專(zhuān)利名稱：一種用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，屬于深空探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域和航天器機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
美國(guó)先后在Surveyor (勘測(cè)者)月球探測(cè)任務(wù)、Viking (海盜)和Phoenix (鳳凰)火星探測(cè)任務(wù)中使用淺層土壤取樣裝置對(duì)星體土壤進(jìn)行取樣作業(yè)。這三種取樣裝置雖然都獲得了成功，但是它們的與土壤直接作用的部分-末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)都具有一些不足之處，例如Surveyor末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的取樣作業(yè)方式單一,對(duì)地質(zhì)環(huán)境的適應(yīng)性較差；Viking末端 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，取樣作業(yè)方式單一，對(duì)地質(zhì)環(huán)境的適應(yīng)性較差；PhoeniX末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)為了提高對(duì)地質(zhì)環(huán)境的適應(yīng)性，增加了微型破巖鉆機(jī)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。以上任務(wù)中末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在的不足之處都會(huì)對(duì)星體淺層土壤取樣任務(wù)的可靠性造成不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)以鏟挖作業(yè)方式為主，棘輪旋挖作業(yè)方式為輔，能夠有效地獲取土壤樣品，具備樣品的臨時(shí)存儲(chǔ)和初級(jí)封裝功能，并能將樣品轉(zhuǎn)送至上升器上的樣品密封封裝裝置中。本發(fā)明的上述目的主要是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括鏟子、棘輪、樣品盒和連接分離機(jī)構(gòu)，其中鏟子是末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主體，用于對(duì)土壤進(jìn)行鏟挖，棘輪固定在鏟子前端，用于對(duì)土壤進(jìn)行旋挖，樣品盒通過(guò)連接分離機(jī)構(gòu)固定在鏟子后端，樣品盒為筒形結(jié)構(gòu)，入口處設(shè)置有單向機(jī)構(gòu)和封口機(jī)構(gòu)，單向機(jī)構(gòu)用于防止樣品盒內(nèi)的土壤流出，封口機(jī)構(gòu)用于樣品盒分離時(shí)防止盒內(nèi)的土壤樣品飛濺出來(lái)；單向機(jī)構(gòu)包括第一門(mén)扇、門(mén)軸及第二門(mén)扇，門(mén)軸沿直徑方向穿過(guò)樣品盒的筒壁并固定在筒壁上，第一門(mén)扇和第二門(mén)扇在夾角為180°時(shí)組成一個(gè)完整的橢圓面，門(mén)軸穿過(guò)橢圓面的短軸所在的中心線，第一門(mén)扇和第二門(mén)扇可以繞門(mén)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，橢圓面的短軸等于筒形樣品盒內(nèi)壁的直徑，橢圓面的長(zhǎng)軸大于筒形樣品盒內(nèi)壁的直徑，使得第一門(mén)扇和第二門(mén)扇在筒形樣品盒內(nèi)繞門(mén)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)夾角始終小于180°，當(dāng)土壤從樣品盒的腔體內(nèi)流出時(shí)，第一門(mén)扇和第二門(mén)扇的邊緣緊貼樣品盒的腔體內(nèi)壁，防止土壤外流；連接分離機(jī)構(gòu)包括套筒、滑片、鋼球、彈簧和彈簧銷(xiāo)，其中滑片和鋼球設(shè)置在套筒內(nèi)側(cè)的凹槽內(nèi)，滑片與樣品盒腔體外壁緊貼，鋼球嵌入滑片的通孔和樣品盒腔體外壁上的凹槽共同形成的封閉空腔內(nèi)，使得樣品盒腔體不能從套筒中移出，套筒與樣品盒腔體外壁之間設(shè)置處于壓縮狀態(tài)的彈簧和彈簧銷(xiāo)，防止末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)時(shí)樣品盒位移過(guò)大導(dǎo)致連接失效，當(dāng)樣品盒分離時(shí)，鋼球在滑片上升到鏟子后端的極限位置時(shí)與套筒的通孔對(duì)正，樣品盒繼續(xù)上升將鋼球擠出通孔，實(shí)現(xiàn)樣品盒的分離。