一种多芯多杆深层月壤采样器的换芯换杆机构制造技术

本发明专利技术公开了一种多芯多杆深层月壤采样器的换芯换杆机构，属于空间资源探测领域，包括钻杆固定组件、取芯管固定与分离组件、驱动组件三部分。钻杆固定组件包括钻杆盘、钻杆盘转轴、钻杆筒形夹具、钻杆盘定位光栅、钻杆盘电磁锁紧机构，取芯管固定与分离组件包括取芯管盘、取芯管盘转轴、取芯管盘电磁锁紧机构、样品台支架、取芯管盘定位光栅、着陆器动作部件、样品台分离拖板，驱动组件包括齿轮箱支架、齿轮箱外壳、钻杆运动驱动轴、弹簧、过渡接头、钻杆盘驱动轴、取芯管盘驱动轴、取芯管盘驱动齿轮组、钻杆盘驱动齿轮组。因此本发明专利技术具有可实现多芯多杆采样、可多次采样且采样量大、换杆换芯精确灵活、可只回收采集的样品减少返回舱重量的优点。

Core changing mechanism for multi core multi rod deep layer lunar soil sampler

The invention discloses a core changing mechanism for a multi-core multi rod deep layer lunar soil sampler, belonging to the space resource detecting field, comprising a drilling rod fixing component, a coring tube fixing and separating component, and a driving component three parts. Drill rod fixation assembly includes a disc, disc shaft, drill drill drill pipe, drill pipe tube clamp plate positioning grating, drill disc electromagnetic locking mechanism, core tube fixing and separation assembly includes a core tube, the core tube plate disc shaft, core coil electromagnetic locking mechanism and a sample table bracket, core tube plate positioning grating, lander action components, sample separation of the carriage, the drive assembly includes a gear box bracket, gear box casing, drill motion drive shaft, springs, transition joints, drill drive shaft, drive shaft, core tube core tube drive gears, gear wheel drive rod group. Therefore, the invention has the advantages of multi core and multi pole sampling, multiple sampling, large sampling capacity, accurate and flexible change of the rod changing core, and the ability to recover the collected samples and reduce the weight of the returning cabin.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空间资源探测
