一种钻铲结合的月球深铲定量采样装置的制作方法

本发明属于空间机器人、深空探测，尤其涉及一种钻铲结合的月球深铲定量采样装置。

背景技术：

1、月球用采样机械臂进行采样时，月地通信实时性差，要求机械臂采样末端功能性多样、安全保护措施高、星表地形适应性强等，同时受限于月面投送能力，要求采样末端结构紧凑、重量轻。现有星表采样装置多使用多电机的模式，一组电机与传感器实现一项功能。机械臂实现深铲剖面形成、定量采样、落样等多依靠控制系统驱动不同装置实现，导致现有采样末端集成电机数量多、重量大、集成度差，对月地通讯依赖度高。

2、现有星表采样装置的技术路线主要可分为铲挖类和钻进类两种，其中铲挖类产品主要针对干壤，铲挖量大、壤温升损失小，但对于冻壤适应性低，对大颗粒星壤和星岩含量高的地形适应性差；钻进类产品有良好的星表适应性，可实现大深度采样，但钻进过程对星壤分层结构破坏大、壤温升高。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种钻铲结合的月球深铲定量采样装置，给出了一种使用一组驱动电机与传感器的情况下的集成化、轻量化采样方案，可实现多种功能集成的月面定量采样。

2、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种钻铲结合的月球深铲定量采样装置，包括：电机组件、行星减速器、单向回转冲击机构和采样铲；其中，电机组件、行星减速器单向回转冲击机构和采样铲依次连接。

3、在上述钻铲结合的月球深铲定量采样装置中，单向回转冲击机构，包括：转接块、压缩弹簧、冲击块、冲击凸轮、一对单向机构、旋转变压器、一对角接触球轴、一对轴承修磨隔套、圆螺母、盖板和壳体；

4、转接块、压缩弹簧、冲击块、冲击凸轮、旋转变压器、一对角接触球轴、一对轴承修磨隔套和圆螺母位于壳体内，并通过盖板封装；

5、转接块安装在行星减速器的输出轴上，与冲击块通过花键直线副连接；

6、压缩弹簧的一端与单向回转冲击机构的壳体连接，另一端与冲击块连接；

7、一对角接触球轴背对背安装，形成简支轴系；

8、冲击凸轮通过圆螺母固定于简支轴系上；其中，冲击凸轮位于冲击块下方；圆螺母套装在冲击凸轮的轴上，位于一对角接触球轴下方；

9、一对轴承修磨隔套分别套装在一对角接触球轴外侧，用于对简支轴系进行预紧和调整；

10、旋转变压器的转子与冲击凸轮的轴连接，定子固定在单向回转冲击机构的壳体上；其中，旋转变压器位于一对角接触球轴上方；

11、一对单向机构对称安装在单向回转冲击机构的壳体侧面，用于实现对冲击凸轮的锁止/解锁。

12、在上述钻铲结合的月球深铲定量采样装置中，

13、电机组件与行星减速器之间通过法兰a连接，并通过电机组件的输出轴插入行星减速器的太阳轮的方式进行传动；

14、行星减速器与单向回转冲击机构之间通过法兰b连接，并通过行星减速器的输出轴插入转接块的方式进行传动；

15、单向回转冲击机构与采样铲通过冲击凸轮上伸出的铲杆连接，铲杆插入采样铲的连接口中，并通过轴向定位螺钉与扁口连接传动。

16、在上述钻铲结合的月球深铲定量采样装置中，

17、电机组件，用于感知转动速度，同时通过同轴布置的行星减速器进行减速增扭，实现驱动；

18、行星减速器，用于在电机组件的驱动下，利用直线副驱动单向回转冲击机构动作；

19、单向回转冲击机构，用于在行星减速器的驱动下，驱动冲击凸轮作旋转运动，以及在轴向方向进行压缩所述压缩弹簧的直线运动，进而带动采样铲动作；

20、采样铲，用于在单向回转冲击机构的驱动下，执行铲挖与钻取动作。

21、在上述钻铲结合的月球深铲定量采样装置中，单向机构，包括：卡榫和与卡榫连接的卡榫弹簧；

22、电机组件正转时，冲击凸轮单向制动，冲击块旋转冲击：电机组件正转时，卡榫在卡榫弹簧的压缩下卡入冲击凸轮的单向传动槽中，锁止冲击凸轮的旋转，并由旋转变压器确认锁止运动，运动时由一对角接触球轴承支撑，冲击块沿冲击凸轮上升和冲击，反复压缩和释放压缩弹簧撞击冲击凸轮，进而将冲击能量通过冲击凸轮上伸出的铲杆传递至采样铲，带动采样铲作振动运动，实现正转冲击；

