本发明专利技术涉及一种用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构，包括铲子、棘轮、样品盒和连接分离机构，其中棘轮固定在铲子前端，样品盒通过连接分离机构固定在铲子后端，样品盒为筒形结构，内部设置有单向机构和封口机构，其中单向机构防止样品盒内的土壤流出；封口机构用于样品盒分离时防止盒内的土壤样品飞溅出来；连接分离机构包括套筒、滑片、钢球、弹簧和弹簧销，在连接状态时形成土壤进入样品盒的通道，在样品转送时，可以使经过初级封装的样品脱离末端执行机构，本发明专利技术末端执行机构以铲挖作业方式为主，棘轮旋挖作业方式为辅，能够有效地获取土壤样品，具备样品的临时存储和初级封装功能，并能将样品转送至上升器上的密封封装装置中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构，属于深空探测
和航天器机构
技术介绍
美国先后在Surveyor (勘测者)月球探测任务、Viking (海盗)和Phoenix (凤凰)火星探测任务中使用浅层土壤取样装置对星体土壤进行取样作业。这三种取样装置虽然都获得了成功，但是它们的与土壤直接作用的部分-末端执行机构都具有一些不足之处，例如Surveyor末端执行机构的取样作业方式单一,对地质环境的适应性较差；Viking末端 执行机构的结构较复杂，取样作业方式单一，对地质环境的适应性较差；PhoeniX末端执行机构为了提高对地质环境的适应性，增加了微型破岩钻机，导致结构比较复杂。以上任务中末端执行机构存在的不足之处都会对星体浅层土壤取样任务的可靠性造成不良影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构，该末端执行机构以铲挖作业方式为主，棘轮旋挖作业方式为辅，能够有效地获取土壤样品，具备样品的临时存储和初级封装功能，并能将样品转送至上升器上的样品密封封装装置中。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的一种用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构，包括铲子、棘轮、样品盒和连接分离机构，其中铲子是末端执行机构的主体，用于对土壤进行铲挖，棘轮固定在铲子前端，用于对土壤进行旋挖，样品盒通过连接分离机构固定在铲子后端，样品盒为筒形结构，入口处设置有单向机构和封口机构，单向机构用于防止样品盒内的土壤流出，封口机构用于样品盒分离时防止盒内的土壤样品飞溅出来；单向机构包括第一门扇、门轴及第二门扇，门轴沿直径方向穿过样品盒的筒壁并固定在筒壁上，第一门扇和第二门扇在夹角为180°时组成一个完整的椭圆面，门轴穿过椭圆面的短轴所在的中心线，第一门扇和第二门扇可以绕门轴转动，椭圆面的短轴等于筒形样品盒内壁的直径，椭圆面的长轴大于筒形样品盒内壁的直径，使得第一门扇和第二门扇在筒形样品盒内绕门轴转动时夹角始终小于180°，当土壤从样品盒的腔体内流出时，第一门扇和第二门扇的边缘紧贴样品盒的腔体内壁，防止土壤外流；连接分离机构包括套筒、滑片、钢球、弹簧和弹簧销，其中滑片和钢球设置在套筒内侧的凹槽内，滑片与样品盒腔体外壁紧贴，钢球嵌入滑片的通孔和样品盒腔体外壁上的凹槽共同形成的封闭空腔内，使得样品盒腔体不能从套筒中移出，套筒与样品盒腔体外壁之间设置处于压缩状态的弹簧和弹簧销，防止末端执行机构翻转时样品盒位移过大导致连接失效，当样品盒分离时，钢球在滑片上升到铲子后端的极限位置时与套筒的通孔对正，样品盒继续上升将钢球挤出通孔，实现样品盒的分离。在上述用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构中，单向机构中还包括限位螺钉，限位螺钉沿直径方向穿过样品盒的筒壁并固定在筒壁上，并位于门轴后端靠近样品盒尾部一侧，轴线与门轴平行，限位螺钉用于防止第一门扇和第二门扇由于夹角过小而在土壤外流时不能与样品盒腔体内壁贴合，使得土壤流出。在上述用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构中，封口机构由柔性纺织材料圈和记忆合金圈组成，其中柔性纺织材料圈为圆筒状，一端固定在样品盒腔体外壁，另一端和记忆合金圈连接。在上述用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构中，钢球嵌入的封闭空腔由滑片上形成的通孔和样品盒腔体外壁上形成的球窝组成，所述通孔的表面包括柱形部分与球形部分，柱形部分为直径与钢球直径相同的圆柱面，球形部分为直径与钢球相同的部分球面，球窝表面与球形部分共同组成一个容纳钢球的半球面，柱形部分容纳钢球的其它部分。在上述用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构中，样品盒腔体由直径不同的两段筒体组成，其中直径较小的筒体与连接分离机构连接，并提供样品盒上单向机构与封口机构的安装接口，直径较大的筒体存放土壤样品。 在上述用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构中，直径较大的筒体上开有狭长视窗，用于观测筒内的土壤样品量。在上述用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构中，样品盒外侧底部设置有机械接口，用于样品盒进入上升器上的样品密封封装装置后，与样品密封封装装置内侧底部的机械接口共同将样品盒机械锁定。