專利名稱：一種小行星巖石采樣機械臂裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小行星巖石采樣裝置，尤其是涉及微重力環(huán)境下小行星巖石采樣機械臂裝置，屬于空間技術(shù)及測控技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
小行星研究是近來最活躍的科學(xué)領(lǐng)域之一，小行星的地質(zhì)演變很少，保留著較多的早期信息，并且小行星軌道往往短時期內(nèi)有顯著變化，伴隨有碎裂演化，從某種意義上來說其代表著原始星云演化為行星的中間階段，因此小行星探測有助于探索太陽系的組成、生命起源，以及研究如何減少地球遭小行星碰撞的危險。因此日本、美國、歐洲、中國等國家和地區(qū)都相繼開展了小行星探測計劃，我國在這方面起步相對較晚，根據(jù)我國的既定探測目標(biāo)，目標(biāo)小行星表面為高硬度的石頭，摩氏硬度大于6. 5，且目標(biāo)小行星上重力加速度十分微弱，可以忽略不計。 對小行星進(jìn)行采樣分析是小行星研究的重要組成部分，而小行星表面沒有月球上類似砂的土被覆蓋，而是裸露的堅硬巖石。此外，其表面重力非常小，采樣機構(gòu)需滿足微重力條件工作、采樣過程無污染、重量輕、耗電小的要求，對小行星采樣裝置提出了較高的要求。因為小行星表面是裸露的堅硬巖石，摩氏硬度大于6. 5，因此選擇合適的采樣裝置至關(guān)重要，目前，大多采樣裝置采用空心鉆采樣或爆破采樣。但是隨著空心鉆鉆探深度的增加，空心鉆與巖石之間的摩擦力也會急劇增加，而且空心鉆的直徑不可能做的很大，因此空心鉆采樣工作效率非常低下。爆破采樣的缺點是危險且容易污染巖石樣本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計了一種靈活輕巧、功耗低、采樣效率高的小行星采樣機械臂裝置，特別是適用于表面是堅硬巖石的小行星采樣。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案—種小行星巖石米樣機械臂裝置，包括第一減速電機、米樣器底座、第二減速電機、第三減速電機、第四減速電機、第一機械臂、第二機械臂、第三機械臂、切割裝置和機械手。第一減速電機的輸出軸與米樣器底座連接，在米樣器底座上設(shè)有第二減速電機，在第二減速電機的輸出軸上連接有第一機械臂且第二減速電機的輸出軸與第一機械臂的一端連接，在第一機械臂的另一端上設(shè)有第三減速電機，在第三減速電機的輸出軸上連接有第二機械臂且第三減速電機的輸出軸與第二機械臂的一端連接，在第二機械臂的另一端上設(shè)有第四減速電機，在第四減速電機的輸出軸上設(shè)有第三機械臂且第四減速電機的輸出軸與第三機械臂的中部連接，在第三機械臂的一端設(shè)有機械手，在第三機械臂的另一端上設(shè)有切割裝置。其中，切割裝置由切割電機、聯(lián)軸器和切割刀片組成，切割電機工作帶動聯(lián)軸器高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動切割刀片高速旋轉(zhuǎn)。連接第三機械臂的是第二機械臂和第一機械臂，第一機械臂連接可以360度旋轉(zhuǎn)的米樣器底座,米樣器底座連接第一減速電機，第一減速電機控制采樣器底座旋轉(zhuǎn)到一定的角度，進(jìn)而控制整個機械臂旋轉(zhuǎn)到一定的角度。由第三機械臂控制切割裝置切割深度，由第一減速電機控制切割裝置切割角度，切割四次，就可以在小行星表面切下一塊巖石樣本，然后由機械手抓取，放到指定的容器內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下(I)本發(fā)明裝置總體采用機械臂連接切割設(shè)備和機械手的方式，通過機械臂控制切割設(shè)備和機械手的位置，操作靈活。