多功能月球表層樣品采集封裝裝置制造方法
【專利摘要】多功能月球表層樣品采集封裝裝置，屬于航天工程【技術領域】，為了解決以往的月球表層樣品采集封裝裝置體積大，質量大，功耗高，導致在進行采樣工作時，動作復雜、實施難度大的問題。它包括電機、采樣組件和封裝組件；采樣組件包括螺旋送料軸、螺旋采樣葉片、機殼、中心齒輪軸、外齒圈、臂桿套筒、聯軸器、行星齒輪組、減速器和L形臂桿；封裝組件包括K個撥片、超越離合器一、外環、樣品桶、樣品桶連接環、N個裝有彈簧的導向柱、N個導向光孔和超越離合器二；其中，K和N均為正整數；采用螺旋輸送和軟袋拉繩封口方式，該裝置采用單電機驅動，實現表層月壤樣品的采集和初級封裝，封裝的結構簡單、形態保持性好。本發明用于宇宙環境下的樣品采集。
【專利說明】多功能月球表層樣品采集封裝裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種在月球表面低重力環境下樣品采集和封裝工具，屬于航天工程【技術領域】。
【背景技術】
[0002]探月工程是我國航天事業的重要內容。登月后要針對月球展開一系列的科研項目，其中表層樣品采集封裝裝置作為月面著陸器上直接與月壤接觸的部件，對采樣封裝裝置的采樣性能、封裝可靠性以及適應月面地形的能力都具有極其重要的要求。當今世界各國針對地外天體地表樣品采集方式主要有鉗取、耙取、鏟取等，采集到樣品后，先進行轉送，再將樣品放入到樣品容器中，然后進行封裝；然而，在苛刻的宇宙環境下，想要可靠的實現樣品的采集、轉送、封裝等復雜動作，實施難度大，并且以往的采樣封裝裝置大多存在體積大，質量大，功耗高等缺陷，所以需要一種專用工具實現任務目標，要滿足航天任務的特殊性要求，既要質量輕便與發送，又要體積小空間利用率高，保證低功耗的同時具有高的可靠性。
【發明內容】
[0003]本發明目的是為了解決以往的月球表層樣品采集封裝裝置體積大，質量大，功耗高，導致在進行采樣工作時，動作復雜、實施難度大的問題，提供了一種多功能月球表層樣品采集封裝裝置。
[0004]本發明所述多功能月球表層樣品采集封裝裝置，它包括電機、采樣組件和封裝組件；
[0005]所述采樣組件包括螺旋送料軸、螺旋采樣葉片、機殼、中心齒輪軸、外齒圈、臂桿套筒、聯軸器、行星齒輪組、減速器和L形臂桿；
[0006]所述螺旋送料軸上由螺旋送料軸的底部至螺旋送料軸的頂部螺旋設有螺旋采樣葉片；且螺旋送料軸和螺旋采樣葉片均設置在機殼內部；所述機殼的下端部呈錐筒狀；在所述螺旋采樣葉片的最頂端部與機殼連接處設置有出料口 ；該出料口與機殼為連通的、一體件結構；且出料口的軸線與所述螺旋送料軸的軸線的夾角小于90度；
[0007]所述螺旋送料軸的頂部與中心齒輪軸的下端部為同軸連接，螺旋送料軸的頂部的外壁與機殼通過軸承連接；
[0008]該中心齒輪軸的上端部通過聯軸器與減速器連接；
[0009]所述機殼上端部設置有軸承壓蓋；在該軸承壓蓋與臂桿套筒之間設置尼龍環；
[0010]所述臂桿套筒內壁上固定安裝有外齒圈，該外齒圈通過行星齒輪組與中心齒輪軸上的齒輪連接；
[0011]所述臂桿套筒的外側壁上固定安裝有L形臂桿，且該L形臂桿的自由端指向封裝組件；
[0012]所述封裝組件包括K個撥片、超越離合器一、外環、樣品桶、樣品桶連接環、N個裝有彈簧的導向柱、N個導向光孔和超越離合器二 ；其中，K和N均為正整數；
