一种地外星体土壤岩石自平衡自适应样品钻取系统技术方案

一种地外星体土壤岩石自平衡自适应样品钻取系统，属于航天技术领域，由钻取平台、锚固组件、驱动组件、传动组件和钻机组成，钻取平台用于存放锚固组件、驱动组件、传动组件、钻机及采取到的岩样；驱动组件用于为钻取平台的移动与传动组件的动作提供动力；传动组件分别与驱动组件、钻机连接，用于借助驱动组件提供的动力实现钻机位置与姿态的调整，以完成钻进与取样的工作，锚固组件用于固定钻探系统，并在钻探工作完成时解除钻取平台的平台主体与地外星体之间的连接，本实用新型专利技术采用射出射锚头钉入地外星体内部的方式，以提供在微重力条件下设备钻进所需的压力，达到了地外星体取样工作中高度机械化、自动化、智能化、简单化的要求。

An adaptive sample drilling system of soil rock self balance for extraterrestrial bodies

【技术实现步骤摘要】
一种地外星体土壤岩石自平衡自适应样品钻取系统
本技术属于航天
，特别涉及一种地外星体土壤岩石自平衡自适应样品钻取系统。
技术介绍
航天航空是人类探索自然界的前沿工程，走向太空已成为科技强国必不可少的标志，对地外星体的探测工程主要是通过遥测遥感和最终的登陆来揭开地外星体环境的神秘面纱，登陆后要针对地外星体展开一系列的科研项目，每个环节都非常重要,其中之一就是要获取星体表面物质标本。获取标本的最直接唯一的手段是钻探，但受地外星体高真空、低重力、剧烈的昼夜温差变化、强辐射等恶劣环境的影响，且土壤岩石的力学性质不确定，靠人登陆使用普通钻机进行钻进相当困难。在探测初期必然是以无人飞行器登陆地外星体为主，需要设计一种新型无人自动钻探系统。以月球钻探为例，国内外专家学者提出了多种方法与设备，但思路较为单一，在钻进动作的完成上，基本采用机械臂操控的方式(例如“月面探测机器人”，详见申请号201810273519.5)，而在钻探类型上，一般采用单钻头回转的方式进行钻进(例如“月球月壤浅层钻孔取心方法”，详见专利号200910272392.6)；取样方式上，也是单一的采用丝杠回转携带土壤回转上行取土的方式(例如“一种月球深层土壤采集器”，专利号201110304203.6)；钻探对象上，均以土壤取样为主，这就决定了其对于钻机回转扭矩平衡的要求相对较小。如若进一步进行更深的钻进取样工作，必须考虑到钻进时所产生的反扭矩对钻探设备本身的影响。此外，月球虽然重力较小，但仍具有一定的重力。若是在诸如小行星类的地外星体上钻进时，由于处于微重力条件下，如何提供钻进所需钻压也是一个需要解决的问题。因此，现有技术当中亟需要一种新的技术方案来解决这些问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种地外星体土壤岩石自平衡自适应样品钻取系统，用于解决地外星体进行钻探任务时所遇到的微重力，反扭矩等问题。为实现上述目的本技术所采用如下的技术方案：一种地外星体土壤岩石样品自平衡自适应钻取系统，其特征在于，该钻取系统由钻取平台、锚固组件、驱动组件、传动组件和钻机组成，所述钻取平台包括平台主体、移动轮、传动轴、储心腔、储心封盖、封盖电机、防尘盖驱动电机以及锚固系统驱动电机，在所述平台主体的上表面设置有用于存放钻机的第一凹槽和用于存放传动组件的第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽数量均至少两个，第一凹槽和第二凹槽均以等角度间隔从平台主体的中心向外周呈放射状分布，第一凹槽和第二凹槽交替间隔布置，第一凹槽和第二凹槽均具有用于封闭所述第一凹槽和第二凹槽的防尘盖，平台主体下表面设有第三凹槽，第三凹槽用于存放锚固组件，第三凹槽数量至少三个，第三凹槽以等角度间隔从平台主体的中心向外周呈放射状分布，第三凹槽具有用于封闭所述第三凹槽的防尘盖；所述移动轮数量为四个，四个移动轮两两一对，成对的两个移动轮的中心转轴通过传动轴连接；所述传动轴的中部设置有锥形齿轮，锥形齿轮用于与所述移动轮驱动伞齿轮配合工作；所述防尘盖驱动电机安装在第一凹槽、第二凹槽及第三凹槽的防尘盖上，用于翻转防尘盖，控制其开合；所述锚固系统驱动电机安装在第三凹槽内，锚固系统驱动电机与锚固