著陸器所用的仿生采樣鏟的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種著陸器所用的仿生采樣鏟，是由微型直線電機(jī)、螺紋動(dòng)力傳輸桿、推土板和主鏟體組成，微型直線電機(jī)與螺紋動(dòng)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(dòng)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(dǎo)槽板、限位凸臺(tái)、鏟殼、鏟斗側(cè)板、鏟斗底面、弧頂和斜面組成，鏟斗底面上設(shè)置引導(dǎo)槽板，引導(dǎo)槽板的后面設(shè)置限位凸臺(tái)，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，本實(shí)用新型將喜瑪拉雅旱獺爪趾曲線應(yīng)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(xué)性能。
【專利說明】著陸器所用的仿生采樣鏟
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于深空資源探測領(lǐng)域，一種應(yīng)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(shí)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(jìn)行探測。在我國正在進(jìn)行的和即將進(jìn)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(shí)，受到著陸地點(diǎn)的限制，工作環(huán)境復(fù)雜，采樣鏟面對工作受力不均，效率不高，在復(fù)雜工況時(shí)，采樣鏟可能會(huì)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(dòng)物如穿山甲、喜瑪拉雅旱獺等進(jìn)化出發(fā)達(dá)的挖掘足，具有非常強(qiáng)的挖掘本領(lǐng)，成為地面機(jī)械挖掘、切土等觸土部件仿生設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。同時(shí)，采樣鏟作為著陸器攜帶的關(guān)鍵設(shè)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?yàn)橹懫鞣治鰞x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(yán)重制約著著陸器的工作效率與能耗，同時(shí)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。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型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，本實(shí)用新型能夠?yàn)檫M(jìn)入分析儀器的土樣進(jìn)行引導(dǎo)，并在執(zhí)行完任務(wù)后將鏟內(nèi)土壤及時(shí)清空。本實(shí)用新型以喜瑪拉雅旱獺爪趾結(jié)構(gòu)為原形，將爪趾結(jié)構(gòu)應(yīng)用到采樣鏟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，優(yōu)化采樣鏟鏟面結(jié)構(gòu)，以達(dá)到采樣鏟減阻、高效的目的。
[0005]本實(shí)用新型是由微型直線電機(jī)、螺紋動(dòng)力傳輸桿、推土板和主鏟體組成，微型直線電機(jī)與螺紋動(dòng)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(dòng)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(dǎo)槽板、限位凸臺(tái)、鏟殼、鏟斗側(cè)板、鏟斗底面、弧頂和斜面組成，鏟斗底面上設(shè)置引導(dǎo)槽板，引導(dǎo)槽板的后面設(shè)置限位凸臺(tái)，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，本實(shí)用新型將喜瑪拉雅旱獺爪趾曲線應(yīng)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(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，p點(diǎn)是鏟斗底面與鏟殼底面接觸點(diǎn)，，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(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，q點(diǎn)是伊斗側(cè)板與伊殼頂面接觸點(diǎn)，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，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0013]本實(shí)用新型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(jìn)行仿生學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化，使其觸土、切土方面具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其次對于采樣鏟內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使其具有引導(dǎo)土樣進(jìn)入科學(xué)儀器的功能；其次，設(shè)置了推土板，不僅能夠保證推土板內(nèi)不會(huì)發(fā)生堵土的現(xiàn)象，同時(shí)通過推土板的運(yùn)動(dòng)能夠保證土體能夠有效的排出采樣鏟鏟體；采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，避免了復(fù)雜的傳動(dòng)和轉(zhuǎn)換機(jī)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為本實(shí)用新型的立體示意圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型的剖視圖。
[0016]圖3為本實(shí)用新型的推土板立體示意圖。
[0017]圖4為本實(shí)用新型的側(cè)視即局部剖視圖。
[0018]圖5為本實(shí)用新型的主鏟體立體示意圖。
[0019]圖6為本實(shí)用新型的主鏟體局部剖視圖。
