基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器，包括探测器本体、机械臂、超声波钻和返回舱，机械臂和返回舱均布置在探测器本体上，所述的超声波钻设置在机械臂末端，机械臂带动超声波钻采样后送入返回舱，超声波钻包括压电换能器、壳体、恢复弹簧和取芯钻杆，压电换能器固定在壳体上，压电换能器的输出端穿入壳体内，取芯钻杆包括一体设置的密封空心杆和容芯槽，在容芯槽内靠近密封空心杆处设置有断芯簧片，在容芯槽的槽壁上均匀设置若干对夹持簧片，密封空心杆穿入壳体内与压电换能器的输出端连接。本发明专利技术采用具有低钻压高效能的超声波钻进，基于斜楔断芯实现小行星表面采样，利用机械臂实现在小行星表面选点采样。

Asteroid sampler based on percussive ultrasonic drilling progressive core and oblique wedge broken core

【技术实现步骤摘要】
基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器
本专利技术属于航天采样
，尤其是涉及一种基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器。
技术介绍
小行星探测是近年来最活跃的科学领域之一，小行星的地质演变很少，保留着很多早期信息，有助于探索太阳系的组成、生命起源、以及研究如何减少地球遭小行星碰撞的危险。对小行星采样分析是小行星研究领域的重要组成部分。目前，大多采样装置采用电磁回转冲击钻采样，然而该方案需要探测器提供较大的轴向力和高回转扭矩，并且功耗大、效率低、装置庞大复杂。对于具有微引力、表面并多为裸露的坚硬岩石的小行星，该方案显然不是最佳。因此，提出一种低反作用力、轻小型化、低能高效破岩的采样器对于小行星探测具有十分重大的意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器，具有低反作用力、轻小型化、低能高效破岩的特点。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器，包括探测器本体、机械臂、超声波钻和返回舱，所述的机械臂和返回舱均布置在探测器本体上，所述的超声波钻设置在机械臂末端，所述的机械臂带动超声波钻采样后送入返回舱；所述的超声波钻包括压电换能器、壳体和取芯钻杆，所述的压电换能器固定在壳体上，所述的压电换能器的输出端穿入壳体内，所述的取芯钻杆包括一体设置的密封空心杆和容芯槽，在容芯槽内靠近密封空心杆处设置有断芯簧片，在容芯槽的槽壁上均匀设置若干对夹持簧片，所述的密封空心杆穿入壳体内与压电换能器的输出端连接，在所述取芯钻杆的设置在壳体内的部分套设有恢复弹簧，所述的恢复弹簧的一侧紧压取芯钻杆使其与压电换能器的输出端贴合，另一侧紧贴壳体内壁。进一步的，所述机械臂为三自由度机械臂，包括从上到下顺次设置的第一关节臂、第二关节臂和第三关节臂，所述的第一关节臂和第二关节臂之间通过第二关节连接，所述的第二关节臂和第三关节臂之间通过第三关节连接，所述的第一关节臂通过第一关节与探测器本体连接，所述的第三关节臂与超声波钻连接。进一步的，所述压电换能器包括后盖板、压电陶瓷叠堆和变幅杆，所述的压电陶瓷叠堆设置在后盖板和变幅杆之间，所述的变幅杆为上宽下窄的空心杆体，所述的变幅杆的宽段穿入后盖板的空腔内并将压电陶瓷叠堆压紧在后盖板上，所述的变幅杆的窄段穿入壳体内与取芯钻杆连接。进一步的，所述变幅杆上设有的将压电陶瓷叠堆压紧在后盖板上的翼块。进一步的，所述断芯簧片为斜楔型结构。进一步的，所述的机械臂和返回舱布置在探测器本体的相邻两侧。相对于现有技术，本专利技术所述的基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器具有以下优势：本专利技术所述的基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器，1、采用具有低钻压高效能的超声波钻进，具有低反作用力、轻小型化、低能高效破岩的特点；2、利用机械臂灵活多变的优点，实现在小行星表面选点采样；3、在取芯钻杆内采用斜楔型结构和采用多对夹持簧片结构实现小行星表面断芯采样。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述的基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器的结构示意图；图2为本专利技术实施例所述的机械臂的结构示意图；图3为超声波钻的结构示意图；图4为斜楔断芯的示意图。附图标记说明：1-探测器本体，2-机械臂，2-1-第一关节，2-2-第一关节臂，2-3第二关节，2-4第二关节臂，2-5-第三关节，2-6-第三关节臂，3-超声波钻，3-1-压电换能器，3-1-1-后盖板，3-1-2-压电陶瓷叠堆，3-1-3-变幅杆，3-2-壳体，3-3-恢复弹簧，3-4-取芯钻杆，3-5-断芯簧片，3-6-夹持簧片，4-返回舱。