專利名稱：一種仿生花瓣形取樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿生花瓣形取樣器，具體地說是利用仿生學原理而發(fā)明的一種應(yīng)用于月球及其它星球探測取樣，或者不適合人類作業(yè)的環(huán)境中取樣的采集器。
背景技術(shù)：
21世紀是人類全面探測太陽系的新時代。月球也一直是人類密切關(guān)注和經(jīng)常觀測的天體，月球上特有的礦產(chǎn)和能源是對地球資源的重要補充和儲備，隨著各航天大國對深空探測技術(shù)的發(fā)展，月球?qū)θ祟惪茖W技術(shù)的發(fā)展和文明進步產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響。 因此隨著對深空探測及其他探測需求的進一步加大，對于取樣器的要求也將進一步提高。 而探測取樣環(huán)境的不斷變化，也需要不同種類和結(jié)構(gòu)的取樣器來適應(yīng)。近幾年來各航天大國都在不停地進行著表取末端取樣器的相關(guān)研究，機械手取樣方式是一種主要發(fā)展趨勢。 我國對月表取樣器進行了一些研究，取樣器的取樣方式主要結(jié)合鉆取和表取，以鉆取為主， 因為結(jié)合了鉆取和表取，取樣器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜?？偠灾?，在現(xiàn)有的各種類型取樣器中，還沒有完全適合我國探月工程，基于著陸器、無月球車和非載人情況下，月面采樣任務(wù)由鉆進和表取兩種方式共同完成的表取采樣末端取樣器。因此，針對我國探月及其他深空探測工程的特定工程條件，研究和設(shè)計質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更加簡單、性能更加可靠且取樣效率更高的末端取樣器，成為工程必需，也是一項關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于月球及其它星球探測時樣品的采集，或者不適合人類作業(yè)的環(huán)境中樣品采集的結(jié)構(gòu)簡單新穎，功耗小，控制及運動方式簡單和取樣方式靈活， 可適應(yīng)不同的取樣要求的仿生花瓣形取樣器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是提供一種仿生花瓣形取樣器，包括有驅(qū)動電機、滑動軸、齒輪、齒條、取樣爪和彈簧，還設(shè)計有套筒延長桿，所述的套筒延長桿含有套筒和延長桿，所述的驅(qū)動電機安裝在套筒延長桿上部的電機座上，套筒延長桿的上端部設(shè)有鉸鏈孔；所述的滑動軸為實心的柱體，滑動軸上部的圓柱體直徑比滑動軸下部的小，在滑動軸上部上設(shè)有安裝齒條的鍵槽，滑動軸下部有一部分套在套筒中，滑動軸下部圓周上焊接有6個鉸鏈座，滑動軸下端還有一個軸頭，軸頭上設(shè)有6個均勻分布的軸頭掛鉤； 所述的齒條安裝在滑動軸上部的鍵槽中，齒條與驅(qū)動電機主軸上安裝的齒輪嚙合組成齒輪副；所述的取樣爪為6個花瓣形取樣爪組成，花瓣形取樣爪根部裝有花瓣鉸鏈柄，花瓣鉸鏈柄與滑動軸下端的鉸鏈座連接，所述的彈簧連接花瓣鉸鏈柄上的花瓣鉸鏈柄彈簧掛鉤和滑動軸軸頭上的軸頭掛鉤。本發(fā)明所述的驅(qū)動電機主軸上安裝的齒輪和滑動軸上的齒條嚙合，通過控制驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)動，帶動齒輪齒條運動，使滑動軸在套筒中上下運動，控制6個花瓣形取樣爪的開合。