组件连接，用于控制锚固组件的旋出与收回；所述储心腔设置在平台主体内部；所述储心封盖设置在储心腔上；所述封盖电机设置在储心封盖上，用于控制其开合；所述驱动组件包括驱动电机、驱动电机调位件、蜗状盘驱动齿轮及移动轮驱动伞齿轮，所述驱动电机调位件嵌于所述平台主体内，用于调整驱动电机在竖直方向上的位置；所述驱动电机的外壳一侧加工有齿条，用于与驱动电机调位件齿轮啮合连接，驱动电机同时驱动蜗状盘驱动齿轮和移动轮驱动伞齿轮转动，驱动电机由驱动电机调位件驱动上下移动时，驱动电机上行至极限时，所述蜗状盘驱动齿轮恰好与所述蜗状盘下表面的内齿轮啮合，驱动电机下行至极限时，所述移动轮驱动伞齿轮恰好与所述传动轴中部的锥形齿轮啮合；所述传动组件包括蜗状盘、蜗状盘轴承、传动车、传动铰接杆及传动铰接头，所述蜗状盘的上表面加工有呈螺旋蜗状排布的轨道，蜗状盘的下表面加工有用于与蜗状盘驱动齿轮啮合的内齿轮，蜗状盘嵌于所述平台主体内，蜗状盘外边缘与蜗状盘轴承内边缘紧密贴合；所述蜗状盘轴承外边缘与平台主体接触面紧密贴合；所述传动车数量至少两个，每个传动车具有两个轮子，两个轮子分别与所述蜗状盘上的轨道相切；所述传动铰接杆数量与传动车数量一致，传动铰接杆与传动车一一对应，传动铰接杆的一端与传动车铰接，传动铰接杆的另一端与位于所述传动铰接头上的铰接部铰接；所述传动铰接头包括传动铰接头本、电机及旋转电机，传动铰接头本体的外圆周上均布有与传动铰接杆相配的铰接部，电机的外壳通过与传动铰接头本体的过盈配合固定在其内部，电机的转子能够在平面方向上360°的旋转；旋转电机为双转子电机，旋转电机的内转子与电机的转子下部过盈配合，旋转电机的外转子与钻机过盈配合；所述锚固组件包括锚腿连接件、爆炸螺栓、第一射锚头、第一锚接头、第二射锚头、第二锚接头及第三射锚头，其中锚腿连接件的顶端与锚固系统驱动电机连接，锚腿连接件的下端与第一射锚头之间通过爆炸螺栓连接；第一射锚头与第二射锚头间通过第一锚接头连接；第二射锚头与第三射锚头之间通过第二锚接头连接，第一射锚头、第一锚接头、第二射锚头、第二锚接头及第三射锚头内部均设置有爆炸药包，并在第一射锚头、第二射锚头及第三射锚头的内部设置有牵引绳；所述钻机为井下扭矩自平衡有缆钻具系统，在所述钻机的取心筒上安装有推杆，推杆用于将取得的岩样推入平台主体的储心腔内。优选地，所述封盖电机选用伺服电机。优选地，所述防尘盖驱动电机选用伺服电机。优选地，所述锚固系统驱动电机选用伺服电机。优选地，所述驱动电机选用伺服电机。通过上述设计方案，本技术可以带来如下有益效果：本技术是由钻取平台、锚固组件、驱动组件，传动组件和钻机组成，本技术采用射出射锚头钉入地外星体内部的方式，以提供在微重力条件下设备钻进所需的压力；利用传动组件内部设置的涡状盘，同时驱动所有传动车同步运动，从而实现钻机的提升与下落；使用同套动力电机，通过改变电机与其他零部件相对位置，实现同一动力源控制整套系统正常的移动与钻进等动作；本技术达到了地外星体取样工作中高度机械化、自动化、智能化、简单化的要求。本技术从钻探科学的角度给整个地外星体探测领域带来了一个新的角度，极具创新意义且意义十分重大，应用性前景广。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本技术示意性实施例及其说明用于理解本技术，并不构成本技术的不当限定，在附图中：图1是本技术提出的一种地外星体土壤岩石样品自平衡自适应钻取系统总体示意图一。图2是本技术提出的一种地外星体土壤岩石样品自平衡自适应钻取系统总体示意图二。图3是图2中A处局部放大图。图4是图2中B处局部放大图。图5是本技术提出的一种地外星体土壤岩石样品自平衡自适应钻取系统的钻取平台俯视图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地外星体土壤岩石自平衡自适应样品钻取系统，其特征在于，该钻取系统由钻取平台、锚固组件、驱动组件、传动组件和钻机(25)组成，/n所述钻取平台包括平台主体(1)、移动轮(2)、传动轴(3)、储心腔(4)、储心封盖(5)、封盖电机(6)、防尘盖驱动电机(7)以及锚固系统驱动电机(8)，在所述平台主体(1)的上表面设置有用于存放钻机(25)的第一凹槽(101)和用于存放传动组件的第二凹