉆桿；所述的取樣組件主要由取樣電機(jī)，取樣絲杠，彈簧套筒，取樣彈簧，取樣管和鉆心組成； 取樣電機(jī)的輸出軸固連取樣絲杠，取樣絲杠套接彈簧套筒；彈簧套筒內(nèi)放置取樣彈簧；取樣彈簧通過取樣管螺母連接取樣管，取樣電機(jī)驅(qū)動(dòng)取樣絲杠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)彈簧套筒上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)取樣管上下運(yùn)動(dòng)； 旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過鍵連接小齒輪，小齒輪和大齒輪嚙合傳動(dòng)，大齒輪通過鍵連接鉆桿，因此旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而切削樣品； 將進(jìn)給絲杠穿入進(jìn)給絲杠螺母，進(jìn)給絲杠螺母固連在鉆桿固定板上，直線軸承固連在鉆桿固定板上并安裝在兩根光軸上；兩根光軸兩端分別連接在上框架和下框架的水平面上；因此當(dāng)進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)進(jìn)給絲杠螺母沿進(jìn)給絲杠軸向上下運(yùn)動(dòng)，直線軸承沿著光軸做上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鉆桿固定板在豎直方向來回運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)鉆桿上下運(yùn)動(dòng)； 鉆桿內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，間隙配合安裝取樣管；取樣管底端為中空形式，間隙配合安裝鉆心，鉆桿上下部分別開有2個(gè)銷孔，鉆心上開有2個(gè)銷孔，鉆心銷孔的位置與鉆桿下部銷孔的位置相對(duì)，用于安裝鉆桿定位銷；取樣管上下部各有2個(gè)銷釘槽，通過將鉆桿定位銷穿過取樣管的銷釘槽以及鉆心的銷孔固定安裝在鉆桿的銷孔中，通過將鉆桿定位銷和鉆心采用過盈配合的方式固定，實(shí)現(xiàn)鉆桿定位銷的定位； 當(dāng)取樣管向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆桿定位銷相對(duì)于取樣管在銷釘槽內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)，限制取樣管的上限位置，取樣管下端伸出鉆桿，取樣管底端中空部分將對(duì)土壤樣品進(jìn)行采樣，完成樣品的取樣；當(dāng)取樣管向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆桿定位銷和鉆心相對(duì)于取樣管在銷釘槽內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)，迫使采集的土壤排出到樣品容器中； 所述抓鏟機(jī)構(gòu)用以采集小行星的表層樣品，主要由抓鏟電機(jī)、聯(lián)軸器B、滾珠絲杠、絲杠螺母、連桿、抓鏟支座和鏟子組成； 抓鏟電機(jī)通過聯(lián)軸器B連接滾珠絲杠，滾珠絲杠上端連接在下框架上，滾珠絲杠下端連接在抓鏟支座上，抓鏟支座固定在下框架上，滾珠絲杠通過絲杠螺母連接連桿，連桿兩端分別安裝在絲杠螺母和鏟子上；鏟子通過鉸鏈安裝在抓鏟支座上；抓鏟電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠螺母在豎直方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)鏟子的開合，從而采集樣品。
2.如權(quán)利要求1所述的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置，其特征在于:安裝板設(shè)計(jì)為立式板狀結(jié)構(gòu)，將進(jìn)給機(jī)構(gòu)、鉆取機(jī)構(gòu)和抓鏟機(jī)構(gòu)接成一個(gè)整體，并且通過螺釘固定安裝在著陸器上采樣機(jī)械臂的末端。
3.如權(quán)利要求1所述的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置，其特征在于:兩根光軸和進(jìn)給絲杠均立式平行放置，橫截面呈三角形排列。
4.如權(quán)利要求1所述的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置，其特征在于:上框架上安有一個(gè)微動(dòng)開關(guān)觸頭，配合微動(dòng)開關(guān)限定鉆取機(jī)構(gòu)的上限位置。
5.如權(quán)利要求1所述的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置，其特征在于:進(jìn)給電機(jī)的輸出軸安裝在聯(lián)軸器A的上端孔內(nèi)，通過螺釘預(yù)緊固定，聯(lián)軸器A的下端孔內(nèi)安裝進(jìn)給絲杠的上端軸，并通過進(jìn)給絲杠鎖緊螺母進(jìn)行鎖緊固定。
6.如權(quán)利要求1所述的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置，其特征在于:所述彈簧套筒外表面設(shè)計(jì)為鍵的形式，與齒輪保護(hù)蓋上部的鍵槽配合。
7.應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器裝置的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器使用方法具體步驟為: 第一步、控制各個(gè)電機(jī)進(jìn)行復(fù)位； 將鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器安裝在著陸器上機(jī)械臂末端，啟動(dòng)進(jìn)給電機(jī)控制進(jìn)給絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)進(jìn)給絲杠螺母達(dá)到最上限的位置，使微動(dòng)開關(guān)觸頭觸發(fā)微動(dòng)開關(guān)，進(jìn)給電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆取機(jī)構(gòu)停在上限位置；啟動(dòng)取樣電機(jī)，控制取樣絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)彈簧套筒向上運(yùn)動(dòng)到最上端時(shí)取樣管底部與鉆桿齊平；啟動(dòng)抓鏟電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使絲杠螺母向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)連桿控制鏟子達(dá)到張開的最大狀態(tài)； 