在上述用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，單向機(jī)構(gòu)中還包括限位螺釘，限位螺釘沿直徑方向穿過(guò)樣品盒的筒壁并固定在筒壁上，并位于門(mén)軸后端靠近樣品盒尾部一側(cè)，軸線與門(mén)軸平行，限位螺釘用于防止第一門(mén)扇和第二門(mén)扇由于夾角過(guò)小而在土壤外流時(shí)不能與樣品盒腔體內(nèi)壁貼合，使得土壤流出。在上述用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，封口機(jī)構(gòu)由柔性紡織材料圈和記憶合金圈組成，其中柔性紡織材料圈為圓筒狀，一端固定在樣品盒腔體外壁，另一端和記憶合金圈連接。在上述用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，鋼球嵌入的封閉空腔由滑片上形成的通孔和樣品盒腔體外壁上形成的球窩組成，所述通孔的表面包括柱形部分與球形部分，柱形部分為直徑與鋼球直徑相同的圓柱面，球形部分為直徑與鋼球相同的部分球面，球窩表面與球形部分共同組成一個(gè)容納鋼球的半球面，柱形部分容納鋼球的其它部分。在上述用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，樣品盒腔體由直徑不同的兩段筒體組成，其中直徑較小的筒體與連接分離機(jī)構(gòu)連接，并提供樣品盒上單向機(jī)構(gòu)與封口機(jī)構(gòu)的安裝接口，直徑較大的筒體存放土壤樣品。 在上述用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，直徑較大的筒體上開(kāi)有狹長(zhǎng)視窗，用于觀測(cè)筒內(nèi)的土壤樣品量。在上述用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，樣品盒外側(cè)底部設(shè)置有機(jī)械接口，用于樣品盒進(jìn)入上升器上的樣品密封封裝裝置后，與樣品密封封裝裝置內(nèi)側(cè)底部的機(jī)械接口共同將樣品盒機(jī)械鎖定。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果(I)本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)集成了鏟挖和棘輪旋挖兩種取樣作業(yè)方式，棘輪的高速旋挖能夠?qū)τ操|(zhì)土壤和巖石進(jìn)行有效的破碎，并將部分碎屑直接甩入鏟子內(nèi)腔中，也可以將取樣過(guò)程中遇到的一些尺寸較大的不適于取樣的塊狀土壤或巖石破碎成尺寸較小的，或者直接移開(kāi)，從而提高了對(duì)地質(zhì)環(huán)境的適應(yīng)性；(2)本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣品盒入口處巧妙設(shè)計(jì)了單向機(jī)構(gòu)，單向機(jī)構(gòu)的兩個(gè)門(mén)扇均為半橢圓形，且橢圓短軸等于樣品盒腔體內(nèi)壁直徑，橢圓長(zhǎng)軸大于樣品盒腔體內(nèi)壁直徑，當(dāng)土壤進(jìn)入樣品盒時(shí)單向機(jī)構(gòu)的門(mén)扇打開(kāi)，土壤流出時(shí)門(mén)扇關(guān)閉，保證了取樣過(guò)程中，土壤只能流入而不能流出樣品盒，使得取樣作業(yè)能夠順利進(jìn)行下去；(3)本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣品盒入口處除了單向機(jī)外還有封口機(jī)構(gòu)，封口機(jī)構(gòu)由記憶合金圈和柔性紡織材料筒組成，在樣品轉(zhuǎn)送時(shí)動(dòng)作，原本撐開(kāi)的記憶合金圈收攏，和紡織材料筒共同將樣品盒入口封閉，完成樣品的初級(jí)封裝，同時(shí)可避免樣品盒進(jìn)入上升器上的樣品密封封裝裝置時(shí)，土壤灑落而污染其密封面；(4)本