23、电机组件反转时，冲击块的转轴与冲击凸轮单向传动，实现采样铲的旋转钻进：电机组件反转时，卡榫被冲击凸轮压缩，单向传动槽释放，单向机构解除对冲击凸轮的旋转锁止，冲击块的滚轮压紧冲击凸轮的垂直段实现旋转传动，旋转时由旋转变压器实现位置确认，并由一对角接触球轴承支撑，进而通过冲击凸轮上伸出的铲杆带动采样铲作回转运动，实现反转旋转钻进。

24、在上述钻铲结合的月球深铲定量采样装置中，冲击块的材料为钢，冲击凸轮的材料为钛。

25、在上述钻铲结合的月球深铲定量采样装置中，冲击凸轮采用正弦型曲线设计。

26、在上述钻铲结合的月球深铲定量采样装置中，冲击块两侧安装有滚轮，滚轮可沿冲击凸轮的旋转面滚动以降低阻力。

27、在上述钻铲结合的月球深铲定量采样装置中，冲击块的冲击段为垂直结构。

28、在上述钻铲结合的月球深铲定量采样装置中，

29、采样铲设计为斗型剖面，下半段为圆弧段，上半段为直线段；

30、采样铲端部为v型，自带定心铲齿；定心铲齿的单齿为梯形结构；

31、定量容样槽位于采样铲圆弧段下方，以利于取样；其中，定量容样槽的开口位置在于采样铲背部，共设置4个定量容样槽以满足采样量要求，采样铲在正面进行了鼓包以容纳4个定量容样槽。

32、本发明具有以下优点：

33、本发明公开了一种钻铲结合的月球深铲定量采样装置，首先为采样机械臂提供了深铲剖面形成能力；其次通过行星减速器和单向回转机构使采样装置具有正转振动冲击、反向旋转钻进的能力，提高了采样装置对复杂环境的适应性；最后通过采样铲铲齿设计与采样铲背面的定量容样槽设计实现了一体化定量取样与振动落样，实现了单一驱动源情况下的多功能实现，能够良好满足月面采样任务要求。

技术特征：

1.一种钻铲结合的月球深铲定量采样装置，其特征在于，包括：电机组件(1)、行星减速器(2)、单向回转冲击机构(3)和采样铲(4)；其中，电机组件(1)、行星减速器(2)单向回转冲击机构(3)和采样铲(4)依次连接。

2.根据权利要求1所述的钻铲结合的月球深铲定量采样装置，其特征在于，单向回转冲击机构(3)，包括：转接块(301)、压缩弹簧(302)、冲击块(303)、冲击凸轮(304)、一对单向机构、旋转变压器(307)、一对角接触球轴(308)、一对轴承修磨隔套(309)、圆螺母(310)、盖板(311)和壳体(312)；

3.根据权利要求2所述的钻铲结合的月球深铲定量采样装置，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的钻铲结合的月球深铲定量采样装置，其特征在于，

5.根据权利要求2所述的钻铲结合的月球深铲定量采样装置，其特征在于，单向机构，包括：卡榫(305)和与卡榫(305)连接的卡榫弹簧(306)；

6.根据权利要求2所述的钻铲结合的月球深铲定量采样装置，其特征在于，冲击块(303)的材料为钢，冲击凸轮(304)的材料为钛。

7.根据权利要求2所述的钻铲结合的月球深铲定量采样装置，其特征在于，冲击凸轮(304)采用正弦型曲线设计。

8.根据权利要求2所述的钻铲结合的月球深铲定量采样装置，其特征在于，冲击块(303)两侧安装有滚轮，滚轮可沿冲击凸轮(304)的旋转面滚动以降低阻力。

9.根据权利要求2所述的钻铲结合的月球深铲定量采样装置，其特征在于，冲击块(303)的冲击段(3031)为垂直结构。

10.根据权利要求1所述的钻铲结合的月球深铲定量采样装置，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种钻铲结合的月球深铲定量采样装置，包括依次设置的电机组件、行星减速器、单向回转冲击机构和采样铲。该采样装置的特点如下：1)安装于机械臂末端，具有形成铲挖剖面的功能，可在机械臂带动下形成所需深度的剖面，实现月表定深度铲挖取样；2)使用行星减速器连接电机组件与冲击凸轮，实现同轴减速传动；3)采样铲背面设置定量采样槽，可利用土围压实现定量采样，并在回转冲击机构振动下有效落样；4)采样铲可围绕轴单向转动，通过卡榫装置与冲击凸轮配合，实现正转振动冲击，反转铲杆钻进的功能，实现了采样铲回转脱困和旋转钻进的功能。

技术研发人员：巩雪鉴,王储,何永强,陈磊,张沛,张昕蕊,张伟伟,潘博,姜生元
受保护的技术使用者：北京空间飞行器总体设计部
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27