第二步、判斷各電機(jī)是否復(fù)位；如果否，則返回第一步，如果復(fù)位，則進(jìn)行第三步操作； 第三步、抓鏟電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏟子采樣； 啟動(dòng)抓鏟電機(jī)，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠螺母向上運(yùn)動(dòng)，配合連桿控制鏟子慢慢合攏進(jìn)行采樣； 第四步、判斷鏟子是否完全合攏，如果否，則返回第三步，如果是，進(jìn)行如下操作后進(jìn)入第五步； 當(dāng)鏟子完全合攏時(shí)，抓鏟電機(jī)停止工作，機(jī)械臂將鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器整體豎直提升，直至鏟子底部完全脫離小行星表面； 第五步、鉆桿旋轉(zhuǎn)向下運(yùn)動(dòng)； 啟動(dòng)進(jìn)給電機(jī)，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)進(jìn)給絲杠螺母向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鉆桿開始向下運(yùn)動(dòng)；同時(shí)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)小齒輪和大齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鉆桿做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，開始切削樣品； 第六步、檢驗(yàn)鉆桿是否進(jìn)給到設(shè)定的深度，如果沒有達(dá)到，則返回操作第五步，如果已經(jīng)達(dá)到設(shè)定的深度，則進(jìn)行第七步操作； 第七步、提升鉆桿到設(shè)定的距離； 當(dāng)鉆桿旋轉(zhuǎn)切削到設(shè)定深度時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鉆桿反向向上旋轉(zhuǎn); 第八步、鉆桿是否提升到設(shè)定的距離；如果否，則重復(fù)操作第七步，如果達(dá)到，則進(jìn)行第九步操作； 第九步、取樣管進(jìn)行取樣； 鉆桿向上提升到設(shè)定距離后，進(jìn)給電機(jī)停止工作，同時(shí)啟動(dòng)取樣電機(jī)，通過驅(qū)動(dòng)取樣絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)取樣管向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行采樣；第十步、檢驗(yàn)取樣管是否達(dá)到下限位置；如果沒有達(dá)到，重復(fù)操作第八步，如果達(dá)到，進(jìn)行第十一步操作； 第十一步、鉆取機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)； 取樣管運(yùn)動(dòng)到下限位置時(shí)，取樣電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)同時(shí)停止工作，進(jìn)給電機(jī)輸出軸開始反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給絲杠向上運(yùn)動(dòng)，提升鉆桿和鉆取機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)； 第十二步、檢驗(yàn)微動(dòng)開關(guān)觸頭是否觸發(fā)到微動(dòng)開關(guān)，如果沒有觸發(fā)，重復(fù)第十一步操作；如果觸發(fā)，則進(jìn)行第十三步操作； 第十三步、進(jìn)給電機(jī)停止工作，機(jī)械臂收縮； 微動(dòng)開關(guān)觸頭觸發(fā)到微動(dòng)開關(guān)后，鉆取機(jī)構(gòu)到達(dá)上限位置，進(jìn)給電機(jī)停止工作；同時(shí)，機(jī)械臂收縮到樣品容器上端； 第十四步、檢驗(yàn)鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器是否運(yùn)動(dòng)到樣品容器上端，如果沒有，重復(fù)第十三步操作，如果達(dá)到，進(jìn)行第十五步操作； 第十五步、鏟子中樣品排入容器中； 啟動(dòng)抓鏟電機(jī)，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠螺母向下運(yùn)動(dòng)，連桿帶動(dòng)鏟子張開，將樣品排入容器； 第十六步、檢驗(yàn)鏟子 中樣品是否排完，如果沒有排完，重復(fù)第十五步操作，如果排完，進(jìn)行第十七步操作； 第十七步、取樣管樣品排入容器中； 取樣電機(jī)驅(qū)動(dòng)取樣絲杠反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)取樣管向上運(yùn)動(dòng)，鉆心將樣品排入容器中第十八步、檢驗(yàn)取樣管中樣品是否排完，如果沒有排完，重復(fù)第十七步操作，如果排完，進(jìn)行第十九步操作； 第十九步、將各個(gè)電機(jī)進(jìn)行復(fù)位，采樣過程結(jié)束。
8.如權(quán)利要求7所述的鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器使用方法，其特征在于:一維力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)給力的數(shù)值，并反饋給鉆取抓鏟式復(fù)合采樣器的控制系統(tǒng)，從而調(diào)節(jié)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度。
【文檔編號(hào)】G01N1/08GK104034557SQ201410298650
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】丁希侖, 李京霖, 張濤 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)