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果(I)本专利技术末端执行机构集成了铲挖和棘轮旋挖两种取样作业方式，棘轮的高速旋挖能够对硬质土壤和岩石进行有效的破碎，并将部分碎屑直接甩入铲子内腔中，也可以将取样过程中遇到的一些尺寸较大的不适于取样的块状土壤或岩石破碎成尺寸较小的，或者直接移开，从而提高了对地质环境的适应性；(2)本专利技术末端执行机构样品盒入口处巧妙设计了单向机构，单向机构的两个门扇均为半椭圆形，且椭圆短轴等于样品盒腔体内壁直径，椭圆长轴大于样品盒腔体内壁直径，当土壤进入样品盒时单向机构的门扇打开，土壤流出时门扇关闭，保证了取样过程中，土壤只能流入而不能流出样品盒，使得取样作业能够顺利进行下去；(3)本专利技术末端执行机构样品盒入口处除了单向机外还有封口机构，封口机构由记忆合金圈和柔性纺织材料筒组成，在样品转送时动作，原本撑开的记忆合金圈收拢，和纺织材料筒共同将样品盒入口封闭，完成样品的初级封装，同时可避免样品盒进入上升器上的样品密封封装装置时，土壤洒落而污染其密封面；(4)本专利技术末端执行机构上设计了连接分离机构，用于将样品盒固定在铲子后部并形成土壤样品进入样品盒的通道，样品转送时，可以使经过初级封装的样品脱离末端执行机构，连接分离机构采用钢球式方案，钢球嵌入滑片上的通孔和样品盒腔体外壁上的球窝组成的封闭空腔内，当样品盒分离时，样品盒带动滑片相对套筒上升到极限位置时，钢球与套筒上的通孔对正，样品盒继续上升将钢球挤出通孔，实现样品盒的分离，该连接分离机构设计简单巧妙，可靠性高；(5)本专利技术末端执行机构的样品盒腔体采用薄壁桶状结构，容积根据所需样品量确定，上部还设计有沿圆周均匀分布的狭长视窗，用于观察进入盒内的土壤量，样品盒外侧底部设计有机械接口，用于在样品盒进入上升器上的密封封装装置后与其内侧底部的机械接口共同将样品盒机械锁定；(6)本专利技术 末端执行机构以铲挖作业方式为主，棘轮旋挖作业方式为辅，能够有效地获取土壤样品，具备样品的临时存储和初级封装功能，可以一次性的获取足够的土壤样品并进行初级封装后，在位置机构的辅助下，将样品移送至上升器上的样品密封装装置中，具有较高的可靠性；本专利技术末端执行机构已成功的研制出了一台原理样机，并进行了大量的实验，取得了很好的效果。附图说明图I为本专利技术末端执行机构的结构示意图；图2为本专利技术末端执行机构样品盒上单向机构的示意图(土壤进入时)；图3为本专利技术末端执行机构样品盒上单向机构的示意图(土壤外流时)；图4为本专利技术末端执行机构样品盒上单向机构的两个门扇在夹角为180°时的示意图；图5为本专利技术末端执行机构样品盒入口处封口机构的原理示意图；图6为本专利技术末端执行机构样品盒入口处封口机构记忆合金圈的示意图；图7为本专利技术末端执行机构样品盒腔体上狭长视窗的示意图；图8为本专利技术末端执行机构上钢球式连接分离机构的示意图；图9为本专利技术钢球式连接分离机构中用于嵌入钢球的封闭空腔示意图；图10为使用本专利技术末端执行机构的地外星体浅层土壤取样装置在地外星体着陆器上的安装示意图。具体实施例方式下面结合附图和本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构，其特征在干包括铲子(I)、棘轮(2)、样品盒(3)和连接分离机构(4)，其中铲子(I)是末端执行机构的主体，用于对土壤进行铲挖，棘轮(2)固定在铲子(I)前端，用于对土壤进行旋挖，样品盒(3)通过连接分离机构(4)固定在铲子(I)后端，样品盒(3)为筒形结构，入口处设置有单向机构和封ロ机构，单向机构用于防止样品盒(3)内的土壤流出，封ロ机构用于样品盒(3)分离时防止盒内的土壤样品飞溅出来；单向机构包括第一门扇(6)、门轴(7)及第ニ门扇(9)，门轴(7)沿直径方向穿过样品盒⑶的筒壁并固定在筒壁上，第一门扇(6)和第二门扇(9)在夹角为180°时组成一个完整的椭圆面，门轴(7)穿过椭圆面的短轴所在的中心线，第一门扇(6)和第二门扇(9)可以绕门轴(7)转动，椭圆面的短轴等于筒形样品盒(3)内壁的直径，椭圆面的长轴大于筒形样品盒(3)内壁的直径，使得第一门扇(6)和第二门扇(9)在筒形样品盒(3)内绕门轴(7)转动时夹角始终小于180°，当土壤从样品盒(3)的腔体内流出时，第一门扇(6)和第二门扇(9)的边缘紧贴样品盒(3)的腔体内壁，防止土壌外流；连接分离机构(4)包括套筒(12)、滑片(13)、钢球(14)、弹簧(15)和弹簧销(16)，其中滑片(13)和钢球(14)设置在套筒(12)内侧的凹槽内，滑片(13)与样品盒(3)腔体外壁紧贴，钢球(14)嵌入滑片(13)的通孔和样品盒(3)腔体外壁上的凹槽共同形成的封闭空腔内，使得样品盒(3)腔体不能从套筒(12)中移出，套筒(12)与样品盒(3)腔体外壁之间设置处于压缩状态的弹簧(15)和弹簧销(16)，防止末端执行机构翻转时样品盒(3)位移过大导致连接失效，当样品盒⑶分离时，钢球(14)在滑片(13)上升到铲子(I)后端的极限位置时与套筒(12)的通孔(30)对正，样品盒(3)继续上升将钢球(14)挤出通孔(30)，实现样品盒(3)的分离。2.根据权利要求I所述的ー种用于地外星体...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨帅，孙京，董礼港，殷参，范洪涛，李广荣，王迎春，尹忠旺，莫桂冬，曾婷，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂，
类型：发明
国别省市：
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