一种复合式小行星取样器及其取样方法技术

本发明专利技术公开了一种复合式小行星取样器及其取样方法，该取样器包括：圆柱筒状侧壁、安装在侧壁内的安装底架、固定在安装底架上的刷扫机构、钻取机构、样品容器，传感器模块、控制模块和电源模块，所述的侧壁的底部设有样品钩取部，刷扫机构上罩有电机保护罩，所述的电机保护罩的上方设有隔板，传感器模块、控制模块和电源模块安装在所述的隔板上，所述的样品容器的顶部设有顶盖；该方法包括的步骤有：取样器下降，取样器接触地面，样品属性检测、取样点选择和取样策略规划，该取样器及取样方法解决了传统小行星取样器存在采集量小、采样效率低、取样功耗高、无法适应复杂的取样环境进行有效的取样工作等问题。

A Composite Asteroid Sampler and Its Sampling Method

The invention discloses a composite asteroid sampler and its sampling method. The sampler comprises a cylindrical side wall, a mounting chassis installed in the side wall, a brushing mechanism fixed on the mounting chassis, a drilling mechanism, a sample container, a sensor module, a control module and a power module. The bottom of the side wall is provided with a sample hook taking part, and the brushing mechanism is covered with a motor guarantee. The motor shield is provided with a baffle above the motor shield, the sensor module, the control module and the power module are installed on the baffle, and the top of the sample container is provided with a top cover. The method includes the following steps: the sampler drops, the sampler contacts the ground, the sample attribute detection, the sampling point selection and the sampling strategy planning. The sampler and the sampling method solve the problem of transmission. The asteroid sampler has some problems, such as small acquisition volume, low sampling efficiency, high sampling power consumption, and can not adapt to complex sampling environment for effective sampling.

【技术实现步骤摘要】
一种复合式小行星取样器及其取样方法
本专利技术涉及仪器科学领域，具体是一种复合式小行星取样器及其取样方法。
技术介绍
