著陸器所用的仿生采樣鏟的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種著陸器所用的仿生采樣鏟，是由微型直線電機、螺紋動力傳輸桿、推土板和主鏟體組成，微型直線電機與螺紋動力傳輸桿連接，推土板是由外螺紋桿、板壁和板緣壁組成，外螺紋桿固定在板壁上，板壁的周邊具有板緣壁，外螺紋桿通過螺紋與螺紋動力傳輸桿連接，推土板在采樣鏟內(nèi)工作，推土板的板緣壁為斜面結(jié)構(gòu)；主鏟體是由引導槽板、限位凸臺、鏟殼、鏟斗側(cè)板、鏟斗底面、弧頂和斜面組成，鏟斗底面上設置引導槽板，引導槽板的后面設置限位凸臺，主鏟體的前部兩則具有鏟斗側(cè)板，鏟殼內(nèi)部底面具有斜面，本發(fā)明將喜瑪拉雅旱獺爪趾曲線應用到鏟斗底面和鏟斗側(cè)邊板上，使其觸土、切土方面具有優(yōu)良的力學性能。
【專利說明】著陸器所用的仿生采樣鏟
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于深空資源探測領(lǐng)域，一種應用于月球、火星等地外行星探測方面的著陸器所用的仿生采樣鏟。
【背景技術(shù)】
[0002]深空探測意義重大，不僅可以解答地球起源與演變、行星和太陽系的形成和演化、是否有適合人類居住的另外星球等一系列問題，同時有利于人類積極開發(fā)和利用空間資源。在大量的地外探索中，由于科技與成本的限制，各國普遍使用無人著陸器進行探測。在我國正在進行的和即將進行的探月工程和探索火星的研究中，都對無人取樣技術(shù)做出了要求。
[0003]著陸器采樣鏟在地外星球工作時，受到著陸地點的限制，工作環(huán)境復雜，采樣鏟面對工作受力不均，效率不高，在復雜工況時，采樣鏟可能會失效的難題。而鏟面結(jié)構(gòu)對于挖掘鏟受力影響很大。研究發(fā)現(xiàn)，某些土壤動物如穿山甲、喜瑪拉雅旱獺等進化出發(fā)達的挖掘足，具有非常強的挖掘本領(lǐng)，成為地面機械挖掘、切土等觸土部件仿生設計的基礎。同時，采樣鏟作為著陸器攜帶的關(guān)鍵設備之一，其受力與效率直接影響著陸器工作與功能消耗。但在傳統(tǒng)采樣鏟中，普遍存在著采樣鏟效率不高、不能夠為著陸器分析儀器提供定量的土壤樣品，采樣鏟內(nèi)土壤不能夠順利清出的問題，這些問題嚴重制約著著陸器的工作效率與能耗，同時也影響著陸器的壽命，因此解決上述問題，對于我國著陸器采樣研究具有重大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是提供一種基于喜瑪拉雅旱獺爪趾結(jié)構(gòu)的著陸器所用的仿生采樣鏟，本發(fā)明能夠為進入分析儀器的土樣進行引導，并在執(zhí)行完任務后將鏟內(nèi)土壤及時清空。本發(fā)明以喜瑪拉雅旱獺爪趾結(jié)構(gòu)為原形，將爪趾結(jié)構(gòu)應用到采樣鏟的結(jié)構(gòu)設計上，優(yōu)化采樣鏟鏟面結(jié)構(gòu)，以達到采樣鏟減阻、高效的目的。
[0005]本發(fā)明是由微型直線電機、螺紋動力傳輸桿、推土板和主鏟體組成,微型直線電機與螺紋動力傳輸桿連接，推土板是由外螺紋桿、板壁和板緣壁組成，外螺紋桿固定在板壁上，板壁的周邊具有板緣壁，外螺紋桿通過螺紋與螺紋動力傳輸桿連接，推土板板壁和板緣壁位于主鏟體內(nèi)，外螺紋桿從主鏟體的通孔中露出，推土板的板緣壁為斜面結(jié)構(gòu)；主鏟體是由引導槽板、限位凸臺、鏟殼、鏟斗側(cè)板、鏟斗底面、弧頂和斜面組成，鏟斗底面上設置引導槽板，引導槽板的后面設置限位凸臺，主鏟體的前部兩則具有鏟斗側(cè)板，鏟殼內(nèi)部底面具有斜面，本發(fā)明將喜瑪拉雅旱獺爪趾曲線應用到鏟斗底面和鏟斗側(cè)邊板上；
[0006]所述鏟斗底面曲線方程為:
[0007]y=0.0512x2-0.4602x+0.0594 ；
