專利名稱：一種月球深層土壤采集器的鉆桿夾持裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆桿夾持裝置，尤其是涉及一種月球深層土壤采集器的鉆桿夾持裝置。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)中葉以來，人類就不斷地對月球進(jìn)行探索。自1958年至1976年，美國和蘇聯(lián)共發(fā)射108個月球探測器，成功或者部分成功52個。月球探測取得劃時代的成就。美國 Apollo計劃和蘇聯(lián)的Lima計劃分別進(jìn)行了載人和不載人的登月取樣，共獲得382. 0211kg 的月球樣本。其中美國Apollo計劃采集月球樣本約381. Ag，蘇聯(lián)Lima計劃采集月球樣本約0. 3211kg。其中Apollo計劃采集樣品基本通過人工進(jìn)行，而Lima計劃為自動采樣。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，包括中國在內(nèi)的世界多國及組織開始進(jìn)行新一輪的月球探測。月壤采樣對分析月球資源環(huán)境及日后的利用有決定性作用，出于對宇航員登月的復(fù)雜性和危險性考慮，自動采樣裝置得到發(fā)展。目前外星采樣方式主要有以下幾種A.爪、舀、 鏟；B.夾、鉗；C.網(wǎng)、拖索；D.深鉆、表面鉆、巖心鉆；E.穿透裝置；F.驅(qū)動管；G.表面粘 Ρ ；H.刷、掃；I.吸入式。其中，深鉆是目前唯一可以采集深層月壤并保留其結(jié)構(gòu)特性的方式，它在Lima計劃中得到實現(xiàn)，不過因為一些原因采樣量較小。深層月壤受外部環(huán)境影響小，對研究的意義遠(yuǎn)大于表層月壤和月巖，故而深鉆裝置成為外星采樣的重要工具。早期蘇聯(lián)的外星采樣深鉆均采用單桿鉆機(jī)，由此產(chǎn)生采樣深度不夠或鉆機(jī)裝置過大的問題，所以后期的研究者開發(fā)了多桿鉆機(jī)，通過將多根鉆桿拼接，實現(xiàn)了用較小的裝置獲得較大鉆采深度。其中，由赫爾辛基大學(xué)和ESA聯(lián)合開發(fā)的MRoSA2鉆采系統(tǒng)，體積為 ll*ll*35cm，含10個20cm長的可以自動組裝和拆卸的鉆桿，鉆取深度為；NASA與ASI合作開發(fā)的一種鉆探取樣系統(tǒng)，最深可達(dá)表層下2. 5m，每根鉆桿取樣直徑14mm，長25mm ；北京航空航天大學(xué)丁希倫等開發(fā)的面向月壤采集的多桿深層采樣器，四根鉆桿總長1. 5m ；中國科學(xué)院左志堅、李斌等開發(fā)的機(jī)器人化月表采樣器，含有一個轉(zhuǎn)塔式鉆機(jī)。這些新型的多桿式鉆機(jī)面臨一個相同的問題鉆桿在組裝與拆卸時的固定困難。由于在連接兩根鉆桿時，兩者之間會產(chǎn)生周向與軸向兩種作用力，所以需要固定其中一根，目前一般采用夾緊裝置夾住鉆桿的外周。如MRoSA2鉆采系統(tǒng)采用鉆桿兩邊對稱布置電機(jī)驅(qū)動凸輪和直線滑塊對鉆桿進(jìn)行夾緊，這對兩個電機(jī)的同步性要求極高，因為不對稱的作用力會使鉆桿彎曲，由此造成控制困難，并且兩個電機(jī)也增加了功率要求；而北京航空航天大學(xué)的面向月壤采集的多桿深層采樣器，采用電磁鐵吸引夾鉗的兩手爪進(jìn)行加緊，缺點是電磁鐵力量不足，轉(zhuǎn)矩大時鉆桿可能打滑，并且此裝置同樣會出現(xiàn)兩手爪對鉆桿作用力不對稱造成鉆桿彎曲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種月球深層土壤采集器的鉆桿夾持裝置，是為在發(fā)展中的多桿深鉆裝置提供一種體積小、功耗小、夾緊力大、兩爪施力對稱的鉆桿夾緊裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明包括機(jī)座，驅(qū)動電機(jī)，兩個結(jié)構(gòu)相同的傳動齒輪系，兩個手爪，兩個曲柄，兩個滑塊，兩根連桿，兩片彈簧片；在機(jī)座內(nèi)安裝有驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)的軸上安裝有主動齒輪，在主動齒輪的兩側(cè)分別安裝有左、右對稱的傳動齒輪系，在左、右對稱的傳動齒輪系的最后一級的齒輪軸上分別同軸安裝曲柄，最后一級的齒輪軸之間的機(jī)座上開有滑槽，滑槽中安裝對稱布置的滑塊，每個手抓一側(cè)的T型頭嵌入各自滑塊的槽內(nèi)，滑塊槽端面安裝有弧形彈簧片，弧形彈簧片與手爪T型頭外端面相接觸，每個連桿的一端與各自的曲柄連接，每個連桿的另一端與各自的滑塊鉸接，從而形成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，每個手抓的另一側(cè)為凹圓弧面。