[0013]所述樣品桶連接環為上下兩層的環形結構，上層環的直徑小于下層環，上層環與下層環通過圓環形連接部連接，所述圓環形連接部的內環直徑與上層環直徑相等，該圓環形連接部的內環與上層環固定連接，所述圓環形連接部的外環直徑與下層環直徑相等，該圓環形連接部的外環與下層環固定連接；
[0014]所述樣品桶連接環的上層環與機殼外部的出料口之間設置有尼龍滑環，該尼龍滑環緊套在機殼外部的出料口的外表面上，且該尼龍滑環上沿圓周方向設置有定位銷孔，所述樣品桶連接環的上層環上與尼龍滑環的定位銷孔相對應的位置上也設置有定位銷孔，采用螺栓將樣品桶連接環與尼龍滑環固定連接；
[0015]所述樣品桶連接環的連接部上沿圓周方向均勻設有N個螺孔，該N個螺孔用于安裝N個裝有彈簧的導向柱；所述樣品桶連接環的上層環與機殼之間設有超越離合器二 ；該超越離合器二用于控制樣品桶連接環的轉向；
[0016]所述樣品桶連接環的下層環的外壁上套有尼龍環，所述外環套接在尼龍環上；
[0017]所述外環為兩層環形結構，上層環的直徑大于下層環的直徑，且上層環的厚度小于下層環的厚度，下層環的外直徑與上層環的內直徑相等，上層環與下層環焊接成一體；
[0018]在外環的下層環的內壁的邊緣處設置有內螺紋；
[0019]所述外環的上層環的外壁上設置有K個撥片，所述K個撥片的固定端通過K組螺釘沿外環的圓周方向固定在外環的上層環的外壁上；
[0020]所述外環的上層環與樣品桶連接環的下層環之間設置有超越離合器一，該超越離合器一用于控制外環的單向旋轉運動；
[0021]所述外環的上層環套在樣品桶連接環的下層環的外壁上的尼龍環外；并通過外環上的K個撥片上的螺釘將外環與該尼龍環卡緊；
[0022]所述樣品桶包括筒體、無底可封口軟袋、破斷拉繩和N個導向光孔；
[0023]所述筒體的下端通過底板封閉，該筒體的上端通過頂板封閉，頂板的中部開設有采樣入口 ；且在樣品桶的頂板上與N個裝有彈簧的導向柱相對應的位置處設置有N個導向光孔；
[0024]所述無底可封口軟袋的一端深入到樣品桶內，與樣品桶內壁固定連接，該無底可封口軟袋的另一端內設有破斷拉繩，該破斷拉繩的兩端固定在外環的內側壁上；
[0025]所述樣品桶的外壁上設置有外螺紋，所述內螺紋與外螺紋構成一組鎖緊螺紋；用于將樣品桶與外環旋轉鎖定連接；
[0026]所述機殼外部的出料口插入樣品桶的采樣入口內；
[0027]所述電機設置在樣品采集封裝裝置的頂部；該電機與減速器連接。
[0028]所述樣品桶的內側壁上設置有固定葉片。
[0029]所述機殼尾部進料口處設有毛刷圈。
[0030]它還包括連接法蘭，所述連接法蘭設置在減速器與聯軸器之間，所述樣品采集封裝裝置通過連接法蘭與該裝置外部的機械臂末端固定連接。
[0031]所述解鎖螺紋的螺紋長度大于P倍螺距，P為正整數。
[0032]本發明的優點:本發明所述的一種多功能月球表層樣品采集封裝裝置，采用螺旋輸送和軟袋拉繩封口方式，實現針對月球表面樣品的選擇性采集和封裝任務設計的一種集成了采樣封裝功能為一體的多功能裝置，該裝置采用單電機驅動，能用較簡單的原理，實現表層月壤樣品的采集和初級封裝，封裝的結構簡單、形態保持性好。本發明結構緊湊體積小，重量輕，功耗低，可靠性高，特別對探月工程意義重大。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1是本發明所述多功能月球表層樣品采集封裝裝置的剖視圖；