本發(fā)明所述的齒條與滑動軸上部鍵槽為過盈配合。所述的套筒與滑動軸下部為間隙配合。本發(fā)明的所述的取樣爪的6個花瓣形取樣爪在閉合時花瓣彼此之間有一部分重疊。本發(fā)明所述的滑動軸向上運動，花瓣形取樣爪受套筒阻壓逐漸閉合，閉合過程樣品被花瓣形取樣爪采集到取樣爪閉合形成的腔體中；滑動軸向下運動，花瓣形取樣爪受套筒的阻壓被釋放，彈簧使得花瓣形取樣爪逐漸張開，花瓣形取樣爪張開過程樣品落下。本發(fā)明所述的套筒延長桿的上端部設(shè)有鉸鏈孔，鉸鏈孔用于與太空上使用的機械臂相連。本發(fā)明的取樣器與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點
1.本發(fā)明的取樣器采用仿生原理，結(jié)構(gòu)簡單新穎。本發(fā)明借用了花朵開合的原理，利用花瓣形取樣爪閉合時各個取樣爪的夾鏟力，將樣品夾鏟起來收集到6個花瓣形取樣爪閉合形成的腔體中。2.本發(fā)明的取樣器控制及運動方式簡單，功耗小。本取樣器只需通過驅(qū)動電機帶動齒輪和齒條，從而帶動滑動軸上下運動；滑動軸向上運動，花瓣形取樣爪遇到套筒阻壓， 從而實現(xiàn)6個花瓣形取樣爪同時收攏閉合，閉合過程樣品被花瓣形取樣爪夾鏟采集到閉合腔體中，滑動軸向下運動，套筒阻壓釋放，彈簧使得花瓣形取樣爪逐漸張開，花瓣形取樣爪張開過程樣品落下。3.本發(fā)明的取樣器樣品轉(zhuǎn)移性好。樣品采集后，樣品被收集到取樣爪閉合形成的腔體中，由于取樣爪彼此之間有一部分重疊，因此可以保證樣品在轉(zhuǎn)移過程中不會灑落。4.本取樣器取樣方式靈活，通過驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動角度控制花瓣取樣爪不同張開度， 可適應(yīng)不同粒徑的樣品取樣要求。


圖1為本發(fā)明的仿生花瓣形取樣器花瓣張開時的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的仿生花瓣形取樣器花瓣閉合時的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明仿生花瓣形取樣器的套筒延長桿結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明仿生花瓣形取樣器的滑動軸及鉸鏈座結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明滑動軸的軸頭與鉸鏈座結(jié)構(gòu)放大示意圖。圖6為本發(fā)明花瓣形取樣爪張開時軸頭、鉸鏈座與彈簧的結(jié)構(gòu)平面示意圖。圖7為本發(fā)明花瓣形取樣爪張開時的彈簧安裝局部立體示意圖。圖8為本發(fā)明花瓣形取樣爪和花瓣鉸鏈柄結(jié)構(gòu)示意圖。上述圖中1延長桿，2滑動軸上部，3滑動軸下部，4套筒，5花瓣鉸鏈柄，6花瓣形取樣爪，7彈簧，8齒條，9驅(qū)動電機，10齒輪，11電機座，12鉸鏈孔，13鍵槽，14軸頭，15鉸鏈座，16軸頭掛鉤，17花瓣鉸鏈柄彈簧掛鉤。