，具体涉及一种多芯多杆深层月壤采样器的换芯换杆定位机构。
技术介绍
月球是距离地球最近的天体，一直是人类观察研究的首选目标。月球表面被月壤覆盖，是人类认识月球构成的基本切入点，对月壤进行分析与研究意义重大，而且早已成为一个国际热点。目前美国、俄罗斯、欧洲航天局、日本、印度和中国等国家或组织都已经或正在积极开展探月计划。根据我国的探月计划，月球探测工程分为“绕”、“落”、“回”三个战略阶段，目前正向第二个发展阶段迈进，探月二期要实现月球软着陆和月球车实地勘察，探月三期将要实现对月球样品的自动采集与返回，“落”和“回”两个阶段都需要专门的月球土壤采样器来完成相应的探测与采样任务。美国和前苏联已经成功实现月球土壤采样并返回，国内外已公开的采样器普遍存在诸如能耗大、体积大、采样量小、采样量大但深度浅、采样不能保持原样等缺陷。专利号ZL2007101211118记录的多杆深层采样器可同时改善这些不足，实现1.5米深层采样，但存在结构复杂、效率低等缺陷。授权公告号CN101936822B的专利对前述多杆深层采样器进行了改良，设计了一套效率较高的换杆定位机构及换杆定位方法，改良后的采样器性能有较大提高，但其依旧存在一些不足：一是采样量受钻杆限制。采样器获得的样品存放在钻杆中，四根钻杆全部充满即采样器的最大采样量。若想增大采样器的采样量，可以在原结构的基础上增加钻杆数量或者改变钻杆结构以增大钻杆中心体积。由于钻杆工作特点的要求，本身较为厚重，因此增加的采样器的采样量与采样器增加的重量相比比值较小，因此采样量增加的代价较高。二是采样器返回重量大。采样器在采样结束后，具备实际科学研究价值的只有月壤本身，而返回舱若是将笨重的采样器一起带回，势必加重返回舱的重量，大大增加了返回的负担与成本，能量利用率低。
技术实现思路
针对上述技术中存在的问题，本专利技术提出一种多芯多杆深层月壤采样器的换芯换杆机构。该机构可以根据采样需求设计成可放置多根钻杆和多杆取芯管，且可放置的取芯管数量可以多于钻杆数量，这样方便对月壤进行多位置、不同深度采样。采样器的样品回收部分与采样器本体结构是可控分离的，采样器采样结束后，具备实际科学研究价值的只有月壤本身，月壤留在专门设计的钻杆取芯管内，因此可以只回收质量轻的取芯管，将其带回地球，而抛弃笨重的采样器本体，这样就大大降低了返回舱的重量，可以大大降低返回的成本。一种多芯多杆深层月壤采样器的换芯换杆机构，包括钻杆固定组件、取芯管固定与分离组件、驱动组件三部分。钻杆固定组件包括钻杆盘、钻杆盘转轴、钻杆筒形夹具、钻杆盘定位光栅、钻杆盘电磁锁紧机构，取芯管固定与分离组件包括取芯管盘、取芯管盘转轴、取芯管盘电磁锁紧机构、样品台支架、取芯管盘定位光栅、着陆器动作部件、样品台分离拖板，驱动组件包括齿轮箱支架、齿轮箱外壳、钻杆运动驱动轴、弹簧、过渡接头、钻杆盘驱动轴、取芯管盘驱动轴、取芯管盘驱动齿轮组、钻杆盘驱动齿轮组。