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)了連接分離機(jī)構(gòu)，用于將樣品盒固定在鏟子后部并形成土壤樣品進(jìn)入樣品盒的通道，樣品轉(zhuǎn)送時(shí)，可以使經(jīng)過(guò)初級(jí)封裝的樣品脫離末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，連接分離機(jī)構(gòu)采用鋼球式方案，鋼球嵌入滑片上的通孔和樣品盒腔體外壁上的球窩組成的封閉空腔內(nèi)，當(dāng)樣品盒分離時(shí)，樣品盒帶動(dòng)滑片相對(duì)套筒上升到極限位置時(shí)，鋼球與套筒上的通孔對(duì)正，樣品盒繼續(xù)上升將鋼球擠出通孔，實(shí)現(xiàn)樣品盒的分離，該連接分離機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單巧妙，可靠性高；(5)本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的樣品盒腔體采用薄壁桶狀結(jié)構(gòu)，容積根據(jù)所需樣品量確定，上部還設(shè)計(jì)有沿圓周均勻分布的狹長(zhǎng)視窗，用于觀察進(jìn)入盒內(nèi)的土壤量，樣品盒外側(cè)底部設(shè)計(jì)有機(jī)械接口，用于在樣品盒進(jìn)入上升器上的密封封裝裝置后與其內(nèi)側(cè)底部的機(jī)械接口共同將樣品盒機(jī)械鎖定；(6)本發(fā)明 末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)以鏟挖作業(yè)方式為主，棘輪旋挖作業(yè)方式為輔，能夠有效地獲取土壤樣品，具備樣品的臨時(shí)存儲(chǔ)和初級(jí)封裝功能，可以一次性的獲取足夠的土壤樣品并進(jìn)行初級(jí)封裝后，在位置機(jī)構(gòu)的輔助下，將樣品移送至上升器上的樣品密封裝裝置中，具有較高的可靠性；本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)已成功的研制出了一臺(tái)原理樣機(jī)，并進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，取得了很好的效果。


圖I為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣品盒上單向機(jī)構(gòu)的示意圖(土壤進(jìn)入時(shí))；圖3為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣品盒上單向機(jī)構(gòu)的示意圖(土壤外流時(shí))；圖4為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣品盒上單向機(jī)構(gòu)的兩個(gè)門(mén)扇在夾角為180°時(shí)的示意圖；圖5為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣品盒入口處封口機(jī)構(gòu)的原理示意圖；圖6為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣品盒入口處封口機(jī)構(gòu)記憶合金圈的示意圖；圖7為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣品盒腔體上狹長(zhǎng)視窗的示意圖；圖8為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上鋼球式連接分離機(jī)構(gòu)的示意圖；圖9為本發(fā)明鋼球式連接分離機(jī)構(gòu)中用于嵌入鋼球的封閉空腔示意圖；圖10為使用本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的地外星體淺層土壤取樣裝置在地外星體著陸器上的安裝示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述如圖I所示為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知本發(fā)明用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)由鏟子I、棘輪2、樣品盒3、連接分離機(jī)構(gòu)4組成。