[0008]其中0〈x〈35mm，以p點為坐標原點，p點是鏟斗底面與鏟殼底面接觸點，，垂直于鏟身指向鏟內(nèi)為y軸正方向；平行于鏟身指向鏟尖為X軸正向；y為垂直鏟口方向的高度距離。
[0009]所述鏟斗側(cè)板的曲線方程為:
[0010]f =0.0492x，2-0.462x，+0.1467;
[0011]其中0〈x’ <50mm,以q點為坐標原點，q點是伊斗側(cè)板與伊殼頂面接觸點，垂直于鏟身指向鏟內(nèi)為X’軸正方向；平行于鏟身指向鏟尖為I，軸正向。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0013]本發(fā)明利用喜瑪拉雅旱獺爪趾的優(yōu)良結(jié)構(gòu)對采樣鏟鏟斗底面以及鏟斗側(cè)板進行仿生學設計優(yōu)化，使其觸土、切土方面具有優(yōu)良的力學性能，其次對于采樣鏟內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進行改進，使其具有引導土樣進入科學儀器的功能；其次，設置了推土板，不僅能夠保證推土板內(nèi)不會發(fā)生堵土的現(xiàn)象，同時通過推土板的運動能夠保證土體能夠有效的排出采樣鏟鏟體；采用直線電機驅(qū)動，避免了復雜的傳動和轉(zhuǎn)換機構(gòu)，降低了功率的損失、減少了空間的占用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的立體示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明的剖視圖。
[0016]圖3為本發(fā)明的推土板立體示意圖。
[0017]圖4為本發(fā)明的側(cè)視即局部剖視圖。
[0018]圖5為本發(fā)明的主鏟體立體示意圖。
[0019]圖6為本發(fā)明的主鏟體局部剖視圖。
[0020]其中:1_微型直線電機；2_螺紋動力傳輸桿；3_推土板；4_主鏟體；5-板壁；6-外螺紋桿；7-板緣壁；8-引導槽板；9-限位凸臺；10-鏟殼；11-鏟斗側(cè)板；12-鏟斗底面；13-弧頂；14-斜面。
【具體實施方式】
[0021]請參閱圖1至圖6所示，本發(fā)明是由微型直線電機1、螺紋動力傳輸桿2、推土板3和主鏟體4組成，微型直線電機I與螺紋動力傳輸桿2連接，推土板3是由外螺紋桿6、板壁5和板緣壁7組成，外螺紋桿6固定在板壁5上，板壁5的周邊具有板緣壁7，外螺紋桿5通過螺紋與螺紋動力傳輸桿2連接，推土板3板壁5和板緣壁7位于主鏟體4內(nèi)，外螺紋桿6從主鏟體4的通孔15中露出，推土板3的板緣壁7為斜面結(jié)構(gòu)A ;主鏟體4是由引導槽板
8、限位凸臺9、鏟殼10、鏟斗側(cè)板11、鏟斗底面12、弧頂13和斜面14組成，鏟斗底面12上設置引導槽板8，引導槽板8的后面設置限位凸臺9，主鏟體4的前部兩則具有鏟斗側(cè)板11，鏟殼10內(nèi)部底面具有斜面14，
[0022]如圖6所示，所述鏟斗底面12曲線方程為:
[0023]y=0.0512x2-0.4602x+0.0594 ；
[0024]其中0〈x〈35mm，以p點為坐標原點，p點是鏟斗底面12與鏟殼10底面接觸點，垂直于鏟身指向鏟內(nèi)為y軸正方向；平行于鏟身指向鏟尖為X軸正向；y為垂直鏟口方向的高度距離。
[0025]所述鏟斗側(cè)板的曲線方程為:[0026]y，=0.0492x，2_0.462x，+0.1467;
[0027]其中0〈x’ <50mm,以q點為坐標原點，q點是鏟斗側(cè)板11與鏟殼10頂面接觸點，垂直于鏟身指向鏟內(nèi)為X’軸正方向；平行于鏟身指向鏟尖為I，軸正向。
[0028]鏟斗底面12曲線方程的曲線生成的鏟斗底面12能夠減少挖土阻力，使土體能夠順利的進入采樣鏟；
[0029]鏟斗側(cè)板11的曲線方的曲線生成的鏟斗側(cè)板11起到切土的作用；
