【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及月面探测相关，具体涉及一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置及方法。
技术介绍
1、根据现有探测结果表明，月球蕴藏丰富的自然资源，其中最为丰富的矿物资源为月壤和月岩。月壤风化层所含的主要矿物有辉石、橄榄石、斜长石、钛铁矿和尖晶石等，以钛铁矿为例，富钛铁矿物月壤的氢可通过还原法制成人类活动必须的水资源，富氧矿物形式存在的氧经电解还原提取后可作为人类呼吸和供能的重要资源。月面资源原位利用技术不仅可以解决深空探测的能源供给问题，还能够极大地减少深空探测成本，具有极高的研究价值。
2、针对后续无人月球探测和载人月球探测中巡视勘察、资源利用、设施建造等任务对月面移动机器人的迫切需求，目前相继开展了轮腿式、可重构、仿生、翻滚式、弹跳式等月面移动机器人的相关研究工作。如何实现月壤的高效采集与分选富集是月面资源开发利用需要解决的首要科学问题。由于月球表面高真空、微重力、温差大、强辐射等特殊环境的影响，地球上大部分资源开采设备都无法在月表上正常使用。同时月表矿物分布分散、月壤颗粒细小、月尘及月壤颗粒表面带电干扰等，给月面原位资源开发与利用带来巨大的挑战。
3、美国宇航局研制的月球采矿机器人rassor是一个远程操作的移动机器人平台，具有独特的空间风化层挖掘能力。其设计融合了净零排放反作用力，从而允许其在极低重力条件下以高可靠性装载、牵引和倾倒空间风化层。rassor在相对臂上使用反向旋转的铲斗滚筒，以提供接近零的水平和最小的垂直净反作用力，因此挖掘不依赖于移动系统的牵引力或重量，从而提供反作用力来抵消低
4、rassor机器人主要采用铲斗滚筒结构设计实现了月壤挖掘功能，该设计有较高的挖掘效率，但是机器人功能单一，仅能进行月壤挖掘与收集，并不能对挖掘收集到的月壤进行进一步筛选与高效利用等。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有技术存在技术问题的一种或几种，提供了一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置及方法。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，包括探测壳体、挖掘机构、分选富集机构和烧结机构，所述挖掘机构安装在所述探测壳体的前侧，所述分选富集机构和烧结机构分别安装在所述探测壳体内；所述探测壳体的顶部设有入料口，所述挖掘机构挖掘月壤后从入料口向探测壳体内投放，所述分选富集机构设置在所述入料口下方并接收入料口处的月壤，所述分选富集机构下方分别连接精筛富集箱和烧结机构，并将分选获得的精筛月壤颗粒和剩余月壤颗粒分别送入精筛富集箱和烧结机构。
3、本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种集表层月壤快速挖掘、特定矿物高效分选富集和月壤烧结技术一体化的月面探测装置，旨在实现月壤高效挖掘、矿物分选和月壤烧结的全流程技术验证，实现月面原位资源的有效利用，为载人月球探测、月球科考与开发和未来深空探索任务提供技术支持。
4、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
5、进一步，所述挖掘机构包括鼓型挖轮组和连接杆，所述连接杆一端通过第一驱动机构安装在所述探测壳体的前侧并能够在第一驱动机构的驱动下上下摆动，所述连接杆另一端通过第二驱动机构与至少一个鼓型挖轮组连接，所述第二驱动机构的驱动端与所述鼓型挖轮组的中心位置传动连接并驱动鼓型挖轮组前后旋转；所述鼓型挖轮组包括一个鼓型挖轮或多个同轴固定连接的鼓型挖轮；
6、所述鼓型挖轮的周侧壁上设有安装口，所述安装口处覆盖有板门机构，所述板门机构外侧覆盖有挖料铲斗，所述挖料铲斗与所述板门机构之间形成有周向布置的进料通道，所述挖料铲斗的一端与所述鼓型挖轮的周侧壁之间形成挖料口，所述挖料口朝向所述鼓型挖轮的圆周方向布置，所述挖料口处覆盖有初筛网筛。
7、采用上述进一步方案的有益效果是：鼓型挖轮的挖料口处设置初筛网筛，可对月壤颗粒进行初筛；鼓型挖轮的安装口处设置板门机构，鼓型挖轮顺时针旋转并到达正确的旋转位置时，板门机构将在月壤颗粒压力和重力下打开，经过初筛的月壤颗粒进入到鼓型挖轮内，当鼓型挖轮的挖料口旋转到下方的时候，板门机构关闭，避免月壤颗粒从挖料口流出。
8、进一步，所述板门机构上设有多个再筛网孔，所述再筛网孔的孔径小于所述初筛网筛的网孔孔径。
9、采用上述进一步方案的有益效果是：板门机构上设置的再筛网孔可对月壤颗粒进行二次粗筛，将较小的月壤颗粒筛出鼓型挖轮，经过两次筛选的月壤颗粒的粒径能够满足精筛要求。
10、进一步，所述鼓型挖轮组包括多个同轴固定连接的鼓型挖轮时，相邻两个鼓型挖轮的挖料口成180°对称设置。
11、采用上述进一步方案的有益效果是：相邻两个鼓型挖轮的挖料口成180°对称设置，可提高挖掘效率。
12、进一步，所述连接杆的另一端垂直连接有左右布置的横杆，所述横杆两端分别与一个鼓型挖轮组同轴转动连接，所述第二驱动机构具有两个驱动端且分别与两个鼓型挖轮组的中心位置传动连接并驱动两个鼓型挖轮组前后旋转；所述横杆两端的两个鼓型挖轮组左右对称布置。
13、进一步，所述挖掘机构为两个，两个挖掘机构上对应位置的鼓型挖轮的挖料口的朝向相反；
14、或/和，所述连接杆包括转动连接的两段杆，两段杆之间设有第三驱动机构，第三驱动机构用于驱动连接鼓型挖轮组的一段杆旋转运动。
15、采用上述进一步方案的有益效果是：采用朝向相反的两个挖掘机构，在进行挖掘月壤时，两组挖掘机构中的挖轮旋转方向相反，也就说一组是正转，一组是反转，这样的目的是提高挖掘机器人的抓地感，防止由于只有一组相同旋转方向的挖掘机构在挖的过程中出现在月壤表层空转，挖不到月壤的情况。