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如图1-图4所示，基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器，包括探测器本体1、机械臂2、超声波钻3和返回舱4，所述的机械臂2和返回舱4均布置在探测器本体1上，所述的超声波钻3设置在机械臂2末端，所述的机械臂2带动超声波钻3采样后送入返回舱4；所述的超声波钻3包括压电换能器3-1、壳体3-2和取芯钻杆3-4，所述的压电换能器3-1固定在壳体3-2上，所述的压电换能器3-1的输出端穿入壳体3-2内，所述的取芯钻杆3-4包括一体设置的密封空心杆和容芯槽，在容芯槽内靠近密封空心杆处设置有断芯簧片3-5，在容芯槽的槽壁上均匀设置若干对夹持簧片3-6，所述的密封空心杆穿入壳体3-2内与压电换能器3-1的输出端连接，在取芯钻杆3-4的设置在壳体3-2内的部分套设有恢复弹簧3-3，所述的恢复弹簧3-3的一侧紧压取芯钻杆3-4使其与压电换能器3-1的输出端贴合，另一侧紧贴壳体3-2内壁。机械臂2为三自由度机械臂，包括从上到下顺次设置的第一关节臂2-2、第二关节臂2-4和第三关节臂2-6，所述的第一关节臂2-2和第二关节臂2-4之间通过第二关节2-3连接，所述的第二关节臂2-2和第三关节臂2-6之间通过第三关节2-5连接，所述的第一关节臂2-2通过第一关节2-1与探测器本体1连接，所述的第三关节臂2-6与超声波钻3连接。机械臂2也可以是多个关节臂，具体根据需要而定，此处举例机械臂2设有三个关节臂，能够实现X方向、Z方向的移动，以及绕Z轴的转动，实现机械臂2高度和角度的调整，灵活，更利于采样点的选取。压电换能器3-1包括后盖板3-1-1、压电陶瓷叠堆3-1-2和变幅杆3-1-3，所述的压电陶瓷叠堆3-1-2设置在后盖板3-1-1和变幅杆3-1-3之间，所述的变幅杆3-1-3为上宽下窄的空心杆体，所述的变幅杆3-1-3的宽段穿入后盖板3-1-1的空腔内并将压电陶瓷叠堆3-1-2压紧在后盖板3-1-1上，所述的变幅杆3-1-3的窄段穿入壳体3-2内与取芯钻杆3-4连接。变幅杆3-1-3上设有的将压电陶瓷叠堆3-1-2压紧在后盖板3-1-1上的翼块，此设置，使得变幅杆3-1-3放大压电陶瓷堆的振动。断芯簧片3-5为斜楔型结构，断芯簧片3-5属于下窄上宽型，在样品顶端接触到断芯簧片3-5后，断芯簧片3-5会给样品一个力，使得样品晃动，最终在样品根部断裂，取芯结束。机械臂2和返回舱4布置在探测器本体1的相邻两侧，便于机械臂2将取芯钻杆3-4采取到的样品放置到返回舱4中。本采样器的工作原理为：当探测器本体1在小行星表面选定采样点之后之后，机械臂2由原先的收拢状态展开成合适的角度准备采样。当压电换能器3-1接入高频电压时，压电陶瓷叠堆3-1-2通电后产生高频纵向振动，变幅杆3-1-3将纵向振动放大后传递给取芯钻杆3-4，驱动取芯钻杆3-4实现高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器，其特征在于：包括探测器本体(1)、机械臂(2)、超声波钻(3)和返回舱(4)，所述的机械臂(2)和返回舱(4)均布置在探测器本体(1)上，所述的超声波钻(3)设置在机械臂(2)末端，所述的机械臂(2)带动超声波钻(3)采样后送入返回舱(4)；/n所述的超声波钻(3)包括压电换能器(3-1)、壳体(3-2)和取芯钻杆(3-4)，所述的压电换能器(3-1)固定在壳体(3-2)上，所述的压电换能器(3-1)的输出端穿入壳体(3-2)内，所述的取芯钻杆(3-4)包括一体设置的密封空心杆和容芯槽，在容芯槽内靠近密封空心杆处设置有断芯簧片(3-5)，在容芯槽的槽壁上均匀设置若干对夹持簧片(3-6)，所述的密封空心杆穿入壳体(3-2)内与压电换能器(3-1)的输出端连接，在所述取芯钻杆(3-4)的设置在壳体(3-2)内的部分套设有恢复弹簧(3-3)，所述的恢复弹簧(3-3)的一侧紧压取芯钻杆(3-4)使其与压电换能器(3-1)的输出端贴合，另一侧紧贴壳体(3-2)内壁。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器，其特征在于：包括探测器本体(1)、机械臂(2)、超声波钻(3)和返回舱(4)，所述的机械臂(2)和返回舱(4)均布置在探测器本体(1)上，所述的超声波钻(3)设置在机械臂(2)末端，所述的机械臂(2)带动超声波钻(3)采样后送入返回舱(4)；
所述的超声波钻(3)包括压电换能器(3-1)、壳体(3-2)和取芯钻杆(3-4)，所述的压电换能器(3-1)固定在壳体(3-2)上，所述的压电换能器(3-1)的输出端穿入壳体(3-2)内，所述的取芯钻杆(3-4)包括一体设置的密封空心杆和容芯槽，在容芯槽内靠近密封空心杆处设置有断芯簧片(3-5)，在容芯槽的槽壁上均匀设置若干对夹持簧片(3-6)，所述的密封空心杆穿入壳体(3-2)内与压电换能器(3-1)的输出端连接，在所述取芯钻杆(3-4)的设置在壳体(3-2)内的部分套设有恢复弹簧(3-3)，所述的恢复弹簧(3-3)的一侧紧压取芯钻杆(3-4)使其与压电换能器(3-1)的输出端贴合，另一侧紧贴壳体(3-2)内壁。


2.根据权利要求1所述的基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器，其特征在于：所述机械臂(2)为三自由度机械臂，包括从上到下顺次设置的第一关节臂(2-2)、第二关节臂(2-4)和第三关节臂(2-6)，所述的第一关节臂(2-2)和第二关节臂(2-4)之间通过第二关节(2-3)连接，所述的第二关节臂(2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓宗全，孟林智，全齐全，唐德威，杨正，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23