一种多芯多杆深层月壤采样器的换芯换杆机构，包括钻杆固定组件、取芯管固定与分离组件、驱动组件;钻杆固定组件包括钻杆辅助固定盘、筒形钻杆夹具、钻杆盘、钻杆盘定位光栅、钻杆盘电磁锁紧机构；钻杆辅助固定盘位于钻杆盘转轴上半部分，钻杆辅助固定盘上设有钻杆固定孔；钻杆盘与钻杆盘转轴下端连接，通过键连接传递扭矩，钻杆盘上设有筒形钻杆夹具，钻杆盘底部通过轴承结构固定支撑，钻杆盘底部设有锁定孔；电磁锁紧机构、钻杆盘定位光栅位于钻杆盘下端；钻杆盘定位光栅用于检测钻杆盘的位置；电磁锁紧机构包括电磁线圈、电磁锁紧机构弹簧、电磁锁紧柱；电磁锁紧柱、电磁锁紧机构弹簧位于电磁线圈的内孔中，当电磁线圈不通电，电磁锁紧机构弹簧为初始状态，电磁锁紧柱位于锁定孔内，锁定钻杆盘，当电磁线圈通电，电磁锁紧机构弹簧为压缩状态，电磁锁紧柱脱离锁定孔，钻杆盘能够转动；电磁线圈通电与否，通过钻杆盘定位光栅检测到钻杆盘的位置决定；取芯管固定与分离组件包括取芯管盘、样品台支架、取芯管盘定位光栅、取芯管盘电磁锁紧机构、样品台分离拖板、着陆器动作部件、取芯管盘转轴、弹簧、样品台锁紧销；取芯管盘位于样品台支架上，取芯管盘上设有取芯管固定孔；取芯管盘与取芯管盘转轴下端连接，通过键连接传递扭矩；取芯管盘底部设有锁定孔；取芯管盘定位光栅用于检测取芯管盘的位置；取芯管盘定位光栅、取芯管盘电磁锁紧机构位于取芯管盘下端，安装在样品台支架上；弹簧处于正常状态时，样品台锁紧销下端卡住取芯管盘和样品台支架，着陆器动作部件带着样品台分离拖板运动，压缩弹簧，样品台锁紧销解除取芯管盘和样品台支架的锁定，实现取芯管盘与采样器的分离；取芯管盘电磁锁紧机构通电与否，通过取芯管盘定位光栅检测到取芯管盘的位置决定；取芯管盘电磁锁紧机构与钻杆固定组件中电磁锁紧机构相同；驱动组件包括齿轮箱支架、齿轮箱外壳、钻杆运动驱动轴、弹簧、过渡接头、钻杆盘驱动轴、取芯管盘驱动轴、取芯管盘驱动齿轮组、杆盘驱动齿轮组；取芯管盘转轴、钻杆盘转轴、钻杆盘驱动轴和取芯管盘驱动轴各自由一对独立的轴承结构固定在换杆齿轮箱上，换杆齿轮箱固定在齿轮箱支架上，齿轮箱外壳位于齿轮箱外；钻杆盘驱动轴套在取芯管盘驱动轴中，两者同心且不接触；钻杆盘转轴套在取芯管盘转轴中，两者同心且不接触；钻杆盘驱动轴通过钻杆盘驱动齿轮组与钻杆盘转轴连接，驱动钻杆盘转轴转动；取芯管盘驱动轴通过取芯管盘驱动齿轮组与取芯管盘转轴连接，驱动取芯管盘转轴旋转；弹簧位于钻杆运动驱动轴外围，底端与钻杆运动驱动轴固定连接，顶端与过渡接头固定连接，过渡接头连接取芯管盘驱动轴，弹簧位于压缩状态，使过渡接头位于取芯管盘驱动轴内；钻杆运动驱动轴顶端为一字型接头，一字型接头与钻杆转盘驱动轴底端对接，钻杆运动驱动轴旋转即带钻杆转盘驱动轴旋转。本专利技术的优点在于：（1）为了避免使用多个电机，钻杆盘和取芯管盘都使用钻杆旋转电机通过不同的对接接头分时驱动，大大降低了工作的功率需求；（2）为了保证换芯换杆过程中钻杆盘和取芯管盘定位的精确性，钻杆盘和取芯管盘均采用圆光栅实现定位，提高了对接过程中安全性与可靠性；（3）为了简化整体结构，取芯管盘转轴套在了钻杆盘转轴的外面，二者在运动过程中相互独立，互不干涉；（4）为了实现采样结束后只回收装有样品的取芯管，取芯管盘设计成与采样器可分离，通过着陆器动作部件运动，可以方便的实现样品的回收；（5）为了实现钻杆盘和取芯管盘在采样过程中保持位置不动，在钻杆盘和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多芯多杆深层月壤采样器的换芯换杆机构，包括钻杆固定组件、取芯管固定与分离组件、驱动组件;钻杆固定组件包括钻杆辅助固定盘、筒形钻杆夹具、钻杆盘、钻杆盘定位光栅、钻杆盘电磁锁紧机构；钻杆辅助固定盘位于钻杆盘转轴上半部分，钻杆辅助固定盘上设有钻杆固定孔；钻杆盘与钻杆盘转轴下端连接，通过键连接传递扭矩，钻杆盘上设有筒形钻杆夹具，钻杆盘底部通过轴承结构固定支撑，钻杆盘底部设有锁定孔；电磁锁紧机构、钻杆盘定位光栅位于钻杆盘下端；钻杆盘定位光栅用于检测钻杆盘的位置；电磁锁紧机构包括电磁线圈、电磁锁紧机构弹簧、电磁锁紧柱；电磁锁紧柱、电磁锁紧机构弹簧位于电磁线圈的内孔中，当电磁线圈不通电，电磁锁紧机构弹簧为初始状态，电磁锁紧柱位于锁