[0034]圖2是本發明所述多功能月球表層樣品采集封裝裝置的結構示意圖；
[0035]圖3是【具體實施方式】一所述的樣品桶17的剖視圖；
[0036]圖4是【具體實施方式】一所述的樣品桶蓋22的剖視圖；
[0037]圖5是【具體實施方式】一所述的外環15的剖視圖；
[0038]圖6是本發明所述多功能月球表層樣品采集封裝裝置卸載下樣品桶17后的結構示意圖；
[0039]圖7是本發明所述多功能月球表層樣品采集封裝裝置水平放置的結構示意圖；
[0040]圖8是圖1中I處局部放大圖；
[0041]圖9是圖1中II處的局部放大圖。
【具體實施方式】
[0042]【具體實施方式】一:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述多功能月球表層樣品采集封裝裝置，它包括電機10、采樣組件和封裝組件；
[0043]所述采樣組件包括螺旋送料軸1、螺旋采樣葉片3、機殼4、中心齒輪軸5、外齒圈6、臂桿套筒7、聯軸器8、行星齒輪組11、減速器24和L形臂桿12 ；
[0044]所述螺旋送料軸I上由螺旋送料軸I的底部至螺旋送料軸I的頂部螺旋設有螺旋采樣葉片3 ;且螺旋送料軸I和螺旋采樣葉片3均設置在機殼4內部；所述機殼4的下端部呈錐筒狀；在所述螺旋采樣葉片3的最頂端部與機殼4連接處設置有出料口 ；該出料口與機殼4為連通的、一體件結構；且出料口的軸線與所述螺旋送料軸I的軸線的夾角小于90度；
[0045]所述螺旋送料軸I的頂部與中心齒輪軸5的下端部為同軸連接，螺旋送料軸I的頂部的外壁與機殼4通過軸承連接；
[0046]該中心齒輪軸5的上端部通過聯軸器8與減速器24連接；
[0047]所述機殼4上端部設置有軸承壓蓋；在該軸承壓蓋與臂桿套筒7之間設置尼龍環；
[0048]所述臂桿套筒7內壁上固定安裝有外齒圈6，該外齒圈6通過行星齒輪組11與中心齒輪軸5上的齒輪連接；
[0049]所述臂桿套筒7的外側壁上固定安裝有L形臂桿12，且該L形臂桿12的自由端指向封裝組件；
[0050]所述封裝組件包括K個撥片13、超越離合器一 14、外環15、樣品桶17、樣品桶連接環22、N個裝有彈簧的導向柱21、N個導向光孔25和超越離合器二 23 ;其中，K和N均為正整數；
[0051]所述樣品桶連接環22為上下兩層的環形結構，上層環22-1的直徑小于下層環22-2，上層環22-1與下層環22-2通過圓環形連接部連接，所述圓環形連接部的內環直徑與上層環直徑相等，該圓環形連接部的內環與上層環固定連接，所述圓環形連接部的外環直徑與下層環直徑相等，該圓環形連接部的外環(15)與下層環22-2固定連接；
[0052]所述樣品桶連接環22的上層環與機殼4外部的出料口之間設置有尼龍滑環，該尼龍滑環緊套在機殼4外部的出料口的外表面上，且該尼龍滑環上沿圓周方向設置有定位銷孔，所述樣品桶連接環22的上層環上與尼龍滑環的定位銷孔相對應的位置上也設置有定位銷孔，采用螺栓將樣品桶連接環22與尼龍滑環固定連接；
[0053]所述樣品桶連接環22的連接部上沿圓周方向均勻設有N個螺孔22-3，該N個螺孔22-3用于安裝N個裝有彈簧的導向柱21 ;所述樣品桶連接環22的上層環22_1與機殼4之間設有超越離合器二 23 ;該超越離合器二 23用于控制樣品桶連接環22的轉向；