[0030]引導槽板8能形成一個槽，引導槽的作用主要是在排出土體時，為一定量的土體提供引導使其順利的進入的著陸器的相關(guān)儀器的入土口；
[0031]限位凸臺9的作用是限制推土板3在主鏟體4內(nèi)的位移；
[0032]本實施例中，推土板3的最大位移為40mm，這樣設計主要起到保護作用；
[0033]弧頂13能夠改善鏟體與土樣的相互作用，改善受力狀態(tài)；
[0034]斜面14在土樣進入鏟體內(nèi)部時進行光滑過度，降低土體在鏟內(nèi)受力，并且
[0035]能夠避免壅土的發(fā)生。
[0036]本發(fā)明的工作過程和原理是:
[0037]本發(fā)明安裝在著陸器的機械臂末端上進行工作，動力來自于著陸器的太陽能電池或者核動力裝置提供；
[0038]微型直線電機I通過螺紋螺桿與螺紋動力傳輸桿2相配合；螺紋動力傳輸桿2通過螺紋與推土板3的外螺紋桿6相連接，即實現(xiàn)了與整個推土板3的配合；推土板3主體則在仿生采樣鏟主鏟體4內(nèi)。其動力傳輸過程如下:微型直線電機I所需要的電能需要著陸器進行提供；微型直線電機I帶動螺紋動力傳輸桿2和推土板3的外螺紋桿6作往復直線運動；在向前運動時，推土板在主鏟體4內(nèi)向前運動，實現(xiàn)向外推土的功能；向后運動時，推土板3在主鏟體4內(nèi)向后運動，實現(xiàn)回收的功能。因為采樣鏟主鏟體是在機械臂的末端進行作業(yè)，所以可以實現(xiàn)推土板與主鏟體4的相對運動。
[0039]因此本發(fā)明通過將喜瑪拉雅旱獺爪趾的特征結(jié)構(gòu)應用到采樣鏟上，改善采樣過程中的受力。設計直線電機驅(qū)動的推土板的設計能夠解決著陸器采樣鏟在工作時的不能夠清土的問題，而且通過限位凸臺9的設計保證了設備的安全性；同時，結(jié)合平鏟和鏟斗形式優(yōu)化了采樣鏟的結(jié)構(gòu)，增加了引導槽板8，便于土體能夠順利的進入著陸器的儀器中。
【權(quán)利要求】
1.一種著陸器所用的仿生采樣鏟，特征在于:是由微型直線電機(I)、螺紋動力傳輸桿(2)、推土板(3)和主鏟體(4)組成，微型直線電機(I)與螺紋動力傳輸桿(2)連接，推土板(3)是由外螺紋桿(6)、板壁(5)和板緣壁(7)組成，外螺紋桿(6)固定在板壁(5)上，板壁(5)的周邊具有板緣壁(7)，外螺紋桿(5)通過螺紋與螺紋動力傳輸桿(2)連接，推土板(3)板壁(5)和板緣壁(7)位于主鏟體(4)內(nèi)，外螺紋桿(6)從主鏟體(4)的通孔(15)中露出，推土板(3)的板緣壁(7)為斜面結(jié)構(gòu)(A);主鏟體(4)是由引導槽板(8)、限位凸臺(9)、鏟殼(10)、鏟斗側(cè)板(11 )、鏟斗底面(12)、弧頂(13)和斜面(14)組成，鏟斗底面(12)上設置引導槽板(8)，引導槽板(8)的后面設置限位凸臺(9)，主鏟體(4)的前部兩則具有鏟斗側(cè)板(11)，鏟殼(10)內(nèi)部底面具有斜面(14)； 所述鏟斗底面(12)曲線方程為: y=0.0512x2-0.4602x+0.0594 其中0〈x〈35mm，以p點為坐標原點，p點是鏟斗底面(12)與鏟殼(10)底面接觸點，垂直于鏟身指向鏟內(nèi)為y軸正方向；平行于鏟身指向鏟尖為X軸正向；y為垂直鏟口方向的高度距離； 所述鏟斗側(cè)板的曲線方程為: f =0.0492x’ 2-0.462x’ +0.1467 其中0〈x’ <50mm,以q點為坐標原點，q點是伊斗側(cè)板(11)與伊殼(10)頂面接觸點，垂直于鏟身指向鏟內(nèi)為X’軸正方向；平行于鏟身指向鏟尖為I，軸正向。
【文檔編號】G01N1/04GK103499464SQ201310491394
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月19日
【發(fā)明者】鄒猛, 張榮榮, 劉國敏, 魏燦剛, 于用軍, 趙振家, 王會霞, 劉劍濤 申請人:吉林大學