一种火星剖面绳驱伸缩式钻探采样器的制作方法

1.本发明属于地外天体采样探测领域，特别是涉及一种火星剖面绳驱伸缩式钻探采样器。


背景技术：

2.目前，深空探测由月球向深空挺进，未来深空探测主要以火星和火星探测为代表。其中，火星保留着人类研究太阳系与生命起源及演化等重大科学问题的重要信息，火星探测对沿领域及空间技术的发展具有重大的科学意义，火星采样是火星探测的核心任务之一。因此，开展火星采样技术研究，对支撑未来火星探测任务具有重要意义。
3.目前地外天体采样方式多为使用单杆钻具钻进，受尺寸、功率等要求限制，难以达到较大深度的探测。对此国外mrosa2原型样机、deedri设备及exomars采样装置均采用多杆组接钻探取样方法，经螺纹连接完成钻杆接卸以达到2m:2.5m深度钻探采样。但该类系统物理组成较多，钻探动作流程及控制逻辑复杂，单机可靠性较差。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种火星剖面绳驱伸缩式钻探采样器,以解决地外采样钻具结构复杂动作流程复杂可靠性差的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种火星剖面绳驱伸缩式钻探采样器，包括摆臂单元、进尺加载单元、回转伸缩单元和取芯单元，所述摆臂单元一侧与进尺加载单元活动连接，所述进尺加载单元远离摆臂单元一侧与回转伸缩单元相连，所述回转伸缩单元下端设置取芯单元，所述摆臂单元用于驱动进尺加载单元动作，所述进尺加载单元用于驱动回转伸缩单元上下方向动作，所述回转伸缩单元用于旋转钻进，所述取芯单元用于封装样品；
6.回转伸缩单元包括伸缩驱动组件、伸缩绳轮、第三牵引绳、回转驱动组件、导轮组件、内钻杆、外钻杆、轴承座、从动轴和限位组件，所述伸缩驱动组件用于驱动伸缩绳轮转动，所述伸缩驱动组件与从动轴相连，所述伸缩绳轮转动连接在从动轴内，所述从动轴转动连接在轴承座内，所述从动轴与回转驱动组件相连，所述回转驱动组件与轴承座相连，所述内钻杆上端与从动轴下端相连，所述内钻杆滑动设置在外钻杆内，所述导轮组件固定在内钻杆下端，所述第三牵引绳两个自由端均固定在外钻杆上后形成绳环，所述绳环的下部套在导轮组件上，所述绳环的上部固定在伸缩绳轮上，所述伸缩绳轮转动时通过第三牵引绳带动外钻杆动作。
7.更进一步的，所述摆臂单元包括机座摆转电机、旋转支架、卡销和基座，所述机座摆转电机固定连接在基座上，所述旋转支架转动连接基座上，所述机座摆转电机的转动端与旋转支架相连，所述旋转支架包括固定部和转动部，所述转动部的下端转动连接在固定部远离机座摆转电机的一端，所述转动部的上端与固定部靠近机座摆转电机一端在张开后通过卡销限位。
8.更进一步的，所述进尺加载单元包括上加载导轮、下加载导轮、二级进尺绳轮、直线导轨、滑动导轮组、一级进尺绳轮、第二滑动导轮组、第一牵引绳、第二牵引绳和锚固针，所述直线导轨的上下两端分别固定设置上加载导轮和下加载导轮，所述第一牵引绳的两端分别固定在直线导轨的上下两端，所述第一牵引绳部分绕进一级进尺绳轮内，所述一级进尺绳轮固定设置在第二滑动导轮组上，所述第二滑动导轮组滑动设置在直线导轨一侧，所述第二滑动导轮组与转动部固定连接，所述二级进尺绳轮固定连接在直线导轨上，所述第一牵引绳的一端绕进二级进尺绳轮后经上加载导轮换向后连接在滑动导轮组的上端，所述第一牵引绳的另一端经下加载导轮换向后连接在滑动导轮组的下端，所述滑动导轮组与轴承座相连，所述滑动导轮组滑动连接在直线导轨上，所述锚固针固定连接在直线导轨的下部。
9.更进一步的，所述导轮组件包括导轮、导轮支架和第一锁紧销，所述导轮转动连接在导轮支架上，所述导轮支架通过第一锁紧销固定连接在内钻杆的下端。
10.更进一步的，所述回转伸缩单元还包括花键副，所述内钻杆周侧固定连接花键副，所述花键副滑动连接在外钻杆内，所述花键副为下宽上窄的楔形结构，当内钻杆向上运动到一定位置时花键副与外钻杆之间的力矩大于外钻杆向下钻进的阻力。
11.更进一步的，所述花键副通过限位组件固定连接在内钻杆上。
12.更进一步的，所述限位组件为第二锁紧销。
13.更进一步的，所述回转伸缩单元还包括防尘密封件和第一压块，所述防尘密封件通过第一压块固定在外钻杆的上端，所述防尘密封件与内钻杆滑动连接。
14.更进一步的，所述回转驱动组件包括回转从动齿轮、回转驱动电机和回转主动齿轮，所述回转驱动电机的转动端与回转主动齿轮相连，所述从动轴上设有回转从动齿轮，所述回转主动齿轮与回转从动齿轮相啮合，所述回转驱动电机与轴承座相连。