[0054]所述樣品桶連接環22的下層環22-2的外壁上套有尼龍環，所述外環15套接在尼龍環上；
[0055]所述外環15為兩層環形結構，上層環的直徑大于下層環的直徑，且上層環的厚度小于下層環的厚度，下層環的外直徑與上層環的內直徑相等，上層環與下層環焊接成一體；
[0056]在外環15的下層環的內壁的邊緣處設置有內螺紋27 ；
[0057]所述外環15的上層環的外壁上設置有K個撥片13，所述K個撥片13的固定端通過K組螺釘沿外環15的圓周方向固定在外環15的上層環的外壁上；
[0058]所述外環15的上層環與樣品桶連接環22的下層環22-2之間設置有超越離合器一 14,該超越離合器一 14用于控制外環15的單向旋轉運動；
[0059]所述外環15的上層環套在樣品桶連接環22的下層環22-2的外壁上的尼龍環外；并通過外環15上的K個撥片13上的螺釘將外環15與該尼龍環卡緊；
[0060]所述樣品桶17包括筒體30、無底可封口軟袋19、破斷拉繩20和N個導向光孔25 ；
[0061]所述筒體30的下端通過底板封閉，該筒體的上端通過頂板封閉，頂板的中部開設有采樣入口 ；且在樣品桶17的頂板上與N個裝有彈簧的導向柱21相對應的位置處設置有N個導向光孔25 ；
[0062]所述無底可封口軟袋19的一端深入到樣品桶17內，與樣品桶17內壁固定連接，該無底可封口軟袋19的另一端內設有破斷拉繩20，該破斷拉繩20的兩端固定在外環15的內側壁上；
[0063]所述樣品桶17的外壁上設置有外螺紋26，所述內螺紋27與外螺紋26構成一組鎖緊螺紋16 ;用于將樣品桶17與外環15旋轉鎖定連接；
[0064]所述機殼4外部的出料口插入樣品桶17的采樣入口內；
[0065]所述電機10設置在樣品采集封裝裝置的頂部；該電機10與減速器24連接。
[0066]【具體實施方式】二:下面結合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，本實施方式所述樣品桶17的內側壁上還設置有固定葉片18。
[0067]【具體實施方式】三:下面結合圖1至圖7說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，本實施方式所述機殼4尾部進料口處設有毛刷圈2。
[0068]【具體實施方式】四:下面結合圖1至圖7說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，本實施方式所述的多功能月球表層樣品采集封裝裝置，它還包括連接法蘭9，所述連接法蘭9設置在減速器24與聯軸器8之間，所述樣品采集封裝裝置通過連接法蘭9與該裝置外部的機械臂末端固定連接。
[0069]【具體實施方式】五:下面結合圖1至圖7說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，本實施方式所述的解鎖螺紋16的螺紋長度大于P倍螺距，P為正整數。