16、进一步，所述分选富集机构包括驱动部、光谱扫描部、入料壳体、轴承、收集壳体、转台、防护罩和多通道输送管，所述收集壳体的上端为敞口结构，所述收集壳体的下端与多通道输送管连通，所述多通道输送管道的多个分支管道分别与精筛富集箱和烧结机构连通；
17、所述入料壳体和防护罩分别固定在所述收集壳体的敞口端，所述转台位于所述收集壳体内且与所述收集壳体的周侧壁之间预留有废料收集间隔；所述驱动部的驱动端与转台的中心位置连接并驱动转台旋转；所述入料壳体位于所述转台上方的第一侧壁下端和/或防护罩位于所述转台上本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，包括探测壳体、挖掘机构、分选富集机构和烧结机构，所述挖掘机构安装在所述探测壳体的前侧，所述分选富集机构和烧结机构分别安装在所述探测壳体内；所述探测壳体的顶部设有入料口，所述挖掘机构挖掘月壤后从入料口向探测壳体内投放，所述分选富集机构设置在所述入料口下方并接收入料口处的月壤，所述分选富集机构下方分别连接精筛富集箱和烧结机构，并将分选获得的精筛月壤颗粒和剩余月壤颗粒分别送入精筛富集箱和烧结机构。
2.根据权利要求1所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述挖掘机构包括鼓型挖轮组和连接杆，所述连接杆一端通过第一驱动机构安装在所述探测壳体的前侧并能够在第一驱动机构的驱动下上下摆动，所述连接杆另一端通过第二驱动机构与至少一个鼓型挖轮组连接，所述第二驱动机构的驱动端与所述鼓型挖轮组的中心位置传动连接并驱动鼓型挖轮组前后旋转；所述鼓型挖轮组包括一个鼓型挖轮或多个同轴固定连接的鼓型挖轮；
3.根据权利要求2所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述板门机构上设有多
4.根据权利要求2所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述鼓型挖轮组包括多个同轴固定连接的鼓型挖轮时，相邻两个鼓型挖轮的挖料口成180°对称设置。
5.根据权利要求2所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述连接杆的另一端垂直连接有左右布置的横杆，所述横杆两端分别与一个鼓型挖轮组同轴转动连接，所述第二驱动机构具有两个驱动端且分别与两个鼓型挖轮组的中心位置传动连接并驱动两个鼓型挖轮组前后旋转；所述横杆两端的两个鼓型挖轮组左右对称布置。
6.根据权利要求2所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述挖掘机构为两个，两个挖掘机构上对应位置的鼓型挖轮的挖料口的朝向相反；
7.根据权利要求1至6任一项所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述分选富集机构包括驱动部、光谱扫描部、入料壳体、轴承、收集壳体、转台、防护罩和多通道输送管，所述收集壳体的上端为敞口结构，所述收集壳体的下端与多通道输送管连通，所述多通道输送管道的多个分支管道分别与精筛富集箱和烧结机构连通；
8.根据权利要求7所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述分选富集机构还包括轴承，所述轴承安装在所述转台中心位置的上方，所述轴承的外圈固定在所述收集壳体或/和所述防护罩上，所述轴承的内圈与所述转台的中心位置固定连接，所述轴承的内圈还与所述驱动部的驱动端连接并在驱动部的驱动下带动转台旋转。
9.根据权利要求7所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述精筛孔的尺寸为精筛月壤颗粒尺寸的1～2倍，相邻两个精筛孔之间的距离为精筛孔孔径的两倍以上；
10.根据权利要求7所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述收集壳体的上端为圆形敞口结构；
11.根据权利要求7所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述多通道输送管还包括主管道，所述主管道上端与所述收集壳体的下端中心位置连接且连通，所述主管道下端分别与多个分支管道上端连通；所述主管道的下端内侧设有所述第二阀门。
12.根据权利要求11所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述分支管道为两个，两个分支管道分别与精筛富集箱和烧结机构对应连通；所述第二阀门为球阀，所述主管道以及分支管道上分别设有沿自身长度方向延伸的长条形限位孔，多个限位孔的一端连通，所述球阀上设有限位杆，所述限位杆穿设在所述限位孔内；所述主管道以及分支管道上均设有振动电机。
13.根据权利要求1至6、8至12任一项所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述烧结机构包括入料管口、炉体、微波源、红外测温仪和底部加压部件，所述炉体具有烧结腔，所述入料管口设置在所述炉体的顶部且与所述烧结腔连通，所述微波源和红外测温仪分别固定在所述炉体的侧壁上，所述入料管口与所述分选富集机构的剩余月壤颗粒出口管道连通，所述底部加压部件设置在所述烧结腔的底部。
14.根据权利要求1至6、8至12任一项所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述探测壳体内设有竖向传送机构，所述竖向传送机构位于所述烧结机构的后侧，所述烧结机构的后侧设有烧结物料出口；所述探测壳体的顶部设有传送口，所述传...