15.更进一步的，所述伸缩驱动组件包括伸缩驱动电机和伸缩锥齿轮，所述伸缩驱动电机固定连接在从动轴上，所述伸缩驱动电机的输出端与伸缩锥齿轮相连，所述伸缩锥齿轮与伸缩绳轮上的锥齿轮相啮合，所述伸缩锥齿轮转动连接在从动轴内。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.1、通过摆臂单元的设置，能够选定后再将回转伸缩单元转动朝下，这样可以节省空间，便于移动的进行，也便于选取钻进点；
18.2、通过回转伸缩单元的设置，能够进行钻进，同时结构简单可靠；
19.3、通过进尺加载单元的设置，能够进行上下方向上的进尺驱动，能够不受地外特殊环境的影响进行可靠的工作；
20.4、通过导轮的设置，能够让外钻杆下降过程平稳，可靠性高；
21.5、内钻杆和外钻杆可相对运动，从而延长整体的钻进长度。
附图说明
22.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1为本发明所述的一种火星剖面绳驱伸缩式钻探采样器的结构示意图；
24.图2为本发明所述的进尺加载单元的结构示意图；
25.图3为本发明所述的回转伸缩单元的结构示意图；
26.图4为本发明所述的的结构示意图的部分部件结构示意图。
27.摆臂单元1；机座摆转电机10；旋转支架11；卡销12；基座13；进尺加载单元2；上加载导轮201；下加载导轮202；二级进尺绳轮21；直线导轨22；滑动导轮组23；一级进尺绳轮24；第二滑动导轮组25；第一牵引绳26；第二牵引绳27；锚固针28；回转伸缩单元3；伸缩驱动电机30；伸缩锥齿轮31；伸缩绳轮32；第三牵引绳33；回转从动齿轮34；回转驱动电机35；回转主动齿轮36；内钻杆37；防尘密封件38；外钻杆39；第一压块310；花键副311；导轮312；导轮支架313；第一锁紧销314；第二锁紧销315；第二压块316；压线接头317；轴承座318；从动轴319；取芯单元4。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.参见附图说明本实施方式，一种火星剖面绳驱伸缩式钻探采样器，包括摆臂单元1、进尺加载单元2、回转伸缩单元3和取芯单元4，所述摆臂单元1一侧与进尺加载单元2活动连接，所述进尺加载单元2远离摆臂单元1一侧与回转伸缩单元3相连，所述回转伸缩单元3下端设置取芯单元4，所述摆臂单元1用于驱动进尺加载单元2动作，所述进尺加载单元2用于驱动回转伸缩单元3上下方向动作，所述回转伸缩单元3用于旋转钻进，所述取芯单元4用于封装样品，取芯单元4为取样器，为现有技术，此处不做过多赘述；
30.回转伸缩单元3包括伸缩驱动组件、伸缩绳轮32、第三牵引绳33、回转驱动组件、导轮组件、内钻杆37、外钻杆39、轴承座318、从动轴319和限位组件，所述伸缩驱动组件用于驱动伸缩绳轮32转动，所述伸缩驱动组件与从动轴319相连，所述伸缩绳轮32转动连接在从动轴319内，所述从动轴319转动连接在轴承座318内，所述从动轴319与回转驱动组件相连，所述回转驱动组件与轴承座318相连，所述内钻杆37上端与从动轴319下端相连，所述内钻杆37滑动设置在外钻杆39内，所述导轮组件固定在内钻杆37下端，所述第三牵引绳33两个自由端均固定在外钻杆39上后形成绳环，所述绳环的下部套在导轮组件上，所述绳环的上部固定在伸缩绳轮32上，所述伸缩绳轮32转动时通过第三牵引绳33带动外钻杆39动作，通过伸缩驱动组件带动伸缩绳轮32转动，伸缩绳轮32进行转动会通过第三牵引绳33将外钻杆39进行下方，从而使内钻杆37和外钻杆39的整体高度延长，从而获得更长的钻进深度。
31.在实施例中，所述摆臂单元1包括机座摆转电机10、旋转支架11、卡销12和基座13，所述机座摆转电机10固定连接在基座13上，所述旋转支架11转动连接基座13上，所述机座摆转电机10的转动端与旋转支架11相连，所述旋转支架11包括固定部和转动部，所述转动部的下端转动连接在固定部远离机座摆转电机10的一端，所述转动部的上端与固定部靠近机座摆转电机10一端在张开后通过卡销12限位，通过机座摆转电机10驱动旋转支架11进行转动，能够帮助寻找合适的钻进点，钻进点选定后将旋转支架11张开，然后通过卡销12进行限位，旋进工作准备就绪。
32.在实施例中，所述进尺加载单元2包括上加载导轮201、下加载导轮202、二级进尺绳轮21、直线导轨22、滑动导轮组23、一级进尺绳轮24、第二滑动导轮组25、第一牵引绳26、