[0070]工作原理:在本發明所述的多功能月球表層樣品采集封裝裝置工作時，機械臂攜帶采樣封裝裝置到采樣地點后，電機10正向轉動驅動聯軸器8，中心齒輪軸5帶動螺旋送料軸I轉動，使螺旋葉片3回轉。在回轉過程中，毛刷圈2上的毛刷能實現對月壤粒度的篩選，減少月面不平整地形影響，將適合采集的樣品定向傳送，通過機殼4的錐形過渡段，達到獲取正向輸送壓力的作用，最終將表取樣品集輸到樣品桶17之內。為使樣品更容易下落，樣品桶17向下傾斜一定角度。通過中心齒輪軸5帶動行星齒輪11，外齒圈6轉動，使與外齒圈6固定連接的臂桿套筒7，臂桿12轉動，此時超越離合器一 14導通，超越離合器二 23截止，臂桿12正向撥動撥桿13讓外環15與樣品桶17產生繞自身軸線間歇旋轉，其傳動的不平穩性恰好可以起到激振的作用，輔助月壤樣品進入樣品桶17內，在固型葉片18輔助下解決樣品堆積問題，使樣品可以落入并充滿樣品桶17。采樣結束后，機械臂攜帶裝置到密封封裝容器上方。電機10反轉，帶動臂桿12反向撥動撥桿13，此時超越離合器一 14截止，超越離合器二 23導通，樣品桶17不旋轉而外圈15旋轉，拉動破斷拉繩20，收緊封口軟袋19并完成樣品的封裝，并且保持封裝狀態。采用軟袋拉繩封口的方式，從而避免了復雜的機械封口中易產生的封口不嚴密或者易被月壤顆粒卡死的問題。同時樣品封裝完成后通過解鎖螺紋16解鎖在固定在導向柱上的彈簧實現樣品桶17解鎖釋放。采樣封裝工作結束。
【權利要求】
1.一種多功能月球表層樣品采集封裝裝置，其特征在于，它包括電機(10)、采樣組件和封裝組件； 所述采樣組件包括螺旋送料軸(I)、螺旋采樣葉片(3)、機殼(4)、中心齒輪軸(5)、外齒圈(6)、臂桿套筒(7)、聯軸器(8)、行星齒輪組(11)、減速器(24)和L形臂桿(12)； 所述螺旋送料軸(I)上由螺旋送料軸(I)的底部至螺旋送料軸(I)的頂部螺旋設有螺旋采樣葉片(3);且螺旋送料軸(I)和螺旋采樣葉片(3)均設置在機殼(4)內部；所述機殼(4)的下端部呈錐筒狀；在所述螺旋采樣葉片(3)的最頂端部與機殼(4)連接處設置有出料口 ；該出料口與機殼(4)為連通的、一體件結構；且出料口的軸線與所述螺旋送料軸(I)的軸線的夾角小于90度； 所述螺旋送料軸(I)的頂部與中心齒輪軸(5)的下端部為同軸連接，螺旋送料軸(I)的頂部的外壁與機殼(4)通過軸承連接； 該中心齒輪軸(5)的上端部通過聯軸器(8)與減速器(24)連接； 所述機殼(4)上端部設置有軸承壓蓋；在該軸承壓蓋與臂桿套筒(7)之間設置尼龍環；所述臂桿套筒(7)內壁上固定安裝有外齒圈(6)，該外齒圈(6)通過行星齒輪組(11)與中心齒輪軸(5)上的齒輪連接； 所述臂桿套筒(7)的外側壁上固定安裝有L形臂桿(12)，且該L形臂桿(12)的自由端指向封裝組件； 所述封裝組件包括K個撥片(13)、超越離合器一(14)、外環(15)、樣品桶(17)、樣品桶連接環(22)、N個裝有彈簧的導向柱(21)、N個導向光孔(25)和超越離合器二(23);其中，K和N均為正整數；· 所述樣品桶連接環(22)為上下兩層的環形結構，上層環(22-1)的直徑小于下層環(22-2)，上層環(22-1)與下層環(22-2)通過圓環形連接部連接，所述圓環形連接部的內環直徑與上層環直徑相等，該圓環形連接部的內環與上層環固定連接，所述圓環形連接部的外環直徑與下層環直徑相等，該圓環形連接部的外環(15)與下層環(22-2)固定連接；所述樣品桶連接環(22)的上層環與機殼(4)外部的出料口之間設置有尼龍滑環，該尼龍滑環緊套在機殼(4)外部的出料口的外表面上，且該尼龍滑環上沿圓周方向設置有定位銷孔，所述樣品桶連接環(22)的上層環上與尼龍滑環的定位銷孔相對應的位置上也設置有定位銷孔，采用螺栓將樣品桶連接環(22)與尼龍滑環固定連接； 