[發(fā)明專利]一種多功能火星鉆機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010733334.5
• 申請(qǐng)日: 2020-07-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111877975A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張濤;姚智曉;鄧浩楠;吳炳林;葉彬世
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B3/02
• 分類號(hào): E21B3/02
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 余勝茂

本發(fā)明公開(kāi)了一種多功能火星鉆機(jī)，包括進(jìn)給機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、沖擊機(jī)構(gòu)、取芯切斷機(jī)構(gòu)和夾刀機(jī)構(gòu)，所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、沖擊機(jī)構(gòu)、取芯切斷機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)和夾刀機(jī)構(gòu)沿火星土壤的深度方向滑動(dòng)；所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)火星土壤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆孔，所述沖擊機(jī)構(gòu)對(duì)火星土壤進(jìn)行沖擊而破開(kāi)火星土壤中的巖石；所述取芯切斷機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)鉆取的火星土壤從鉆孔內(nèi)切斷，所述夾刀機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的刀具鎖緊或松開(kāi)而實(shí)現(xiàn)刀具的更換。本發(fā)明可同時(shí)實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)取芯、樣芯切斷、旋轉(zhuǎn)沖擊、換刀裝夾和樣品密封的功能，使火星鉆機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)多功能高效采樣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間資源探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種多功能火星鉆機(jī)。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)和各國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，自太空時(shí)代開(kāi)始，人類開(kāi)始計(jì)劃對(duì)地球空間以外的深空進(jìn)行探測(cè)。深空探測(cè)不僅可以滿足人類對(duì)于未知宇宙的強(qiáng)烈好奇心，探索宇宙未知奧秘，而且是獲取太陽(yáng)系演變歷史以及外太空生命存在證據(jù)的必要手段。深空探測(cè)可以為人類拓展更為廣大的活動(dòng)及生存空間，給人類長(zhǎng)久延續(xù)帶來(lái)可能的福音。幾十年以來(lái)，世界各航天大國(guó)(如美國(guó)、前蘇聯(lián)、歐空局、日本等)陸續(xù)對(duì)月球、小行星、火星以及彗星等進(jìn)行了不同程度的探測(cè)，并取得一定的研究成果。目前，深空探測(cè)已成為各航天大國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃，且是一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力的有力象征。

中國(guó)火星二期探測(cè)計(jì)劃將可能對(duì)火星進(jìn)行采樣。對(duì)火星土壤進(jìn)行采樣探測(cè)不僅是獲取火星演變歷史、地質(zhì)情況的有力手段，而且是獲取火星生命體存在證據(jù)及火星壤詳細(xì)特性的最直接有效方式。已有火星壤采樣探測(cè)結(jié)果表明，火星上存在有大量的水冰、遠(yuǎn)古海洋以及生命體所需一系列元素。目前對(duì)火星壤進(jìn)行采樣探測(cè)的主要方式有：鏟挖、鉆探式、研磨式、鼴鼠式、穿透式及爪簧式，在獲取火星壤樣品后對(duì)其進(jìn)行原位分析。其中鉆探式采樣方法用途廣泛，其既能完成松散表層樣品的采集，也可以進(jìn)行深層火星壤采樣。由于太空輻射等不利因素的存在，火星壤表層土壤中可能存在的微生物將被殺死或消散。因此，為了獲取火星生命體存在的證據(jù)及火星壤深度方向上的土壤特性，為后期火星探測(cè)及開(kāi)發(fā)計(jì)劃奠定更好的基礎(chǔ)，進(jìn)行鉆探式采樣的火星探測(cè)裝置的研究意義重大。

在鉆取的過(guò)程中，往往會(huì)遇到硬質(zhì)巖心，這會(huì)對(duì)鉆取工作造成阻礙而無(wú)法運(yùn)動(dòng)高效、可靠的保證鉆取進(jìn)度。同時(shí)，單次采樣結(jié)束之后管的更換與存儲(chǔ)問(wèn)題也值得探究。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，使用械臂獲取火星土壤樣本成為了探索火星的重要手段。而其中，機(jī)械臂末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，耐久度差，且質(zhì)量體積大，這樣會(huì)增加設(shè)備的故障率和降低運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力，不利用火箭對(duì)其它設(shè)備進(jìn)行運(yùn)載。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)兼?zhèn)湫D(zhuǎn)與沖擊的取芯結(jié)構(gòu)對(duì)于鉆進(jìn)過(guò)程來(lái)說(shuō)必不可少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種多功能火星鉆機(jī)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)取芯、樣芯切斷、旋轉(zhuǎn)沖擊、換刀裝夾和樣品密封的功能，使火星鉆機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)多功能高效采樣。

本發(fā)明的目的可采用以下技術(shù)方案來(lái)達(dá)到：

一種多功能火星鉆機(jī)，包括進(jìn)給機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、沖擊機(jī)構(gòu)、取芯切斷機(jī)構(gòu)和夾刀機(jī)構(gòu)，所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、沖擊機(jī)構(gòu)、取芯切斷機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)和夾刀機(jī)構(gòu)沿火星土壤的深度方向滑動(dòng)；所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)火星土壤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆孔，所述沖擊機(jī)構(gòu)對(duì)火星土壤進(jìn)行沖擊而破開(kāi)火星土壤中的巖石；所述取芯切斷機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)鉆取的火星土壤從鉆孔內(nèi)切斷，所述夾刀機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的刀具鎖緊或松開(kāi)而實(shí)現(xiàn)刀具的更換。

作為一種優(yōu)選的方案，所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括機(jī)架，設(shè)于機(jī)架上的進(jìn)給電機(jī)，可旋轉(zhuǎn)安裝于機(jī)架上的絲桿，與絲桿螺紋傳感連接的螺母，固定安裝于機(jī)架上的導(dǎo)軌，以及可滑動(dòng)安裝于導(dǎo)軌上的滑塊，所述螺母固定安裝于滑塊上，且進(jìn)給電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與絲桿連接；在電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，絲桿帶動(dòng)螺母和滑塊沿著導(dǎo)軌的長(zhǎng)度方向滑動(dòng)。

作為一種優(yōu)選的方案，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)，與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接的第一主動(dòng)輪，與第一主動(dòng)輪嚙合的第一從動(dòng)輪，用于對(duì)火星土壤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆孔的刀具，以及套設(shè)于刀具上的直線軸承，所述第一從動(dòng)輪安裝于刀具上。