末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)以纟產(chǎn)子I伊挖為基本和主要作業(yè)方式，棘輪2旋挖為輔助破巖方式，樣品盒3構(gòu)成末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的樣品臨時(shí)存儲(chǔ)空間并且能夠?qū)悠愤M(jìn)行初級(jí)封裝，連接分離機(jī)構(gòu)4用于將樣品盒3固定在鏟子I后端，并形成土壤從鏟子I進(jìn)入樣品盒3的通道，在樣品轉(zhuǎn)送時(shí)，可以使經(jīng)過(guò)初級(jí)封裝的樣品脫離末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)入上升器44上的樣品密封封裝裝置41中。鏟子I是末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主體部分，主要用于對(duì)土壤進(jìn)行鏟挖，鏟挖是末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲取土壤樣品的基本和主要作業(yè)方式，鏟子I上設(shè)有用于安裝棘輪2組件的機(jī)械接口，鏟子I后端留有出口，用于土壤樣品通過(guò)連接分離機(jī)構(gòu)4向樣品盒3內(nèi)轉(zhuǎn)移。為了方便加工、降低成本，鏟子I應(yīng)分成鏟子主體和前端齒兩部分分別進(jìn)行設(shè)計(jì)加工，鏟子主體著重考慮其強(qiáng)度，鏟子前端齒還需滿足硬度要求，完成后兩者進(jìn)行剛性連接。棘輪2固定在鏟子I前部，主要用于對(duì)土壤進(jìn)行旋挖，棘輪2旋挖是末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲取土壤樣品的輔助破巖方式。棘輪2的高速轉(zhuǎn)動(dòng)能夠?qū)τ操|(zhì)土壤和巖石進(jìn)行有效的破碎，并將部分碎屑直接甩入鏟子I內(nèi)腔中，也可以將取樣過(guò)程中遇到的一些尺寸較大的不適于取樣的塊狀土壤或巖石破碎成尺寸較小的，或者直接移開(kāi)。樣品盒3通過(guò)連接分離機(jī)構(gòu)4固定在鏟子I后端，構(gòu)成末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的土壤樣品臨時(shí)存儲(chǔ)空間，并能對(duì)樣品進(jìn)行初級(jí)封裝。樣品盒3的腔體采用薄壁桶狀結(jié)構(gòu)，容積可根據(jù)所需樣品質(zhì)量確定，且由半徑不同的兩段筒體組成，其中半徑較小的筒體3a與連接分離機(jī)構(gòu)4連接，并提供單向機(jī)構(gòu)與封口機(jī)構(gòu)的安裝接口，半徑較大的筒體3b存放土壤樣品。如圖2所示為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣品盒上單向機(jī)構(gòu)的示意圖(土壤進(jìn)入時(shí))；圖3所示為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣品盒上單向機(jī)構(gòu)的示意圖(土壤外流時(shí))，樣品盒3 A口處的單向機(jī)構(gòu)由第一門(mén)扇6、門(mén)軸7、限位螺釘8及第二門(mén)扇9組成。門(mén)軸7沿直徑方向穿過(guò)樣品盒3的筒壁并固定在筒壁上，第一門(mén)扇6和第二門(mén)扇9在夾角為180° 時(shí)組成一個(gè)完整的橢圓面，如圖4所示為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣品盒上單向機(jī)構(gòu)的兩個(gè)門(mén)扇在夾角為180°時(shí)的示意圖，門(mén)軸7穿過(guò)橢圓面的短軸所在的中心線，第一門(mén)扇6和第二門(mén)扇9可以繞門(mén)軸7轉(zhuǎn)動(dòng)。橢圓面的短軸等于筒形樣品盒3腔體內(nèi)壁的直徑，橢圓面的長(zhǎng)軸大于筒形樣品盒3腔體內(nèi)壁的直徑，使得第一門(mén)扇6和第二門(mén)扇9在樣品盒3內(nèi)的夾角始終小于180°，當(dāng)土壤流入樣品盒3內(nèi)腔體時(shí)，門(mén)扇打開(kāi)，如圖2所示，當(dāng)盒內(nèi)的土壤向外流動(dòng)而推動(dòng)第一門(mén)扇6和第二門(mén)扇9時(shí)，第一門(mén)扇6和第二門(mén)扇9邊緣基本與樣品盒3腔體內(nèi)表面貼合，阻止土壤流出，如圖3所示。