所述樣品桶連接環(22)的連接部上沿圓周方向均勻設有N個螺孔(22-3)，該N個螺孔(22-3)用于安裝N個裝有彈簧的導向柱(21);所述樣品桶連接環(22)的上層環(22_1)與機殼(4)之間設有超越離合器二(23);該超越離合器二(23)用于控制樣品桶連接環(22)的轉向； 所述樣品桶連接環(22)的下層環(22-2)的外壁上套有尼龍環，所述外環(15)套接在尼龍環上； 所述外環(15)為兩層環形結構，上層環的直徑大于下層環的直徑，且上層環的厚度小于下層環的厚度，下層環的外直徑與上層環的內直徑相等，上層環與下層環焊接成一體；在外環(15)的下層環的內壁的邊緣處設置有內螺紋(27)； 所述外環(15)的上層環的外壁上設置有K個撥片(13)，所述K個撥片(13)的固定端通過K組螺釘沿外環(15)的圓周方向固定在外環(15)的上層環的外壁上；所述外環(15)的上層環與樣品桶連接環(22)的下層環(22-2)之間設置有超越離合器一(14)，該超越離合器一(14)用于控制外環(15)的單向旋轉運動； 所述外環(15)的上層環套在樣品桶連接環(22)的下層環(22-2)的外壁上的尼龍環外；并通過外環(15)上的K個撥片(13)上的螺釘將外環(15)與該尼龍環卡緊； 所述樣品桶(17)包括筒體(30)、無底可封口軟袋(19)、破斷拉繩(20)和N個導向光孔(25)； 所述筒體(30)的下端通過底板封閉，該筒體的上端通過頂板封閉，頂板的中部開設有采樣入口 ；且在樣品桶(17)的頂板上與N個裝有彈簧的導向柱(21)相對應的位置處設置有N個導向光孔(25)； 所述無底可封口軟袋(19)的一端深入到樣品桶(17)內，與樣品桶(17)內壁固定連接，該無底可封口軟袋(19)的另一端內設有破斷拉繩(20)，該破斷拉繩(20)的兩端固定在外環(15)的內側壁上； 所述樣品桶(17)的外壁上設置有外螺紋(26)，所述內螺紋(27)與外螺紋(26)構成一組鎖緊螺紋(16);用于將樣品桶(17)與外環(15)旋轉鎖定連接； 所述機殼(4)外部的出料口插入樣品桶(17)的采樣入口內； 所述電機(10 )設置在樣品采集封裝裝置的頂部；該電機(10 )與減速器(24 )連接。
2.根據權利要求1所述一種多功能月球表層樣品采集封裝裝置，其特征在于，所述樣品桶(17 )的內側壁上還設置有固定葉片(18 )。
3.根據權利要求1所述一種多功能月球表層樣品采集封裝裝置，其特征在于，所述機殼(4 )尾部進料口處設有毛刷圈(2 )。
4.根據權利要求1所述一種多功能月球表層樣品采集封裝裝置，其特征在于，它還包括連接法蘭(9 )，所述連接法蘭(9 )設置在減速器(24 )與聯軸器(8 )之間，所述樣品采集封裝裝置通過連接法蘭(9 )與該裝置外部的機械臂末端固定連接。
5.根據權利要求1所述一種多功能月球表層樣品采集封裝裝置，所述其特征在于，所述解鎖螺紋(16)的螺紋長度大于P倍螺距，P為正整數。
【文檔編號】G01N1/02GK103528848SQ201310520682
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月29日 優先權日:2013年10月29日
【發明者】姜生元, 楊學寧, 全齊全, 王印超, 沈毅, 鄧宗全 申請人:哈爾濱工業大學