槽(102)，第一凹槽(101)和第二凹槽(102)数量均至少两个，第一凹槽(101)和第二凹槽(102)均以等角度间隔从平台主体(1)的中心向外周呈放射状分布，第一凹槽(101)和第二凹槽(102)交替间隔布置，第一凹槽(101)和第二凹槽(102)均具有用于封闭所述第一凹槽(101)和第二凹槽(102)的防尘盖，平台主体(1)下表面设有第三凹槽(103)，第三凹槽(103)用于存放锚固组件，第三凹槽(103)数量至少三个，第三凹槽(103)以等角度间隔从平台主体(1)的中心向外周呈放射状分布，第三凹槽(103)具有用于封闭所述第三凹槽(103)的防尘盖；所述移动轮(2)数量为四个，四个移动轮(2)两两一对，成对的两个移动轮(2)的中心转轴通过传动轴(3)连接；所述传动轴(3)的中部设置有锥形齿轮(301)，锥形齿轮(301)用于与所述移动轮驱动伞齿轮(12)配合工作；所述防尘盖驱动电机(7)安装在第一凹槽(101)、第二凹槽(102)及第三凹槽(103)的防尘盖上，用于翻转防尘盖，控制其开合；所述锚固系统驱动电机(8)安装在第三凹槽(103)内，锚固系统驱动电机(8)与锚固组件连接，用于控制锚固组件的旋出与收回；所述储心腔(4)设置在平台主体(1)内部；所述储心封盖(5)设置在储心腔(4)上；所述封盖电机(6)设置在储心封盖(5)上，用于控制其开合；/n所述驱动组件包括驱动电机(9)、驱动电机调位件(10)、蜗状盘驱动齿轮(11)及移动轮驱动伞齿轮(12)，所述驱动电机调位件(10)嵌于所述平台主体(1)内，用于调整驱动电机(9)在竖直方向上的位置；所述驱动电机(9)的外壳一侧加工有齿条，用于与驱动电机调位件(10)齿轮啮合连接，驱动电机(9)同时驱动蜗状盘驱动齿轮(11)和移动轮驱动伞齿轮(12)转动，驱动电机(9)由驱动电机调位件(10)驱动上下移动时，驱动电机(9)上行至极限时，所述蜗状盘驱动齿轮(11)恰好与所述蜗状盘(13)下表面的内齿轮啮合，驱动电机(9)下行至极限时，所述移动轮驱动伞齿轮(12)恰好与所述传动轴(3)中部的锥形齿轮(301)啮合；/n所述传动组件包括蜗状盘(13)、蜗状盘轴承(14)、传动车(15)、传动铰接杆(16)及传动铰接头(17)，所述蜗状盘(13)的上表面加工有呈螺旋蜗状排布的轨道，蜗状盘(13)的下表面加工有用于与蜗状盘驱动齿轮(11)啮合的内齿轮，蜗状盘(13)嵌于所述平台主体(1)内，蜗状盘(13)外边缘与蜗状盘轴承(14)内边缘紧密贴合；所述蜗状盘轴承(14)外边缘与平台主体(1)接触面紧密贴合；所述传动车(15)数量至少两个，每个传动车(15)具有两个轮子，两个轮子分别与所述蜗状盘(13)上的轨道相切；所述传动铰接杆(16)数量与传动车(15)数量一致，传动铰接杆(16)与传动车(15)一一对应，传动铰接杆(16)的一端与传动车(15)铰接，传动铰接杆(16)的另一端与位于所述传动铰接头(17)上的铰接部(1701)铰接；所述传动铰接头(17)包括传动铰接头本、电机(1702)及旋转电机(1703)，传动铰接头本体的外圆周上均布有与传动铰接杆(16)相配的铰接部(1701)，电机(1702)的外壳通过与传动铰接头本体的过盈配合固定在其内部，电机(1702)的转子能够在平面方向上360°的旋转；旋转电机(1703)为双转子电机，旋转电机(1703)的内转子与电机(1702)的转子下部过盈配合，旋转电机(1703)的外转子与钻机(25)过盈配合；/n所述锚固组件包括锚腿连接件(18)、爆炸螺栓(19)、第一射锚头(20)、第一锚接头(21)、第二射锚头(22)、第二锚接头(23)及第三射锚头(24)，其中锚腿连接件(18)的顶端与锚固系统驱动电机(8)连接，锚腿连接件(18)的下端与第一射锚头(20)之间通过爆炸螺栓(19)连接；第一射锚头(20)与第二射锚头(22)间通过第一锚接头(21)连接；第二射锚头(22)与第三射锚头(24)之间通过第二锚接头(23)连接，第一射锚头(20)、第一锚接头(21)、第二射锚头(22)、第二锚接头(23)及第三射锚头(24)内部均设置有爆炸药包，并在第一射锚头(20)、第二射锚头(22)及第三射锚头(24)的内部设置有牵引绳；/n所述钻机(25)为井下扭矩自...