如圖2、3所示，限位螺釘8沿直徑方向穿過(guò)樣品盒3的筒壁并固定在筒壁上，并位于門(mén)軸7后端靠近樣品盒3尾部一側(cè)，軸線與門(mén)軸7平行，限位螺釘8的作用是防止單向機(jī)構(gòu)的第一門(mén)扇6和第二門(mén)扇9開(kāi)啟過(guò)大導(dǎo)致其在土壤外流時(shí)不能正常閉合，即防止第一門(mén)扇6和第二門(mén)扇9由于夾角過(guò)小而在土壤外流時(shí)不能與樣品盒3腔體內(nèi)壁貼合，使得土壤流出。單向機(jī)構(gòu)可以保證取樣過(guò)程中，土壤只能流入而不能流出樣品盒3，使得取樣作業(yè)能夠順利進(jìn)行下去。如圖5所示為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣品盒入口處封口機(jī)構(gòu)的原理示意圖，樣品盒3入口處的封口機(jī)構(gòu)由柔性紡織材料筒10和記憶合金圈11組成。柔性紡織材料筒10為圓筒狀，一端固定在樣品盒3腔體上，另一端和記憶合金圈11相連。記憶合金圈11在外力作用下形狀不確定，解除外力作用后會(huì)恢復(fù)成如圖6所示的形狀。當(dāng)樣品盒3連接在末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上時(shí)，柔性紡織材料筒10呈折疊狀態(tài)，并和在樣品盒3腔體外壁約束下呈環(huán)形的記憶合金圈11 一起存放在鏟子I和樣品盒3腔體之間的空間內(nèi)。當(dāng)連接分離機(jī)構(gòu)4解鎖時(shí)，樣品盒3腔體離開(kāi)鏟子1，而記憶合金圈11由于鏟子I上臺(tái)階的限制而保持在原位，樣品盒3腔體下移足夠行程以后，對(duì)記憶合金圈11的約束解除，記憶合金圈11收攏恢復(fù)，并帶動(dòng)柔性紡織材料筒10共同將樣品盒3的入口封閉，完成樣品的初級(jí)封裝，同時(shí)可避免樣品盒3進(jìn)入上升器44上的樣品密封封裝裝置41時(shí)，土壤灑落而污染其密封面，如圖10所示。如圖7所示為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣品盒腔體上狹長(zhǎng)視窗的示意圖，樣品盒3的主體樣品盒腔體上部還設(shè)計(jì)有沿圓周均勻分布的狹長(zhǎng)視窗31，用于觀察進(jìn)入盒內(nèi)的土壤量。
樣品盒3的底部外側(cè)還設(shè)計(jì)有機(jī)械接口，用于樣品盒3進(jìn)入上升器44的樣品密封封裝裝置41后，與其內(nèi)側(cè)底部的機(jī)械接口共同將樣品盒3機(jī)械鎖定。如圖8所示為本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上鋼球式連接分離機(jī)構(gòu)的示意圖，包括兩個(gè)局部放大圖，由圖可知連接分離機(jī)構(gòu)4包括套筒12、滑片13、鋼球14、彈簧15和彈簧銷(xiāo)16，套筒12和鏟子I剛性連接，其中滑片13和鋼球14各有三個(gè)，均布在圓周上，滑片13設(shè)置在套筒12內(nèi)側(cè)的凹槽內(nèi)，與樣品盒3腔體外壁緊貼，鋼球14嵌入滑片13的通孔和樣品盒3腔體外壁的凹槽共同形成的封閉空腔內(nèi)，如圖9所示為本發(fā)明鋼球式連接分離機(jī)構(gòu)中用于嵌入鋼球的封閉空腔示意圖，封閉空腔由滑片13上形成的通孔和樣品盒3腔體外壁上形成的球窩5a組成，通孔表面包括柱形部分13a與球形部分13b，柱形部分13a為直徑與鋼球14直徑相同的圓柱面，球形部分13b為直徑與鋼球14相同的部分球面，球窩5a表面與球形部分13b共同組成一個(gè)容納鋼球14的半球面，柱形部分13a容納鋼球14的其它部分。末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于連接狀態(tài)時(shí)，鋼球14鑲嵌在球窩5a和滑片13上的通孔之間，與半球面貼合，并與套筒12上相應(yīng)的內(nèi)表面相切，使得樣品盒3腔體不能從套筒12中移出。套筒12上還 設(shè)計(jì)有三個(gè)沿圓周均布的直徑稍大于鋼球14的通孔30，形成分離動(dòng)作時(shí)鋼球14流出的通道。為了防止在擾動(dòng)作用下樣品盒3腔體向套筒12內(nèi)側(cè)移動(dòng)，在樣品盒3腔體的四周增加了九個(gè)處于預(yù)壓縮狀態(tài)的彈簧15，彈簧15的兩端分別頂著套筒12和樣品盒3腔體，如圖8所示。