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1 本發(fā)明的一種仿生花瓣形取樣器，其外觀結(jié)構(gòu)如圖1、2所示，包括有延長桿1和套筒4組成的套筒延長桿，由滑動軸上部2、滑動軸下部3和軸頭14組成的實心的滑動軸，花瓣鉸鏈柄5和花瓣形取樣爪6，彈簧7，齒條8和齒輪10組成的齒條齒輪副，驅(qū)動電機9，電機座11，鉸鏈孔12，鉸鏈座15，所述的驅(qū)動電機9安裝在電機座11上，電機座固定在延長桿1的上部；滑動軸的滑動軸下部3有一部分套在套筒4中，滑動軸上部2的鍵槽 13中固定有齒條8，所述的取樣爪為6個花瓣形取樣爪6組成，花瓣形取樣爪通過花瓣鉸鏈柄5安裝在滑動軸下部3圓周的鉸鏈座15上，花瓣鉸鏈柄彈簧掛鉤17與軸頭掛鉤16通過彈簧7相連。圖1中展示了仿生花瓣形取樣器花瓣張開時的外觀結(jié)構(gòu)。圖8所示的單個花瓣形取樣爪和花瓣鉸鏈柄結(jié)構(gòu)。圖2中展示了本取樣器花瓣取樣爪閉合時的外觀結(jié)構(gòu)。由于所述的取樣爪的6個花瓣形取樣爪在閉合時彼此之間有一部分重疊，因此花瓣取樣爪閉合時，可以保證所取樣品不會灑落，本發(fā)明的取樣器將6個花瓣形取樣爪在閉合時形成的閉合空間作為樣品腔， 一次取樣后要把樣品存放到月球車的樣品收集倉中，再進行下一回次取樣。參見圖3，套筒延長桿設(shè)有延長桿1和套筒4，延長桿的上部設(shè)有鉸鏈孔12，電機座 11固定在延長桿1的上部。參見圖4、5，實心的滑動軸由不同直徑的滑動軸上部2、滑動軸下部3和軸頭14組成的，鉸鏈座15焊在滑動軸下部3下端圓周上；參見圖6、7，可以更清楚地看到鉸鏈座15均勻地焊在滑動軸下部3的下端，花瓣鉸鏈柄5安裝在鉸鏈座15上，彈簧7兩端勾在軸頭掛鉤16和花瓣鉸鏈柄彈簧掛鉤17上，通過彈簧7連接花瓣鉸鏈柄5與軸頭14。本發(fā)明的取樣器組裝的工序
①把套筒4固定在延長桿1的下部，將電機座11固定在延長桿1上；
②把鉸鏈座15焊到滑動軸下部3的下端圓周，齒條安裝在滑動軸上部2的鍵槽13處；
③將滑動軸的軸頭14端從套筒4的上端穿入，滑動軸下部3的一部分套在套筒4內(nèi)；
④安裝花瓣形取樣爪6，先將花瓣鉸鏈柄5用鉸接所用的軸分別將6個花瓣鉸鏈柄5安裝到鉸鏈座15上，再把彈簧7兩端勾在軸頭掛鉤16和花瓣鉸鏈柄彈簧掛鉤17上；
⑤在驅(qū)動電機9的主軸上安裝好齒輪10，并使齒輪10與齒條嚙合組成齒輪副，將驅(qū)動電機固定在電機座上。使用本發(fā)明的一種仿生花瓣形取樣器，其在月球上工作過程是先將套筒延長桿上端的鉸鏈孔12與月球上使用的機械臂相連；將機械臂上的電源與驅(qū)動電機9連接；由機械臂帶動本發(fā)明的取樣器到需要采集樣品的位置；機械臂上的控制系統(tǒng)通過控制驅(qū)動電機 9的正反轉(zhuǎn)動，控制齒輪10轉(zhuǎn)動，從而帶動齒條8上下運動，進而滑動軸上下運動，滑動軸向上運動，花瓣形取樣爪遇到套筒4的阻壓，使6個花瓣形取樣爪逐步閉合，花瓣形取樣爪 6逐步閉合的過程合力夾鏟起樣品，樣品被收集到6個花瓣形取樣爪閉合形成的腔體中，完成樣品的采集；滑動軸向下運動，此時花瓣形取樣爪被彈簧7彈開，樣品落下。本發(fā)明的取樣器利用仿生原理，結(jié)構(gòu)簡單獨特，功耗小，控制方便，在取樣時可根據(jù)不同粒徑樣品控制花瓣取樣爪張開度進行取樣，本取樣器可應(yīng)用于月球及其它星球探測取樣，或者不適合人類作業(yè)的環(huán)境中取樣。
權(quán)利要求