第二牵引绳27和锚固针28，所述直线导轨22的上下两端分别固定设置上加载导轮201和下加载导轮202，所述第一牵引绳26的两端分别固定在直线导轨22的上下两端，所述第一牵引绳26部分绕进一级进尺绳轮24内，所述一级进尺绳轮24固定设置在第二滑动导轮组25上，所述第二滑动导轮组25滑动设置在直线导轨22一侧，所述第二滑动导轮组25与转动部固定连接，所述二级进尺绳轮21固定连接在直线导轨22上，所述第一牵引绳26的一端绕进二级进尺绳轮21后经上加载导轮201换向后连接在滑动导轮组23的上端，所述第一牵引绳26的另一端经下加载导轮202换向后连接在滑动导轮组23的下端，所述滑动导轮组23与轴承座318相连，所述滑动导轮组23滑动连接在直线导轨22上，所述锚固针28固定连接在直线导轨22的下部，通过一级进尺绳轮24驱动直线导轨22向下运动，锚固针28扎入地面后完成锚定，然后二级进尺绳轮21通过第二牵引绳27带动滑动导轮组23向下运动继而带动回转伸缩单元3向下运动，进行钻进工作。
33.在实施例中，所述导轮组件包括导轮312、导轮支架313和第一锁紧销314，所述导轮312转动连接在导轮支架313上，所述导轮支架313通过第一锁紧销314固定连接在内钻杆37的下端，通过第一锁紧销314安装的方式，简单可靠，不易出现故障，也便于后期拆卸维修，导轮312能够起到平滑过渡的作用。
34.在实施例中，所述回转伸缩单元3还包括花键副311，所述内钻杆37周侧固定连接花键副311，所述花键副311滑动连接在外钻杆39内，所述花键副311为下宽上窄的楔形结构，当内钻杆37向上运动到一定位置时花键副311与外钻杆39之间的力矩大于外钻杆39向下钻进的阻力。
35.在实施例中，所述花键副311通过第二锁紧销315固定连接在内钻杆37上，通过第二锁紧销315安装的方式，简单可靠，不易出现故障，也便于后期拆卸维修。
36.在实施例中，所述回转伸缩单元3还包括防尘密封件38和第一压块310，所述防尘密封件38通过第一压块310固定在外钻杆39的上端，所述防尘密封件38与内钻杆37滑动连接，通过防尘密封件38能够提高内钻杆37和外钻杆39之间连接的密封性，防止受外界环境影响。
37.在实施例中，所述回转驱动组件包括回转从动齿轮34、回转驱动电机35和回转主动齿轮36，所述回转驱动电机35的转动端与回转主动齿轮36相连，所述从动轴319上设有回转从动齿轮34，所述回转主动齿轮36与回转从动齿轮34相啮合，所述回转驱动电机35与轴承座318相连，通过回转驱动电机35驱动回转主动齿轮36转动，回转主动齿轮36会通过回转从动齿轮34带动从动轴319进行转动，继而带动内钻杆37和外钻杆39同步转动进行钻进。
38.在实施例中，所述伸缩驱动组件包括伸缩驱动电机30和伸缩锥齿轮31，所述伸缩驱动电机30固定连接在从动轴319上，所述伸缩驱动电机30的输出端与伸缩锥齿轮31相连，所述伸缩锥齿轮31与伸缩绳轮32上的锥齿轮相啮合，所述伸缩锥齿轮31转动连接在从动轴319内，通过伸缩驱动电机30带动伸缩锥齿轮31转动，伸缩锥齿轮31会带动伸缩绳轮32转动，从而带动外钻杆39进行运动，压线接头317为第三牵引绳33的两个自由端，通过第二压块316固定在外钻杆39上。
39.使用时，通过机座摆转电机10带动旋转支架11进行转动，选定好锚定地点后将旋转支架11张开使得锚固针28竖直向下，然后通过一级进尺绳轮24带动第一牵引绳26运动，第一牵引绳26会带动直线导轨22向下运动，直线导轨22向下运动会使锚固针28插入地面完
成锚定，然后通过二级进尺绳轮21驱动第二牵引绳27带动滑动导轮组23向下运动，滑动导轮组23向下运动会带动回转伸缩单元3向下运动，此时通过回转驱动电机35带动回转主动齿轮36进行转动，回转主动齿轮36进行转动会带动回转从动齿轮34进行转动，回转从动齿轮34会通过从动轴319带动内钻杆37进行转动，内钻杆37会通过花键副311带动外钻杆39进行转动，这样旋转的外钻杆39配合滑动导轮组23向下的带动作用，进行钻进工作。
40.钻进到一定深度后，通过二级进尺绳轮21带动滑动导轮组23向上运动，此时通过伸缩驱动电机30运转带动伸缩锥齿轮31进行转动，伸缩锥齿轮31进行转动会带动伸缩绳轮32进行转动，伸缩绳轮32进行转动会将已经缠绕在伸缩绳轮32上的第三牵引绳33下放，从而使外钻杆39和内钻杆37相对运动，当内钻杆37向上运动到一定位置时花键副311与外钻杆39之间的力矩大于外钻杆39向下钻进的阻力，此时便可以继续向下进行钻进。
41.以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。