[發明專利]一種多桿深層月壤采樣器的換桿定位機構及換桿定位方法

無效

• 申請號: 201010241978.9
• 申請日: 2010-07-30
• 公開（公告）號: CN101936822A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 丁希侖;安迎和;李可佳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 官漢增

技術領域

本發明屬于空間資源探測技術領域，具體涉及一種多桿深層月壤采樣器的換桿定位機構及換桿定位方法。

背景技術

月球一直是人類進行深空探測的主要目標，月球上的資源和能源是對地球的重要補充，美國、日本、歐洲航天局、俄羅斯、印度和中國等國家和組織都已開展或正在開展探月計劃。中國代號為“嫦娥工程”的月球探測工程已經啟動，其三個階段“繞”、“落”、“回”中的“繞”已經圓滿完成，在即將進行的“落”和“回”兩個階段，都需要利用能夠適應月球特殊環境的月壤采樣器來完成相應的月壤采樣任務。

美國和蘇聯已有成功的月球土壤采樣經歷，此外國內外的學者也提出了各種各樣的采樣器方案，已公開的采樣器方案各具特色，但普遍存在諸如采樣深度淺、采樣量小、所采樣品不能保持原樣、樣品易遺失或者采樣器只能進行一次采樣的不足。面向月壤采集的多桿深層采樣器能同時改善這些缺陷，采樣器理論上鉆探深度可達1.5米，可以反復鉆探取樣。采集到的樣品既可以存在回收箱內，也可以保留在鉆桿中——空心鉆桿中的防脫落裝置保證樣品不遺失，因此可以實現大量采樣和保持樣品原樣采集。

然而，在專利號為ZL2007101211118的專利中記載的采樣器的樣機試驗中仍然發現一些不足：第一，換桿定位機構均采用電磁鐵加彈簧方式實現固定鉆桿和定位的功能，工作能耗較大。在鉆桿下鉆過程中，大量電能用于產生克服彈簧的彈性勢能的電磁力，這些能耗大大降低了采樣器的工作時間，能量的有效利用率低。第二，鉆桿夾持機構的四組夾持器均由4個夾片和4個彈簧構成，結構比較復雜。復雜的機構使整個系統的重量增加，采樣器的發射成本和故障率都會隨之增加。此外，采用電磁鐵方式夾持鉆桿還需要添加相應的控制模塊，增加了控制系統的復雜程度。第三，動力部分中旋轉電機輸出軸連接的齒輪箱和聯軸器在垂直方向運動到鉆桿夾持機構處時會出現干涉，影響鉆桿的繼續下鉆，導致實際的采樣深度沒有達到理論深度。在已公開的申請號為200820231882.2的專利中給出了一種配有獨立的電機的鉆桿夾緊機構，采用一個電機驅動兩個對稱的夾塊實現鉆桿的夾持，為每個鉆桿均配備這樣一個夾緊裝置顯然能耗也很大，而且體積也過于龐大。因此，如何對該深層月壤采樣器進行內部結構改進，使得它能夠克服以上不足是本發明的宗旨。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種多桿深層月壤采樣器的換桿定位機構及換桿定位方法。該換桿定位機構的結構簡單，能耗低，簡化了控制過程，同時該換桿定位機構還解決了運動干涉問題，使鉆桿能實現完全下鉆，達到預期的采樣深度。

所述的多桿深層月壤采樣器的換桿定位機構包括夾持機構和換桿機構。

所述的夾持機構包括上端導向機構、下端支撐機構和中心轉軸。所述的換桿機構、上端導向機構和下端支撐機構分別位于中心轉軸的頂端、中間位置和底端。

所述的下端支撐機構包括筒形夾具、拉緊彈簧、筒形夾具轉軸、夾具轉盤、螺栓A和螺母A。

所述的夾具轉盤為帶有對稱C型叉架的圓盤結構，中心位置通過螺栓A和螺母A固定連接在中心轉軸的底端；每個C型叉架的兩個自由端方向上分別具有兩個插孔，兩個插孔間的距離與筒形夾具的兩個夾片連接后相對的兩個轉軸孔A的距離相同；筒形夾具通過對稱C型叉架固定在轉盤上。

所述的筒形夾具為中空的圓筒形薄壁結構，由兩個對稱的可張開或閉合的夾片組成，每個夾片為半圓筒形薄壁結構，兩個夾片的半徑大小滿足筒形夾具在閉合時的內徑與搭配使用的鉆桿的外徑相同；兩個夾片的兩條側邊的中部分別具有一個凸出的轉軸孔A，轉軸孔A的外邊緣為圓弧形，筒形夾具轉軸穿過轉軸孔A和夾具轉盤的叉架的插孔，將夾片與夾具轉盤上的叉架相連接，并且兩個夾片的彼此相對連接，彼此之間留有側面縫隙；并保證兩個夾片相接觸的圓弧形邊緣部位相切，起到在筒形夾具張開和閉合中摩擦輪的作用。該側面縫隙的距離自轉軸孔A處向上為平行的等距離，自轉軸孔A處向下為喇叭形逐漸增大的距離，并一直延伸到夾片的底面，便于筒形夾具按預期角度張開；兩個夾片的底面之間也留有平行的底面縫隙，底面縫隙的大小與側面縫隙在夾片底面的距離大小相同，兩夾片的底面的相對的兩條邊的中心位置固定連接有拉緊彈簧。

所述的筒形夾具的個數與多桿深層月壤采樣器使用的鉆桿的數量和外徑尺寸有關，筒形夾具的個數設定應根據實際工作需要，并注意避免鉆桿在下鉆過程中與下端支撐機構產生運動干涉的問題；通常多桿深層月壤采樣器使用的鉆桿的外徑尺寸為20mm～40mm，則筒形夾具可以選擇1～7個，根據實際需要優選為4個；并且筒形夾具的個數隨著鉆桿的外徑的增大而減少。

所述的上端導向機構包括導向把手、螺釘A、導向轉盤、螺栓B和螺母B。