[0020]其中:1_微型直線電機(jī)；2_螺紋動(dòng)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(dǎo)槽板；9-限位凸臺(tái)；10-鏟殼；11-鏟斗側(cè)板；12-鏟斗底面；13-弧頂；14-斜面。
【具體實(shí)施方式】
[0021]請參閱圖1至圖6所示，本實(shí)用新型是由微型直線電機(jī)1、螺紋動(dòng)力傳輸桿2、推土板3和主鏟體4組成，微型直線電機(jī)I與螺紋動(dòng)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(dòng)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(dǎo)槽板8、限位凸臺(tái)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(shè)置引導(dǎo)槽板8，引導(dǎo)槽板8的后面設(shè)置限位凸臺(tái)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(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，p點(diǎn)是鏟斗底面12與鏟殼10底面接觸點(diǎn)，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(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，q點(diǎn)是鏟斗側(cè)板11與鏟殼10頂面接觸點(diǎn)，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(jìn)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(dǎo)槽板8能形成一個(gè)槽，引導(dǎo)槽的作用主要是在排出土體時(shí)，為一定量的土體提供引導(dǎo)使其順利的進(jìn)入的著陸器的相關(guān)儀器的入土口；
[0031]限位凸臺(tái)9的作用是限制推土板3在主鏟體4內(nèi)的位移；
[0032]本實(shí)施例中，推土板3的最大位移為40mm，這樣設(shè)計(jì)主要起到保護(hù)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(jìn)入鏟體內(nèi)部時(shí)進(jìn)行光滑過度，降低土體在鏟內(nèi)受力，并且能夠避免壅土的發(fā)生。
[0035]本實(shí)用新型的工作過程和原理是:
[0036]本實(shí)用新型安裝在著陸器的機(jī)械臂末端上進(jìn)行工作，動(dòng)力來自于著陸器的太陽能電池或者核動(dòng)力裝置提供；
[0037]微型直線電機(jī)I通過螺紋螺桿與螺紋動(dòng)力傳輸桿2相配合；螺紋動(dòng)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(shí)現(xiàn)了與整個(gè)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(dòng)力傳輸過程如下:微型直線電機(jī)I所需要的電能需要著陸器進(jìn)行提供；微型直線電機(jī)I帶動(dòng)螺紋動(dòng)力傳輸桿2和推土板3的外螺紋桿6作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；在向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，推土板在主鏟體4內(nèi)向前運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)向外推土的功能；向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，推土板3在主鏟體4內(nèi)向后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)回收的功能。因?yàn)椴蓸隅P主鏟體是在機(jī)械臂的末端進(jìn)行作業(yè)，所以可以實(shí)現(xiàn)推土板與主鏟體4的相對運(yùn)動(dòng)。
[0038]因此本實(shí)用新型通過將喜瑪拉雅旱獺爪趾的特征結(jié)構(gòu)應(yīng)用到采樣鏟上，改善采樣過程中的受力。設(shè)計(jì)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的推土板的設(shè)計(jì)能夠解決著陸器采樣鏟在工作時(shí)的不能夠清土的問題，而且通過限位凸臺(tái)9的設(shè)計(jì)保證了設(shè)備的安全性；同時(shí)，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(dǎo)槽板8，便于土體能夠順利的進(jìn)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(jī)(I)、螺紋動(dòng)力傳輸桿(2)、推土板(3)和主鏟體(4)組成，微型直線電機(jī)(I)與螺紋動(dòng)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(dòng)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(dǎo)槽板(8)、限位凸臺(tái)(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(shè)置引導(dǎo)槽板(8)，引導(dǎo)槽板(8)的后面設(shè)置限位凸臺(tái)(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(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，p點(diǎn)是鏟斗底面(12)與鏟殼(10)底面接觸點(diǎn)，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(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，q點(diǎn)是伊斗側(cè)板(11)與伊殼(10)頂面接觸點(diǎn)，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(hào)】G01N1/04GK203519368SQ201320645491
【公開日】2014年4月2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(huì)霞, 劉劍濤 申請人:吉林大學(xué)