當(dāng)有外擾動(dòng)作用于樣品盒3腔體使其產(chǎn)生向內(nèi)側(cè)的移動(dòng)時(shí)，彈簧15受壓，并阻止其繼續(xù)移動(dòng)，為了防止彈簧15失穩(wěn)，套筒12上的相應(yīng)位置設(shè)計(jì)有直徑稍大于彈簧外包絡(luò)直徑的孔，樣品盒3腔體上也設(shè)計(jì)有細(xì)長(zhǎng)的彈簧銷(xiāo)16貫穿彈簧15中空部分。分離過(guò)程是處于連接狀態(tài)的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)在位置機(jī)構(gòu)的作用下沿垂直方向擺正并緩慢下降，在樣品盒3接觸到上升器44的樣品密封封裝裝置41底部時(shí)，位置機(jī)構(gòu)克服彈簧15壓力繼續(xù)下壓，此時(shí)樣品盒3腔體連同滑片13及鋼球14相對(duì)套筒12向上移動(dòng)，滑片
13上升至極限位置時(shí)(圖8中鏟子后端進(jìn)行限位)，鋼球14與套筒12上的通孔30對(duì)正，樣品盒3盒體繼續(xù)上升，鋼球14被擠出球窩，并從套筒12上的通孔30流出，至此機(jī)構(gòu)的連接已經(jīng)解除，位置機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鏟子I等上升，最終使樣品盒3從末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上分離，圖10為使用本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的地外星體淺層土壤取樣裝置在地外星體著陸器上的安裝示意圖。以上所述，僅為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在干包括鏟子(I)、棘輪(2)、樣品盒(3)和連接分離機(jī)構(gòu)(4)，其中鏟子(I)是末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主體，用于對(duì)土壤進(jìn)行鏟挖，棘輪(2)固定在鏟子(I)前端，用于對(duì)土壤進(jìn)行旋挖，樣品盒(3)通過(guò)連接分離機(jī)構(gòu)(4)固定在鏟子(I)后端，樣品盒(3)為筒形結(jié)構(gòu)，入口處設(shè)置有單向機(jī)構(gòu)和封ロ機(jī)構(gòu)，單向機(jī)構(gòu)用于防止樣品盒(3)內(nèi)的土壤流出，封ロ機(jī)構(gòu)用于樣品盒(3)分離時(shí)防止盒內(nèi)的土壤樣品飛濺出來(lái)；單向機(jī)構(gòu)包括第一門(mén)扇(6)、門(mén)軸(7)及第ニ門(mén)扇(9)，門(mén)軸(7)沿直徑方向穿過(guò)樣品盒⑶的筒壁并固定在筒壁上，第一門(mén)扇(6)和第二門(mén)扇(9)在夾角為180°時(shí)組成一個(gè)完整的橢圓面，門(mén)軸(7)穿過(guò)橢圓面的短軸所在的中心線，第一門(mén)扇(6)和第二門(mén)扇(9)可以繞門(mén)軸(7)轉(zhuǎn)動(dòng)，橢圓面的短軸等于筒形樣品盒(3)內(nèi)壁的直徑，橢圓面的長(zhǎng)軸大于筒形樣品盒(3)內(nèi)壁的直徑，使得第一門(mén)扇(6)和第二門(mén)扇(9)在筒形樣品盒(3)內(nèi)繞門(mén)軸(7)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)夾角始終小于180°，當(dāng)土壤從樣品盒(3)的腔體內(nèi)流出時(shí)，第一門(mén)扇(6)和第二門(mén)扇(9)的邊緣緊貼樣品盒(3)的腔體內(nèi)壁，防止土壌外流；連接分離機(jī)構(gòu)(4)包括套筒(12)、滑片(13)、鋼球(14)、彈簧(15)和彈簧銷(xiāo)(16)，其中滑片(13)和鋼球(14)設(shè)置在套筒(12)內(nèi)側(cè)的凹槽內(nèi)，滑片(13)與樣品盒(3)腔體外壁緊貼，鋼球(14)嵌入滑片(13)的通孔和樣品盒(3)腔體外壁上的凹槽共同形成的封閉空腔內(nèi)，使得樣品盒(3)腔體不能從套筒(12)中移出，套筒(12)與樣品盒(3)腔體外壁之間設(shè)置處于壓縮狀態(tài)的彈簧(15)和彈簧銷(xiāo)(16)，防止末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)時(shí)樣品盒(3)位移過(guò)大導(dǎo)致連接失效，當(dāng)樣品盒⑶分離時(shí)，鋼球(14)在滑片(13)上升到鏟子(I)后端的極限位置時(shí)與套筒(12)的通孔(30)對(duì)正，樣品盒(3)繼續(xù)上升將鋼球(14)擠出通孔(30)，實(shí)現(xiàn)樣品盒(3)的分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于所述單向機(jī)構(gòu)中還包括限位螺釘(8)，限位螺釘(8)沿直徑方向穿過(guò)樣品盒(3)的筒壁并固定在筒壁上，并位于門(mén)軸(7)后端靠近樣品盒(3)尾部ー側(cè)，軸線與門(mén)軸(7)平行，限位螺釘(8)用于防止第一門(mén)扇(6)和第二門(mén)扇(9)由于夾角過(guò)小而在土壌外流時(shí)不能與樣品盒(3)腔體內(nèi)壁貼合，使得土壌流出。