小行星探测具有重要的研究意义，可解答星球起源和外星生命存在等科学问题，探索外空资源，为人类利用空间资源和能源提供技术支撑，小行星探测成为各国争先研究的热门领域。小行星是太阳系内最原始的天体，较多的保留了太阳系形成和早期演化的遗迹，研究表明小行星上有丰富的铁、镍、铜等金属，有的还有金和铂等贵重金属及稀土元素，另外小行星上还可能含有太空旅行者最希望能找到的珍贵资源—冷冻水，如果能够提取小行星上的水，不但可以用作饮用水，还可以分解成为供人类呼吸的氧气和用于火箭燃料的氢气。因此，小行星研究的科学意义、商业价值以及人类文明相关的社会价值目前是无法估量的。小行星表面取样能为我们提供近距离全方位的研究数据，使我们更清楚地了解小行星。目前国内外行星取样器的形式，主要分为投射撞击取样器、钻取取样器、抓铲式取样器和刷扫取样器。其中投射撞击取样器，对撞击后的样品收集困难，取样效率比较低，钻取取样器能够对行星深层取样，但针对行星表面的颗粒取样效率不高；抓铲式取样器，能够采集大量的样品，但机构比较复杂，功耗较高；刷扫取样器能够在接触行星表面时，对颗粒样品快速刷扫取样，但只能适用于简单的取样环境。专利201410298650.9提出的小行星探测的钻取抓铲式复合取样器，能够收集大量的样品，但是抓铲式机构复杂，且控制难度大功耗高，在环境恶劣的小行星表面，很难保证取样器安全高效的工作。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种复合式小行星取样器及其取样方法，解决了传统小行星取样器存在采集量小、采样效率低、取样功耗高、无法适应复杂的取样环境进行有效的取样工作等问题，提出了一种基于刷扫、钻取和钩取的复合式取样器及其控制方法。技术方案：为了实现以上目的，本专利技术所述的一种复合式小行星取样器，它包括：圆柱筒状侧壁、安装在侧壁内的安装底架、固定在安装底架上的刷扫机构、钻取机构、样品容器，传感器模块、控制模块和电源模块，所述的侧壁的底部设有样品钩取部，样品钩取机构的形状为倒钩状，取样器接触小行星表面一定深度后，即可钩取少量样品，存储在倒钩状结构内部，刷扫机构上罩有电机保护罩，所述的电机保护罩的上方设有隔板，所述的传感器模块、控制模块和电源模块安装在所述的隔板上，所述的样品容器的顶部设有顶盖，顶盖安装在圆柱筒状侧壁的内部，起到密封的作用，所述的侧壁上设有的圈孔用于固定安装底架。所述的安装底架包括：内部安装平板、下安装板、前安装板和后安装板，所述的下安装板固定在内部安装平板的底部，前安装板和后安装板平行对齐，分别位于内部安装平板的前、后两侧，并固定在下安装板上，下安装板的中间设置有直线轴承孔，左右两侧分别设有倒圆弧A和倒圆弧B，所述的内部安装平板用来固定刷扫机构、钻取机构和样品容器。作为本专利技术的进一步优选，所述的刷扫机构包括：刷轮电机固定板、刷轮电机、传动齿轮A、传动齿轮B、传动齿轮C、传动齿轮D、传动齿轮E、刷轮A和刷轮B；所述刷轮电机固定板安装在内部安装平板上，刷轮电机安装在刷轮电机固定板上,刷轮电机的输出轴朝向前安装板；传动齿轮A、传动齿轮B、传动齿轮C、传动齿轮D和传动齿轮E安装在前安装板的表面，所述的刷轮A和刷轮B位于下安装板的下方且平行布置，刷轮A和刷轮B的刷轮轴分别通过轴承安装在前安装板和后安装板上，刷轮A和刷轮B上刷片的末端点分别与下安装板上的倒圆弧A和倒圆弧B相抵，刷轮A和刷轮B可以根据需要设置不同数量的刷片，所述的传动齿轮A安装在刷轮电机的输出轴上，传动齿轮C和传动齿轮B通过固定在前安装板上的轴安装在前安装板上，传动齿轮E和传动齿轮D安装在刷轮A和刷轮B的输出轴上。所述的传动齿轮C与传动齿轮A啮合，传动齿轮B和传动齿轮E都与传动齿轮C啮合，传动齿轮D与传动齿轮B啮合；刷轮电机工作时，驱动传动齿轮A转动，传动齿轮A带动传动齿轮C，传动齿轮C带动传动齿轮B、传动齿轮E，传动齿轮B带动传动齿轮D，传动齿轮E和传动齿轮D转动方向相反，驱动刷轮A和刷轮B反向转动，当驱动刷轮A逆时针转动时，刷轮B顺时针转动，刷轮A和刷轮B将颗粒和粉状样品向取样器中间方向刷扫，能够提高刷扫效率。作为本专利技术的进一步优选，所述的钻取机构包括：钻取电机固定板、钻取电机、第一传动齿轮、第二传动齿轮、联轴器、直线轴承、法兰轴承A和法兰轴承B、螺母A和螺母B、钻头、压簧A、压簧B、压簧C、压簧轴A、压簧轴B和压簧轴C；所述的压簧A、压簧B、压簧C分别套在压簧轴A、压簧轴B和压簧轴C上，压簧轴A、压簧轴B和压簧轴C的底端通过螺丝固定在内部安装平板上；压簧A、压簧B、压簧C的下端固定在内部安装平板上，压簧轴A、压簧轴B和压簧轴C的上端与钻取电机固定板相连并且与压簧A、压簧B、压簧C的顶端固定连接，钻取电机固定板沿着压簧轴A、压簧轴B和压簧轴C相对内部安装平板做上下滑动；所述的钻取电机固定板为U形结构，所述的钻取电机安装在U形钻取电机固定板上，第一传动齿轮安装在钻取电机的输出轴上，第二传动齿轮安装在联轴器上，第二传动齿轮与第一传动齿轮啮合；U形钻取电机固定板的两个侧面上设有孔，两个孔内分别设置有法兰轴承A和法兰轴承B，U形钻取电机固定板上侧面的上下表面分别设有螺母A和螺母B，上部设有外螺纹的联轴器依次穿过法兰轴承A、螺母B、法兰轴承B和螺母A并相对于U形钻取电机固定板转动，联轴器的下部穿过安装在下安装板内部的直线轴承，联轴器的底部设有钻头。