(2)本發(fā)明裝置的機械臂連接切割設(shè)備和機械手，最大限度地提高了采樣器的空間利用率，從而實現(xiàn)了裝置的體積小、重量輕的目的。(3)本發(fā)明裝置的切割部分采用切割刀片切割巖石的方式，適用于巖石硬度較高的采樣工作。(4)本發(fā)明裝置采用機械臂與和切割設(shè)備結(jié)合的方式，可以根據(jù)操作人員的需要，在幾個不同的位置進(jìn)行采用，采樣位置靈活，并且提高了設(shè)備利用率。(5)本發(fā)明裝置采樣效率高，在驅(qū)動電機相同情況下，所采集的樣品體積更大。(6)本發(fā)明裝置中的機械手不僅可以用于抓取巖石，也可以用于其它任務(wù)，提高了設(shè)備利用率。


圖I為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明第三機械臂結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明第一機械臂或第二機械臂拆分圖。圖4為本發(fā)明機械臂底座拆分圖。圖5為本發(fā)明采集的巖石樣本的幾何示意圖。
具體實施例方式一種小行星巖石采樣機械臂裝置，其特征為，包括第一減速電機I、采樣器底座
2、第二減速電機31、第三減速電機32、第四減速電機33、第一機械41、第二機械臂42、第三機械臂7、切割裝置5和機械手6,第一減速電機I的輸出軸與米樣器底座2連接,在米樣器底座2上設(shè)有第二減速電機31，在第二減速電機31的輸出軸上連接有第一機械臂41且第二減速電機31的輸出軸與第一機械臂41的一端連接，在第一機械臂41的另一端上設(shè)有第三減速電機32，在第三減速電機32的輸出軸上連接有第二機械臂42且第三減速電機32的輸出軸與第二機械臂42的一端連接，在第二機械臂42的另一端上設(shè)有第四減速電機33，在第四減速電機33的輸出軸上設(shè)有第三機械臂7且第四減速電機33的輸出軸與第三機械臂7的中部連接，在第三機械臂7的一端設(shè)有機械手6，在第三機械臂7的另一端上設(shè)有切割裝置5。在本實施例中，所述切割裝置5包括切割電機10，在切割電機10的輸出軸上設(shè)有切割刀片8，所述切割電機10設(shè)在第三機械臂7的另一端上。根據(jù)需要，第三機械臂7控制切割裝置5進(jìn)行切割巖石，每切完一次，第三機械臂7控制切割裝置5從巖石中拔出，然后米樣器底座2控制米樣設(shè)備旋轉(zhuǎn)90度,重復(fù)切割4次,就可以在巖石表面切除一塊巖石,形狀如圖五所示，最后第三機械臂7控制機械手6靠近巖石，由機械手6抓取巖石標(biāo)本，放入指定容器內(nèi)，完成米樣工作。下面參照附圖，對本發(fā)明做出更為詳細(xì)的說明如圖I所示，本發(fā)明裝置包括第一減速電機I、采樣器底座2、第二減速電機31、第三減速電機32、第四減速電機33、第一機械41、第二機械臂42、第三機械臂7、切割裝置5和機械手6，第三機械臂7連接切割裝置5和機械手6 ;其中第一減速電機I固定在小行星巖石采樣器主體上，第一減速電機I轉(zhuǎn)動，帶動采樣器底座2旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動第二減速電機31、第一機械臂41、第三減速電機32、第二機械臂42、第四減速電機33、第三機械臂7、切割裝置5和機械手6轉(zhuǎn)動。如圖2所示，第三機械臂7 —端連接切割裝置5，一端連接機械手6，其中切割裝置5包括切割電機10、聯(lián)軸器9、切割刀片8，切割電機10工作帶動聯(lián)軸器9高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動切割刀片8高速旋轉(zhuǎn)。如圖3所示，第三減速電機32和第四減速電機33分別固定在第一機械臂41和第二機械臂42內(nèi)部，本發(fā)明裝置所用第二減速電機31、第三減速電機32、第四減速電機33的減速箱部分經(jīng)過特殊處理，滿足強度要求。