1.一種仿生花瓣形取樣器，包括有驅(qū)動電機、滑動軸、齒輪、齒條、取樣爪和彈簧，其特征在于還設(shè)計有套筒延長桿，所述的套筒延長桿含有套筒和延長桿，所述的驅(qū)動電機安裝在套筒延長桿上部的電機座上，套筒延長桿的上端部設(shè)有鉸鏈孔；所述的滑動軸為實心的柱體，滑動軸上部的圓柱體直徑比滑動軸下部的小，在滑動軸上部上設(shè)有安裝齒條的鍵槽， 滑動軸下部有一部分套在套筒中，滑動軸下部圓周上焊接有6個鉸鏈座，滑動軸下端還有一個軸頭，軸頭上設(shè)有6個均勻分布的軸頭掛鉤；所述的齒條安裝在滑動軸上部的鍵槽中， 齒條與驅(qū)動電機主軸上安裝的齒輪嚙合組成齒輪副；所述的取樣爪為6個花瓣形取樣爪組成，花瓣形取樣爪根部裝有花瓣鉸鏈柄，花瓣鉸鏈柄與滑動軸下端的鉸鏈座連接，所述的彈簧連接花瓣鉸鏈柄上的花瓣鉸鏈柄彈簧掛鉤和滑動軸軸頭上的軸頭掛鉤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生花瓣形取樣器，其特征在于所述的驅(qū)動電機主軸上安裝的齒輪和滑動軸上的齒條嚙合，通過控制驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)動，帶動齒輪齒條運動， 使滑動軸在套筒中上下運動，控制6個花瓣形取樣爪的開合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生花瓣形取樣器，其特征在于所述的齒條與滑動軸上部鍵槽為過盈配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生花瓣形取樣器，其特征在于所述的套筒與滑動軸下部為間隙配合。
5.根據(jù)1所述的一種仿生花瓣形取樣器，其特征在于所述的取樣爪的6個花瓣形取樣爪在閉合時花瓣彼此之間有一部分重疊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生花瓣形取樣器，其特征在于所述的滑動軸向上運動，花瓣形取樣爪受套筒阻壓逐漸閉合，閉合過程樣品被花瓣形取樣爪采集到取樣爪閉合形成的腔體中；滑動軸向下運動，花瓣形取樣爪受套筒的阻壓被釋放，彈簧使得花瓣形取樣爪逐漸張開，花瓣形取樣爪張開過程樣品落下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生花瓣形取樣器，其特征在于所述的套筒延長桿的上端部設(shè)有鉸鏈孔，鉸鏈孔用于與太空上使用的機械臂相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種仿生花瓣形取樣器，包括有套筒延長桿、滑動軸、花瓣形取樣爪、彈簧、電機、齒輪齒條和鉸鏈座；電機安裝在延長桿上的電機座上，延長桿上有鉸鏈孔；有6個花瓣形取樣爪，取樣爪的花瓣鉸鏈柄與滑動軸下端的鉸鏈座連接，彈簧連接花瓣鉸鏈柄彈簧掛鉤與滑動軸軸頭掛鉤。取樣時控制電機正反轉(zhuǎn)動，通過齒輪齒條帶動滑動軸上下運動，電機反轉(zhuǎn)滑動軸向上運動，帶動取樣爪向上運動，在套筒的擋壓下收攏閉合，閉合過程樣品被爪子合力夾鏟采集到6個花瓣形取樣爪形成的閉合腔體中；滑動軸向下運動，套筒阻壓釋放，彈簧彈開，樣品落下。本取樣器結(jié)構(gòu)簡單，功耗小，控制方便，可用于月球及其它星球探測取樣，或者不適合人類作業(yè)的環(huán)境中取樣。
文檔編號G01N1/08GK102169060SQ20111014278
公開日2011年8月31日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者嚴日明, 張偉民, 張輝, 李波, 黃定華 申請人:中國地質(zhì)大學(武漢)