定孔内，锁定钻杆盘，当电磁线圈通电，电磁锁紧机构弹簧为压缩状态，电磁锁紧柱脱离锁定孔，钻杆盘能够转动；电磁线圈通电与否，通过钻杆盘定位光栅检测到钻杆盘的位置决定；取芯管固定与分离组件包括取芯管盘、样品台支架、取芯管盘定位光栅、取芯管盘电磁锁紧机构、样品台分离拖板、着陆器动作部件、取芯管盘转轴、弹簧、样品台锁紧销；取芯管盘位于样品台支架上，取芯管盘上设有取芯管固定孔；取芯管盘与取芯管盘转轴下端连接，通过键连接传递扭矩；取芯管盘底部设有锁定孔；取芯管盘定位光栅用于检测取芯管盘的位置；取芯管盘定位光栅、取芯管盘电磁锁紧机构位于取芯管盘下端，安装在样品台支架上；弹簧处于正常状态时，样品台锁紧销下端卡住取芯管盘和样品台支架，着陆器动作部件带着样品台分离拖板运动，压缩弹簧，样品台锁紧销解除取芯管盘和样品台支架的锁定，实现取芯管盘与采样器的分离；取芯管盘电磁锁紧机构通电与否，通过取芯管盘定位光栅检测到取芯管盘的位置决定；取芯管盘电磁锁紧机构与钻杆固定组件中电磁锁紧机构相同；驱动组件包括齿轮箱支架、齿轮箱外壳、钻杆运动驱动轴、弹簧、过渡接头、钻杆盘驱动轴、取芯管盘驱动轴、取芯管盘驱动齿轮组、杆盘驱动齿轮组；取芯管盘转轴、钻杆盘转轴、钻杆盘驱动轴和取芯管盘驱动轴各自由一对独立的轴承结构固定在换杆齿轮箱上，换杆齿轮箱固定在齿轮箱支架上，齿轮箱外壳位于齿轮箱外；钻杆盘驱动轴套在取芯管盘驱动轴中，两者同心且不接触；钻杆盘转轴套在取芯管盘转轴中，两者同心且不接触；钻杆盘驱动轴通过钻杆盘驱动齿轮组与钻杆盘转轴连接，驱动钻杆盘转轴转动；取芯管盘驱动轴通过取芯管盘驱动齿轮组与取芯管盘转轴连接，驱动取芯管盘转轴旋转；弹簧位于钻杆运动驱动轴外围，底端与钻杆运动驱动轴固定连接，顶端与过渡接头固定连接，过渡接头连接取芯管盘驱动轴，弹簧位于压缩状态，使过渡接头位于取芯管盘驱动轴内；钻杆运动驱动轴顶端为一字型接头，一字型接头与钻杆转盘驱动轴底端对接，钻杆运动驱动轴旋转即带钻杆转盘驱动轴旋转。...

【技术特征摘要】
1.一种多芯多杆深层月壤采样器的换芯换杆机构，包括钻杆固定组件、取芯管固定与分
离组件、驱动组件;
钻杆固定组件包括钻杆辅助固定盘、筒形钻杆夹具、钻杆盘、钻杆盘定位光栅、钻杆盘
电磁锁紧机构；
钻杆辅助固定盘位于钻杆盘转轴上半部分，钻杆辅助固定盘上设有钻杆固定孔；
钻杆盘与钻杆盘转轴下端连接，通过键连接传递扭矩，钻杆盘上设有筒形钻杆夹具，钻
杆盘底部通过轴承结构固定支撑，钻杆盘底部设有锁定孔；
电磁锁紧机构、钻杆盘定位光栅位于钻杆盘下端；
钻杆盘定位光栅用于检测钻杆盘的位置；
电磁锁紧机构包括电磁线圈、电磁锁紧机构弹簧、电磁锁紧柱；
电磁锁紧柱、电磁锁紧机构弹簧位于电磁线圈的内孔中，当电磁线圈不通电，电磁锁紧
机构弹簧为初始状态，电磁锁紧柱位于锁定孔内，锁定钻杆盘，当电磁线圈通电，电磁锁紧
机构弹簧为压缩状态，电磁锁紧柱脱离锁定孔，钻杆盘能够转动；
电磁线圈通电与否，通过钻杆盘定位光栅检测到钻杆盘的位置决定；
取芯管固定与分离组件包括取芯管盘、样品台支架、取芯管盘定位光栅、取芯管盘电磁
锁紧机构、样品台分离拖板、着陆器动作部件、取芯管盘转轴、弹簧、样品台锁紧销；
取芯管盘位于样品台支架上，取芯管盘上设有取芯管固定孔；取芯管盘与取芯管盘转轴
下端连接，通过键连接传递扭矩；取芯管盘底部设有锁定孔；
取芯管盘定位光栅用于检测取芯管盘的位置；
取芯管盘定位光栅、取芯管盘电磁锁紧机构位于取...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，张涛，安迎和，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11