如圖4所示，機械臂底座包括第一減速電機I、采樣器底座2、第二減速電機31，其 中第一減速電機I固定在小行星巖石米樣器主體上，第一減速電機I轉(zhuǎn)動，帶動米樣器底座2旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動第二減速電機31旋轉(zhuǎn)。如圖5所示，切割裝置5以四個不同的角度切割巖石，切出的巖石標(biāo)本的幾何形狀就如圖5所示。具體的采集樣本步驟如下步驟I.小行星巖石采樣器主體降落到小行星表面后，第一減速電機31，第二減速電機32，第三減速電機33控制機械臂伸展，將第三機械臂7放到靠近巖石表面的位置；步驟2.打開切割電機10，利用第四減速電機32控制第三機械臂7旋轉(zhuǎn)，使得切割裝置5切入巖石內(nèi)部一定的深度；步驟3.利用第四減速電機32控制第三機械臂7反向旋轉(zhuǎn)，拔出切割裝置5 ；步驟4.利用第一減速電機I控制采樣器底座2、第二減速電機31、第一機械臂41、第三減速電機32、第二機械臂42、第四減速電機33、第三機械臂7、切割裝置5和機械手6旋轉(zhuǎn)90度，重復(fù)步驟2、步驟3 ；步驟5.連續(xù)切割4次，就可以在小行星表面切出巖石標(biāo)本，形狀如圖5所示；步驟6.然后利用第四減速電機32控制第三機械臂7旋轉(zhuǎn)，使機械手6靠近巖石標(biāo)本，抓取巖石標(biāo)本，并將其放入指定的容器內(nèi)。至此完成小行星巖石采樣工作。
權(quán)利要求
1.一種小行星巖石采樣機械臂裝置，其特征為，包括第一減速電機(I)、采樣器底座(2)、第二減速電機(31)、第三減速電機(32)、第四減速電機(33)、第一機械(41)、第二機械臂(42)、第三機械臂(7)、切割裝置(5)和機械手(6)，第一減速電機(I)的輸出軸與采樣器底座(2 )連接，在采樣器底座(2 )上設(shè)有第二減速電機(31)，在第二減速電機(31)的輸出軸上連接有第一機械臂(41)且第二減速電機(31)的輸出軸與第一機械臂(41)的一端連接，在第一機械臂(41)的另一端上設(shè)有第三減速電機(32)，在第三減速電機(32)的輸出軸上連接有第二機械臂(42)，且第三減速電機(32)的輸出軸與第二機械臂(42)的一端連接，在第二機械臂(42)的另一端上設(shè)有第四減速電機(33)，在第四減速電機(33)的輸出軸上設(shè)有第三機械臂(7)且第四減速電機(33)的輸出軸與第三機械臂(7)的中部連接，在第三機械臂(7)的一端設(shè)有機械手(6)，在第三機械臂(7)的另一端上設(shè)有切割裝置(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小行星巖石采樣機械臂裝置，其特征為，所述切割裝置(5)包括切割電機(10)，在切割電機(10)的輸出軸上設(shè)有切割刀片(8)，所述切割電機(10)設(shè)在第三機械臂(7)的另一端上。
全文摘要
所述小行星巖石采樣機械臂裝置，第一減速電機的輸出軸與采樣器底座連接，在采樣器底座上設(shè)有第二減速電機，在第二減速電機的輸出軸上連接有第一機械臂且第二減速電機的輸出軸與第一機械臂的一端連接，在第一機械臂的另一端上設(shè)有第三減速電機，在第三減速電機的輸出軸上連接有第二機械臂且第三減速電機的輸出軸與第二機械臂的一端連接，在第二機械臂的另一端上設(shè)有第四減速電機，在第四減速電機的輸出軸上設(shè)有第三機械臂，且第四減速電機的輸出軸與第三機械臂的中部連接，在第三機械臂的一端設(shè)有機械手，在第三機械臂的另一端上設(shè)有切割裝置。
文檔編號G01N1/08GK102967484SQ20121042738
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者宋愛國, 郝小蕾, 盧偉, 凌云, 谷士鵬 申請人:東南大學(xué)