[發明專利]一種月球表面采樣機械臂

有效

• 申請號: 201810557136.0
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108613831B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 姜水清;馬如奇;梁常春;王康;張沛;史偉;林云成;白美
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;付雷杰

本發明公開了一種月球表面采樣機械臂，機械臂通過壓緊釋放機構以壓緊狀態鎖緊于外部探測器上，解鎖后機械臂通過多關節協同運動實現展開，根據機械臂末端觸月傳感組件觸碰月面以及安裝在機械臂上的攝相機對采樣區域成像實現采樣點確認，機械臂末端的采樣器實現月球表面樣品采集。本發明能夠實現無人條件下月球指定范圍內的多點采樣。

技術領域

本發明涉及深空探測技術領域，具體涉及一種月球表面采樣機械臂。

背景技術

目前，成功應用的月球采樣方式主要有兩種，一種是航天員+手持取樣工具實現月球多點采樣，如美國Apollo系列月球探測任務；另一種是遙控回轉鉆取裝置實現月球固定位置點鉆取采樣，如前蘇聯Luna系列月球探測任務。這兩種采樣方式均沒有實現無人條件下月球指定范圍內的多點采樣。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種月球表面采樣機械臂，能夠實現無人條件下月球指定范圍內的多點采樣。

本發明的具體實施方案如下：

一種月球表面采樣機械臂，所述機械臂通過壓緊釋放機構以壓緊狀態鎖緊于外部探測器上，解鎖后機械臂通過多關節協同運動實現展開，根據機械臂末端觸月傳感組件觸碰月面以及安裝在機械臂上的攝相機對采樣區域成像實現采樣點確認，機械臂末端的采樣器實現月球表面樣品采集。

進一步地，所述多關節包括肩偏航關節、肩俯仰關節、肘俯仰關節和腕俯仰關節；所述機械臂包括臂桿A組件和臂桿B組件；

所述肩偏航關節一端通過法蘭安裝在探測器頂板上，另一端通過環形轉接支架和肩俯仰關節連接，肩俯仰關節通過臂桿A組件和肘俯仰關節連接，肘俯仰關節的輸出軸連接臂桿B組件，臂桿B組件的另一端連接腕俯仰關節作為機械臂末端；臂桿A組件和臂桿B組件在肩偏航關節的帶動下共同實現水平平面內±180°的轉動，臂桿A組件和臂桿B組件在肩俯仰關節的帶動下共同實現豎直平面內±180°的轉動，臂桿B組件在肘俯仰關節的帶動下實現豎直平面內±180°的轉動，采樣器在腕俯仰關節的帶動下實現豎直平面內±180°的轉動。

進一步地，所述采樣器包括采樣器甲和采樣器乙，采樣器甲與采樣器乙通過一個“十”字形四通轉接頭安裝于腕俯仰關節的輸出軸一側，采樣器甲與采樣器乙共線，分別安裝在“十”字形四通轉接頭兩端，且與腕俯仰關節輸出軸軸線垂直；

采樣器甲和采樣器乙外側分別安裝近攝相機甲、近攝相機乙，并在臂桿B組件中部安裝遠攝相機。

進一步地，所述觸月傳感組件安裝于腕俯仰關節外部，呈圓形結構，通過外圓周面任意一點與月表接觸時產生的觸碰力感知月表位置。

進一步地，所述肩偏航關節、肩俯仰關節及肘俯仰關節均由永磁同步電機、行星減速器、諧波減速器串聯而成；所述腕俯仰關節由永磁同步電機、行星減速器、諧波減速器串聯而成，通過增加一級錐齒輪帶動采樣器甲、采樣器乙、近攝相機甲及近攝相機乙在平面內±180°轉動，所述平面與腕俯仰關節輸出軸軸線方向垂直。

進一步地，所述壓緊釋放機構設置三處，分別位于腕部、肘部及臂桿中間位置，采用桿式壓釋放機構，通過火工切割器解除機械臂的鎖緊。

進一步地，機械臂整體采用外部走線，功率、信號線分開；腕部設有線束管理盒，內部電纜束為渦卷彈簧形狀，確保腕俯仰關節可以±180°運動。

進一步地，所述采樣器具備抓取功能，在樣品收容器外設置視覺標記，控制器對攝相機采集的圖像進行處理得到樣品收容器位姿和距離信息，采樣器根據所述信息抓取樣品收容器。

進一步地，關節不同組成零件的材料采用熱匹配性設計、傳動間隙優化設計。

進一步地，所述永磁同步電機利用關節電機直接轉矩控制方法，確保永磁同步電機速度旋變失效后仍具有可控的運動功能。

有益效果：