所述的左、右對稱的傳動齒輪系為三級齒輪傳動。所述的兩個手爪的凹圓弧面包覆有軟質(zhì)高摩擦系數(shù)的材料。所述的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的連桿工作于極限位置，即為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄與連桿成 180°角時的位置。本發(fā)明具有的有益效果是
采用一個電機(jī)驅(qū)動兩個手爪，齒輪系對稱布置，所以兩手爪同步性好，不易使鉆桿彎曲，且能耗??；機(jī)構(gòu)簡單、緊湊，節(jié)省空間，且采用的傳動方式可靠性高；連桿接近極限位置，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對力具有放大效果；電機(jī)工作轉(zhuǎn)角小，動作迅速。本發(fā)明為在發(fā)展中的多桿深鉆裝置提供的鉆桿夾緊裝置。


圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)立體圖。圖2是本發(fā)明省略機(jī)座的立體圖。圖3是本發(fā)明所述曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和手爪的立體圖。圖4是本發(fā)明(增加鉆桿)的工作狀態(tài)立體圖。圖中1、機(jī)座，2、驅(qū)動電機(jī)，3、傳動齒輪系，4、手爪，5、曲柄，6、滑塊，7、連桿，8、彈
簧片，9、鉆桿。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明包括機(jī)座1，驅(qū)動電機(jī)2，兩個結(jié)構(gòu)相同的傳動齒輪系3，兩個手爪4，兩個曲柄5，兩個滑塊6，兩根連桿7，兩片彈簧片8 ；在機(jī)座1內(nèi)安裝有驅(qū)動電機(jī)2，驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動齒輪系轉(zhuǎn)動，提供夾緊力。驅(qū)動電機(jī)2的軸上安裝有主動齒輪， 在主動齒輪的兩側(cè)分別安裝有左、右對稱的傳動齒輪系3，在左、右對稱的傳動齒輪系3的最后一級的齒輪軸上分別同軸安裝曲柄5，曲柄并非對稱安裝，以保證工作時的夾緊運動。 最后一級的齒輪軸之間的機(jī)座1上開有滑槽，滑槽中安裝對稱布置的滑塊6，每個手抓4 一側(cè)的T型頭嵌入各自滑塊6的槽內(nèi)，滑塊槽端面安裝有弧形彈簧片，弧形彈簧片與手爪T型頭外端面相接觸，每個連桿7的一端與各自的曲柄5連接，每個連桿7的另一端與各自的滑塊鉸接，從而形成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，每個手抓4的另一側(cè)為凹圓弧面。所述的左、右對稱的傳動齒輪系均有三個齒輪，構(gòu)成三級齒輪傳動，通過三級齒輪傳動后，兩邊末端的齒輪運動方向相同。所述的手爪上的凹圓弧面包覆有軟質(zhì)高摩擦系數(shù)的材料，且包覆材料上有與鉆桿9相對應(yīng)的螺旋槽紋路。所述的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的連桿工作于極限位置，即為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄與連桿成180°角時的位置。如圖2所示為本發(fā)明運動部分，包括依次連接的驅(qū)動電機(jī)2、對稱布置的傳動齒輪系3、設(shè)置于末端兩齒輪下并同軸固連的曲柄5、連桿7、滑塊6、彈簧片8和手爪4。所述驅(qū)動電機(jī)的作用是提供動力，帶動傳動齒輪系3轉(zhuǎn)動并傳遞給曲柄5，再通過連桿7將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為滑塊6的直線滑動，并最終帶動手爪4直線運動。