[發明專利]一種多芯多桿深層月壤采樣器的換芯換桿機構

有效

• 申請號: 201410079460.8
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN103837373A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 丁希侖;張濤;安迎和
• 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: 趙文穎

技術領域

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

背景技術

月球是距離地球最近的天體，一直是人類觀察研究的首選目標。月球表面被月壤覆蓋，是人類認識月球構成的基本切入點，對月壤進行分析與研究意義重大，而且早已成為一個國際熱點。目前美國、俄羅斯、歐洲航天局、日本、印度和中國等國家或組織都已經或正在積極開展探月計劃。根據我國的探月計劃，月球探測工程分為“繞”、“落”、“回”三個戰略階段，目前正向第二個發展階段邁進，探月二期要實現月球軟著陸和月球車實地勘察，探月三期將要實現對月球樣品的自動采集與返回，“落”和“回”兩個階段都需要專門的月球土壤采樣器來完成相應的探測與采樣任務。

美國和前蘇聯已經成功實現月球土壤采樣并返回，國內外已公開的采樣器普遍存在諸如能耗大、體積大、采樣量小、采樣量大但深度淺、采樣不能保持原樣等缺陷。

專利號ZL2007101211118記錄的多桿深層采樣器可同時改善這些不足，實現1.5米深層采樣，但存在結構復雜、效率低等缺陷。授權公告號CN101936822B的專利對前述多桿深層采樣器進行了改良，設計了一套效率較高的換桿定位機構及換桿定位方法，改良后的采樣器性能有較大提高，但其依舊存在一些不足：

一是采樣量受鉆桿限制。采樣器獲得的樣品存放在鉆桿中，四根鉆桿全部充滿即采樣器的最大采樣量。若想增大采樣器的采樣量，可以在原結構的基礎上增加鉆桿數量或者改變鉆桿結構以增大鉆桿中心體積。由于鉆桿工作特點的要求，本身較為厚重，因此增加的采樣器的采樣量與采樣器增加的重量相比比值較小，因此采樣量增加的代價較高。

二是采樣器返回重量大。采樣器在采樣結束后，具備實際科學研究價值的只有月壤本身，而返回艙若是將笨重的采樣器一起帶回，勢必加重返回艙的重量，大大增加了返回的負擔與成本，能量利用率低。

發明內容

針對上述技術中存在的問題，本發明提出一種多芯多桿深層月壤采樣器的換芯換桿機構。該機構可以根據采樣需求設計成可放置多根鉆桿和多桿取芯管，且可放置的取芯管數量可以多于鉆桿數量，這樣方便對月壤進行多位置、不同深度采樣。采樣器的樣品回收部分與采樣器本體結構是可控分離的，采樣器采樣結束后，具備實際科學研究價值的只有月壤本身，月壤留在專門設計的鉆桿取芯管內，因此可以只回收質量輕的取芯管，將其帶回地球，而拋棄笨重的采樣器本體，這樣就大大降低了返回艙的重量，可以大大降低返回的成本。

一種多芯多桿深層月壤采樣器的換芯換桿機構，包括鉆桿固定組件、取芯管固定與分離組件、驅動組件三部分。鉆桿固定組件包括鉆桿盤、鉆桿盤轉軸、鉆桿筒形夾具、鉆桿盤定位光柵、鉆桿盤電磁鎖緊機構，取芯管固定與分離組件包括取芯管盤、取芯管盤轉軸、取芯管盤電磁鎖緊機構、樣品臺支架、取芯管盤定位光柵、著陸器動作部件、樣品臺分離拖板，驅動組件包括齒輪箱支架、齒輪箱外殼、鉆桿運動驅動軸、彈簧、過渡接頭、鉆桿盤驅動軸、取芯管盤驅動軸、取芯管盤驅動齒輪組、鉆桿盤驅動齒輪組。

一種多芯多桿深層月壤采樣器的換芯換桿機構，包括鉆桿固定組件、取芯管固定與分離組件、驅動組件;

鉆桿固定組件包括鉆桿輔助固定盤、筒形鉆桿夾具、鉆桿盤、鉆桿盤定位光柵、鉆桿盤電磁鎖緊機構；

鉆桿輔助固定盤位于鉆桿盤轉軸上半部分，鉆桿輔助固定盤上設有鉆桿固定孔；

鉆桿盤與鉆桿盤轉軸下端連接，通過鍵連接傳遞扭矩，鉆桿盤上設有筒形鉆桿夾具，鉆桿盤底部通過軸承結構固定支撐，鉆桿盤底部設有鎖定孔；

電磁鎖緊機構、鉆桿盤定位光柵位于鉆桿盤下端；

鉆桿盤定位光柵用于檢測鉆桿盤的位置；

電磁鎖緊機構包括電磁線圈、電磁鎖緊機構彈簧、電磁鎖緊柱；

電磁鎖緊柱、電磁鎖緊機構彈簧位于電磁線圈的內孔中，當電磁線圈不通電，電磁鎖緊機構彈簧為初始狀態，電磁鎖緊柱位于鎖定孔內，鎖定鉆桿盤，當電磁線圈通電，電磁鎖緊機構彈簧為壓縮狀態，電磁鎖緊柱脫離鎖定孔，鉆桿盤能夠轉動；

電磁線圈通電與否，通過鉆桿盤定位光柵檢測到鉆桿盤的位置決定；

取芯管固定與分離組件包括取芯管盤、樣品臺支架、取芯管盤定位光柵、取芯管盤電磁鎖緊機構、樣品臺分離拖板、著陸器動作部件、取芯管盤轉軸、彈簧、樣品臺鎖緊銷；

取芯管盤位于樣品臺支架上，取芯管盤上設有取芯管固定孔；取芯管盤與取芯管盤轉軸下端連接，通過鍵連接傳遞扭矩；取芯管盤底部設有鎖定孔；

取芯管盤定位光柵用于檢測取芯管盤的位置；