【技术特征摘要】
1.一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，包括探测壳体、挖掘机构、分选富集机构和烧结机构，所述挖掘机构安装在所述探测壳体的前侧，所述分选富集机构和烧结机构分别安装在所述探测壳体内；所述探测壳体的顶部设有入料口，所述挖掘机构挖掘月壤后从入料口向探测壳体内投放，所述分选富集机构设置在所述入料口下方并接收入料口处的月壤，所述分选富集机构下方分别连接精筛富集箱和烧结机构，并将分选获得的精筛月壤颗粒和剩余月壤颗粒分别送入精筛富集箱和烧结机构。
2.根据权利要求1所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述挖掘机构包括鼓型挖轮组和连接杆，所述连接杆一端通过第一驱动机构安装在所述探测壳体的前侧并能够在第一驱动机构的驱动下上下摆动，所述连接杆另一端通过第二驱动机构与至少一个鼓型挖轮组连接，所述第二驱动机构的驱动端与所述鼓型挖轮组的中心位置传动连接并驱动鼓型挖轮组前后旋转；所述鼓型挖轮组包括一个鼓型挖轮或多个同轴固定连接的鼓型挖轮；
3.根据权利要求2所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述板门机构上设有多个再筛网孔，所述再筛网孔的孔径小于所述初筛网筛的网孔孔径。
4.根据权利要求2所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述鼓型挖轮组包括多个同轴固定连接的鼓型挖轮时，相邻两个鼓型挖轮的挖料口成180°对称设置。
5.根据权利要求2所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述连接杆的另一端垂直连接有左右布置的横杆，所述横杆两端分别与一个鼓型挖轮组同轴转动连接，所述第二驱动机构具有两个驱动端且分别与两个鼓型挖轮组的中心位置传动连接并驱动两个鼓型挖轮组前后旋转；所述横杆两端的两个鼓型挖轮组左右对称布置。
6.根据权利要求2所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述挖掘机构为两个，两个挖掘机构上对应位置的鼓型挖轮的挖料口的朝向相反；
7.根据权利要求1至6任一项所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述分选富集机构包括驱动部、光谱扫描部、入料壳体、轴承、收集壳体、转台、防护罩和多通道输送管，所述收集壳体的上端为敞口结构，所述收集壳体的下端与多通道输送管连通，所述多通道输送管道的多个分支管道分别与精筛富集箱和烧结机构连通；
8.根据权利要求7所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述分选富集机构还包括轴承，所述轴承安装在所述转台中心位置的上方，所述轴承的外圈固定在所述收集壳体或/和所述防护罩上，所述轴承的内圈与所述转台的中心位置固定连接，所述轴承的内圈还与所述驱动部的驱动端连接并在驱动部的驱动下带动转台旋转。
9.根据权利要求7所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述精筛孔的尺寸为精筛月壤颗粒尺寸的1～2倍，相邻两个精筛孔之间的距离为精筛孔孔径的两倍以上；
10.根据权利要求7所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述收集壳体的上端为圆形敞口结构；
11.根据权利要求7所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述多通道输送管还包括主管道，所述主管道上端与所述收集壳体的下端中心位置连接且连通，所述主管道下端分别与多个分支管道上端连通；所述主管道的下端内侧设有所述第二阀门。
12.根据权利要求11所述一种月壤挖掘、分选、烧结一体化的月面探测装置，其特征在于，所述分支管道为两个，两个分支管道分别与精筛富集箱和烧结机构对应连通；所述第二阀门为球阀，所述主管道以及分支管道上分别设有沿自身长度方向延伸的长条形限位孔，多个限位孔的一端连通，所述球阀上设有限位杆，所述限位杆穿设在所述限位孔内...
【专利技术属性】
技术研发人员：王之，张鹏，赫世敬，何敏滢，杨瀚哲，郑海菠，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：
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