当钻取电机工作时，驱动第一传动齿轮转动，第一传动齿轮再带动第二传动齿轮，第二传动齿轮再带动联轴器转动，联轴器带动钻头对样品钻取；所述的钻头4-17受到小行星表面的反作用力，联轴器将反作用力传递到U形钻取电机固定板，钻取电机固定板带动其上的其他零件相对于压簧轴A、压簧轴B和压簧轴C做小位移的滑动，压簧A、压簧B、压簧C使取样器保持一定柔性，能够防止取样器瞬间受到的反作用力过大而损坏。作为本专利技术的进一步优选，所述的电机保护罩固定在内部安装平板上，电机保护罩为底部开口的壳体，罩在刷扫机构的刷轮电机，以及钻取机构中位于内部安装平板上部，防止样品尘埃进入到刷轮电机和钻取电机等零件的微结构中，影响正常取样。作为本专利技术的进一步优选，所述的样品容器通过卡槽固定在内部安装平板的两侧，样品容器的上部和下部分别设有上弧形结构和下弧形结构，上部的上弧形结构是为了让样品被刷离行星表面后，迅速的进入到样品容器中，下部的下弧形结构作用类似于挡板，防止样品被刷动后飞溅，使样品能够顺着刷轮转动的方向进入到样品容器的内部。作为本专利技术的进一步优选，所述的传感器模块包括：六维力传感器、超声波传感器和电流传感器，所述的六维力传感器安装在顶盖的顶部，与移动机械臂连接，测量钻取过程中取样器受到小行星表面的反作用力；所述的超声波传感器安装在钻取机构的联轴器底部圆盘结构的两侧，测量钻取过程钻进的深度；安装在隔板上的电流传感器用于测量刷轮电机和钻取电机工作的电流。作为本专利技术的进一步优选，控制模块包括信息采集单元、控制处理单元、无线通信单元和电机驱动单元，所述的信息采集单元获取传感器模块的数据，控制处理单元对获取的数据进行分析处理，并做出相应控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合式小行星取样器，其特征在于：它包括：圆柱筒状侧壁(1)、安装在侧壁(1)内的安装底架(2)、固定在安装底架(2)上的刷扫机构(3)、钻取机构(4)、样品容器(7)，传感器模块(10)、控制模块(11)和电源模块(12)，所述的侧壁(1)的底部设有样品钩取部(5)，样品钩取机构(5)的形状为倒钩状，所述的刷扫机构(3)上罩有电机保护罩(6)，所述的电机保护罩(6)的上方设有隔板(8)，所述的传感器模块(10)、控制模块(11)和电源模块(12)安装在所述的隔板(8)上，所述的样品容器(7)的顶部设有顶盖(9)，所述的侧壁(1)上设有的圈孔用于固定安装底架(2)。

【技术特征摘要】
1.一种复合式小行星取样器，其特征在于：它包括：圆柱筒状侧壁(1)、安装在侧壁(1)内的安装底架(2)、固定在安装底架(2)上的刷扫机构(3)、钻取机构(4)、样品容器(7)，传感器模块(10)、控制模块(11)和电源模块(12)，所述的侧壁(1)的底部设有样品钩取部(5)，样品钩取机构(5)的形状为倒钩状，所述的刷扫机构(3)上罩有电机保护罩(6)，所述的电机保护罩(6)的上方设有隔板(8)，所述的传感器模块(10)、控制模块(11)和电源模块(12)安装在所述的隔板(8)上，所述的样品容器(7)的顶部设有顶盖(9)，所述的侧壁(1)上设有的圈孔用于固定安装底架(2)。2.根据权利要求1所述的一种复合式小行星取样器，其特征在于：所述的安装底架(2)包括：内部安装平板(21)、下安装板(22)、前安装板(23)和后安装板(24)，所述的下安装板(22)固定在内部安装平板(21)的底部，前安装板(23)和后安装板(24)平行对齐，分别位于内部安装平板(21)的前、后两侧，并固定在下安装板(22)上，下安装板(22)的中间设置有直线轴承孔(221)，左右两侧分别设有倒圆弧A(222)和倒圆弧B(223)，所述的内部安装平板(21)用来固定刷扫机构(3)、钻取机构(4)和样品容器(7)。