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于所述封ロ機(jī)構(gòu)由柔性紡織材料圈(10)和記憶合金圈(11)組成，其中柔性紡織材料圈(10)為圓筒狀，一端固定在樣品盒(3)腔體外壁，另一端和記憶合金圈(11)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于所述鋼球(14)嵌入的封閉空腔由滑片(13)上形成的通孔和樣品盒(3)腔體外壁上形成的球窩(5a)組成，所述通孔的表面包括柱形部分(13a)與球形部分(13b)，柱形部分(13a)為直徑與鋼球(14)直徑相同的圓柱面，球形部分(13b)為直徑與鋼球(14)相同的部分球面，球窩(5a)表面與球形部分(13b)共同組成ー個(gè)容納鋼球(14)的半球面，柱形部分(13a)容納鋼球(14)的其它部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于樣品盒(3)腔體由直徑不同的兩段筒體組成，其中直徑較小的筒體(3a)與連接分離機(jī)構(gòu)(4)連接，并提供樣品盒(3)上單向機(jī)構(gòu)與封ロ機(jī)構(gòu)的安裝接ロ，直徑較大的筒體(3b)存放土壤樣品。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于所述直徑較大的筒體(3b)上開(kāi)有狹長(zhǎng)視窗(31)，用于觀測(cè)筒內(nèi)的土壤樣品量。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于所述樣品盒(3)外側(cè)底部設(shè)置有機(jī)械接ロ，用于樣品盒(3)進(jìn)入上升器(44)上的樣品密封封裝裝置(41)后，與樣品密封封裝裝置(41)內(nèi)側(cè)底部的機(jī)械接ロ共同將樣品盒(3)機(jī)械鎖定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于地外星體淺層土壤取樣的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括鏟子、棘輪、樣品盒和連接分離機(jī)構(gòu)，其中棘輪固定在鏟子前端，樣品盒通過(guò)連接分離機(jī)構(gòu)固定在鏟子后端，樣品盒為筒形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置有單向機(jī)構(gòu)和封口機(jī)構(gòu)，其中單向機(jī)構(gòu)防止樣品盒內(nèi)的土壤流出；封口機(jī)構(gòu)用于樣品盒分離時(shí)防止盒內(nèi)的土壤樣品飛濺出來(lái)；連接分離機(jī)構(gòu)包括套筒、滑片、鋼球、彈簧和彈簧銷(xiāo)，在連接狀態(tài)時(shí)形成土壤進(jìn)入樣品盒的通道，在樣品轉(zhuǎn)送時(shí)，可以使經(jīng)過(guò)初級(jí)封裝的樣品脫離末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本發(fā)明末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)以鏟挖作業(yè)方式為主，棘輪旋挖作業(yè)方式為輔，能夠有效地獲取土壤樣品，具備樣品的臨時(shí)存儲(chǔ)和初級(jí)封裝功能，并能將樣品轉(zhuǎn)送至上升器上的密封封裝裝置中。
文檔編號(hào)G01N1/08GK102706691SQ20121016919
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者孫京, 尹忠旺, 曾婷, 李廣榮, 楊帥, 殷參, 王迎春, 范洪濤, 莫桂冬, 董禮港 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星制造廠