所述兩根連桿7并不是對稱布置，從而末端兩齒輪同向轉(zhuǎn)動帶動兩個滑塊6產(chǎn)生相反方向的直線運動。如圖3所示為本發(fā)明的一套曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和手爪，安裝在機(jī)座1前端內(nèi)部，所述彈簧片8設(shè)置在手爪和滑塊之間，可以提供緩沖，使夾持更牢固。爪的端面為圓弧面，可以更好的加持鉆桿。如圖4所示為本發(fā)明帶鉆桿9時的工作狀態(tài)，鉆桿9從鉆桿孔中穿過，兩旁位于機(jī)座1內(nèi)部的手爪4在驅(qū)動電機(jī)2和整個傳動系統(tǒng)的驅(qū)動下向內(nèi)夾緊或向外松開鉆桿，實現(xiàn)功能。為檢測夾緊狀態(tài)，還可以在滑塊6中設(shè)有壓力傳感器，滑塊6與機(jī)座1間設(shè)有位移傳感器。
權(quán)利要求
1.一種月球深層土壤采集器的鉆桿夾持裝置，其特征在于包括機(jī)座(1)，驅(qū)動電機(jī) (2)，兩個結(jié)構(gòu)相同的傳動齒輪系，兩個手爪，兩個曲柄，兩個滑塊，兩根連桿，兩片彈簧片； 在機(jī)座(1)內(nèi)安裝有驅(qū)動電機(jī)(2)，驅(qū)動電機(jī)(2)的軸上安裝有主動齒輪，在主動齒輪的兩側(cè)分別安裝有左、右對稱的傳動齒輪系，在左、右對稱的傳動齒輪系的最后一級的齒輪軸上分別同軸安裝曲柄，最后一級的齒輪軸之間的機(jī)座(1)上開有滑槽，滑槽中安裝對稱布置的滑塊，每個手抓一側(cè)的T型頭嵌入各自滑塊的槽內(nèi)，滑塊槽端面安裝有弧形彈簧片(8)，弧形彈簧片與手爪T型頭外端面相接觸，每個連桿的一端與各自的曲柄(5)連接，每個連桿的另一端與各自的滑塊鉸接，從而形成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，每個手抓的另一側(cè)為凹圓弧面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種月球深層土壤采集器的鉆桿夾持裝置，其特征在于所述的左、右對稱的傳動齒輪系為三級齒輪傳動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種月球深層土壤采集器的鉆桿夾持裝置，其特征在于所述的兩個手爪的凹圓弧面包覆有軟質(zhì)高摩擦系數(shù)的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種月球深層土壤采集器的鉆桿夾持裝置，其特征在于所述的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的連桿工作于極限位置，即為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄與連桿成180°角時的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種月球深層土壤采集器的鉆桿夾持裝置。在驅(qū)動電機(jī)的軸上安裝有主動齒輪，其兩側(cè)分別安裝有左、右對稱的傳動齒輪系，在兩個傳動齒輪系的最后一級的齒輪軸上分別同軸安裝曲柄，最后一級的齒輪軸之間的機(jī)座上開有滑槽，滑槽中安裝對稱布置的滑塊，每個手抓一側(cè)的T型頭嵌入各自滑塊的槽內(nèi)，滑塊槽端面安裝有弧形彈簧片，弧形彈簧片與手爪T型頭外端面相接觸，每個連桿的一端與各自的曲柄連接，另一端與各自的滑塊鉸接，形成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，手抓的另一側(cè)為凹圓弧面。本發(fā)明采用一個電機(jī)驅(qū)動兩個手爪，齒輪系對稱布置，兩手爪同步性好，不易使鉆桿彎曲；傳動方式可靠性高；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對力具有放大效果；電機(jī)工作轉(zhuǎn)角小，動作迅速。
文檔編號G01N1/08GK102359890SQ201110304180
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者張斌, 楊華勇, 鄢盛超 申請人:浙江大學(xué)