3.根据权利要求1所述的一种复合式小行星取样器，其特征在于：所述的刷扫机构(3)包括：刷轮电机固定板(31)、刷轮电机(32)、传动齿轮A(33)、传动齿轮B(34)、传动齿轮C(35)、传动齿轮D(36)、传动齿轮E(37)、刷轮A(38)和刷轮B(39)；所述刷轮电机固定板(31)安装在内部安装平板(21)上，刷轮电机(32)安装在刷轮电机固定板(31)上,刷轮电机(32)的输出轴朝向前安装板(23)；传动齿轮A(33)、传动齿轮B(34)、传动齿轮C(35)、传动齿轮D(36)和传动齿轮E(37)安装在前安装板(23)的表面，所述的刷轮A(38)和刷轮B(39)位于下安装板(22)的下方且平行布置，刷轮A(38)和刷轮B(39)的刷轮轴分别通过轴承安装在前安装板(23)和后安装板(24)上，刷轮A(38)和刷轮B(39)上刷片的末端点分别与下安装板(22)上的倒圆弧A(222)和倒圆弧B(223)相抵。所述的传动齿轮A(33)安装在刷轮电机(32)的输出轴上，传动齿轮C(35)和传动齿轮B(34)通过固定在前安装板上(23)的轴安装在前安装板(23)上，传动齿轮E(37)和传动齿轮D(36)安装在刷轮A(38)和刷轮B(39)的输出轴上；所述的传动齿轮C(35)与传动齿轮A(33)啮合，传动齿轮B(34)和传动齿轮E(37)都与传动齿轮C(35)啮合，传动齿轮D(36)与传动齿轮B(34)啮合；刷轮电机(32)工作时，驱动传动齿轮A(33)转动，传动齿轮A(33)带动传动齿轮C(35)，传动齿轮C(35)带动传动齿轮B(34)、传动齿轮E(37)，传动齿轮B(34)带动传动齿轮D(36)，传动齿轮E(37)和传动齿轮D(36)转动方向相反，驱动刷轮A(38)和刷轮B(39)反向转动。4.根据权利要求1所述的一种复合式小行星取样器，其特征在于：所述的钻取机构(4)包括：钻取电机固定板(41)、钻取电机(42)、第一传动齿轮(43)、第二传动齿轮(44)、联轴器(45)、直线轴承(416)、法兰轴承A(46)和法兰轴承B(47)、螺母A(48)和螺母B(49)、钻头(417)、压簧A(411)、压簧B(413)、压簧C(415)、压簧轴A(410)、压簧轴B(412)和压簧轴C(414)；所述的压簧A(411)、压簧B(413)、压簧C(415)分别套在压簧轴A(410)、压簧轴B(412)和压簧轴C(414)上，压簧轴A(410)、压簧轴B(412)和压簧轴C(414)的底端通过螺丝固定在内部安装平板(21)上；压簧A(411)、压簧B(413)、压簧C(415)的下端固定在内部安装平板(21)上，压簧轴A(410)、压簧轴B(412)和压簧轴C(414)的上端与钻取电机固定板(41)相连并且与压簧A(411)、压簧B(413)、压簧C(415)的顶端固定连接，钻取电机固定板(41)沿着压簧轴A(410)、压簧轴B(412)和压簧轴C(414)相对内部安装平板(21)做上下滑动；所述的钻取电机(42)安装在钻取电机固定板(41)上，第一传动齿轮(43)安装在钻取电机(42)的输出轴上，第二传动齿轮(44)安装在联轴器(45)上，第二传动齿轮(44)与第一传动齿轮(43)啮合；所述的钻取电机固定板(41)为U形结构，U形钻取电机固定板(41)的两个侧面上设有孔，两个孔内分别设置有法兰轴承A(46)和法兰轴承B(47)，U形钻取电机固定板(41)上侧面的上下表面分别设有螺母A(48)和螺母B(49)，上部设有外螺纹的联轴器(45)依次穿过法兰轴承A(46)、螺母B(49)、法兰轴承B(47)和螺母A(48)并相对于U形钻取电机固定板(41)转动，联轴器(45)的下部穿过安装在下安装板(22)内部的直线轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，董成成，陆希，黄帆，宋爱国，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32