【技术特征摘要】
1.一种地外星体土壤岩石自平衡自适应样品钻取系统，其特征在于，该钻取系统由钻取平台、锚固组件、驱动组件、传动组件和钻机(25)组成，
所述钻取平台包括平台主体(1)、移动轮(2)、传动轴(3)、储心腔(4)、储心封盖(5)、封盖电机(6)、防尘盖驱动电机(7)以及锚固系统驱动电机(8)，在所述平台主体(1)的上表面设置有用于存放钻机(25)的第一凹槽(101)和用于存放传动组件的第二凹槽(102)，第一凹槽(101)和第二凹槽(102)数量均至少两个，第一凹槽(101)和第二凹槽(102)均以等角度间隔从平台主体(1)的中心向外周呈放射状分布，第一凹槽(101)和第二凹槽(102)交替间隔布置，第一凹槽(101)和第二凹槽(102)均具有用于封闭所述第一凹槽(101)和第二凹槽(102)的防尘盖，平台主体(1)下表面设有第三凹槽(103)，第三凹槽(103)用于存放锚固组件，第三凹槽(103)数量至少三个，第三凹槽(103)以等角度间隔从平台主体(1)的中心向外周呈放射状分布，第三凹槽(103)具有用于封闭所述第三凹槽(103)的防尘盖；所述移动轮(2)数量为四个，四个移动轮(2)两两一对，成对的两个移动轮(2)的中心转轴通过传动轴(3)连接；所述传动轴(3)的中部设置有锥形齿轮(301)，锥形齿轮(301)用于与所述移动轮驱动伞齿轮(12)配合工作；所述防尘盖驱动电机(7)安装在第一凹槽(101)、第二凹槽(102)及第三凹槽(103)的防尘盖上，用于翻转防尘盖，控制其开合；所述锚固系统驱动电机(8)安装在第三凹槽(103)内，锚固系统驱动电机(8)与锚固组件连接，用于控制锚固组件的旋出与收回；所述储心腔(4)设置在平台主体(1)内部；所述储心封盖(5)设置在储心腔(4)上；所述封盖电机(6)设置在储心封盖(5)上，用于控制其开合；
所述驱动组件包括驱动电机(9)、驱动电机调位件(10)、蜗状盘驱动齿轮(11)及移动轮驱动伞齿轮(12)，所述驱动电机调位件(10)嵌于所述平台主体(1)内，用于调整驱动电机(9)在竖直方向上的位置；所述驱动电机(9)的外壳一侧加工有齿条，用于与驱动电机调位件(10)齿轮啮合连接，驱动电机(9)同时驱动蜗状盘驱动齿轮(11)和移动轮驱动伞齿轮(12)转动，驱动电机(9)由驱动电机调位件(10)驱动上下移动时，驱动电机(9)上行至极限时，所述蜗状盘驱动齿轮(11)恰好与所述蜗状盘(13)下表面的内齿轮啮合，驱动电机(9)下行至极限时，所述移动轮驱动伞齿轮(12)恰好与所述传动轴(3)中部的锥形齿轮(301)啮合；
所述传动组件包括蜗状盘(13)、蜗状盘轴承(14)、传动车(15)、传动铰接杆(16)及传动铰接头(17)，所述蜗状盘(13)的上表面加工有呈螺旋蜗状...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杭凯，高科，孟治国，任雷，孙友宏，刘宝昌，韩志武，赵研，常志勇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22