專利名稱：一種深空小行星樣品采集探測器的保護裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種深空小行星樣品采集探測器，具體來說，涉及一種深空小行星樣品采集探測器的保護裝置。
背景技術：
小行星是圍繞太陽運行的巖石或金屬天體，它們的體積相當小，和地球所處的環境有很大的差別，其表面重力幾乎為零，表面逃逸速度僅為每秒幾十厘米，絕大多數小行星分布在火星和木星軌道之間。小行星深空探測是空間探測活動新的發展方向，是科學家了解太陽系的起源、進化和生命原材料物質的重要研究領域。以現在人類所擁有的技術，不能把大量的樣本帶到地球上進行分析，所能做的是帶回微量樣本返回地球，或者是直接在小行星上對其進行分析。日本的隼鳥號于2003年發 射升空，在小行星25143上進行采樣，是第一個在小行星上成功采集樣品并成功返回的國家，隼鳥號在抵達小行星表面后在不同地點發射球體擊中目標物體，通過濺起小行星上的表面巖石顆粒粉塵等達到采樣的目的，這樣就帶來了以下問題
第一、彈射球體所濺起的行星表面塵粒在幾乎零重力的環境下漫無目的地擴散，所以要在球體彈射采樣前先建立一個樣品輸送通道，將顆粒和粉塵引導回收至探測器的存儲裝置中。第二、在高動能球體彈射撞擊下可能產生高速的巖石顆粒，這些顆粒撞擊到探測器的表面會對探測器其他設備造成損害和污染，因此采樣時探測器的位置應該與小行星表面保持一定高度，起到保護的目的。

發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種深空小行星樣品采集探測器的保護裝置。本發明采用的技術方案是一種可調節角度的緩沖著陸機構，通過柔性材料伸展建立樣品輸送通道的裝置，其主要包括漏斗構件、兩個絲杠驅動電機、伸長機構安裝底座、兩個伸長絲杠副、保護管、仿生機械爪、底座、柔性輸送管、緩沖彈簧和機械爪驅動電機等；其中，所述伸長機構安裝底座的上端與整個小行星探測器固連，下端對稱安裝有兩個絲杠驅動電機，每個絲杠驅動電機的電機輸出軸連接一伸長絲杠副，兩個伸長絲杠副均由四節絲杠通過螺紋副串聯連接而成，在兩個絲杠電機的驅動下進行伸縮運動；第四節絲杠與緩沖彈簧的上端相連接，緩沖彈簧的下端與底座相連接；柔性輸送管置于保護管內，柔性輸送管的下端與底座相連，漏斗構件與保護管固連，漏斗構件伸長機構安裝底座均通過螺釘固定與外部探測器；漏斗構件上端出口處通向探測器的回收艙，用于引導樣品的回收；四個仿生機械爪周向均勻分布安裝在底座上，仿生機械爪主要是模仿大黃蜂的足掌原理，采用具有一定強度的高彈性材料，如高彈性的聚氨酯，可以提供較大的地面抓緊力和靜摩擦力，保持探測器的平衡。
本發明的有益效果是在小行星表面撞擊濺射采樣的技術前提下，通過絲杠驅動柔性材料的伸展建立了樣品塵粒的輸送通道，解決了塵粒的引導回收和對探測器本體保護的兩大問題，另外，仿生機械爪為探測器采樣時提供了著陸緩沖和支撐平衡。本發明是一種以小行星探測器采樣為技術背景的、初始體積小、結構簡單可靠、質量輕、便于實現自動化的裝置。


圖I是本發明的整體結構收縮狀態示意圖； 圖2是本發明的整體結構伸展狀態示意 圖3是本發明的伸長驅動部分結構示意 圖4是本發明的輸送管道部分結構示意 圖5是本發明的著陸平衡部分結構示意 圖6是本明的仿生機械爪及驅動電機結構示意 圖中漏斗構件I、兩個絲杠驅動電機2、伸長機構安裝底座3、兩個伸長絲杠副4、保護管5、仿生機械爪6、底座7、柔性輸送管8、緩沖彈簧9、機械爪驅動電機10。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。由圖1-6可以看出，一種深空小行星探測器的采樣保護裝置，分為收縮和伸展兩種狀態，其主要包括漏斗構件I、兩個絲杠驅動電機2、伸長機構安裝底座3、兩個伸長絲杠副4、保護管5、仿生機械爪6、底座7、柔性輸送管8、緩沖彈簧9和機械爪驅動電機10等。其中，所述伸長機構安裝底座3的上端與整個小行星探測器固連，下端對稱安裝有兩個絲杠驅動電機2，每個絲杠驅動電機2的電機輸出軸連接一伸長絲杠副4，兩個伸長絲杠副4均由四節絲杠通過螺紋副串聯連接而成，在兩個絲杠電機2的驅動下進行伸縮運動；第四節絲杠與緩沖彈簧9的上端相連接，緩沖彈簧9的下端與底座7相連接；柔性輸送管8置于保護管5內，柔性輸送管8的下端與底座7相連，漏斗構件I與保護管5固連，漏斗構件I和伸長機構安裝底座3均通過螺釘固定與外部探測器；漏斗構件I上端出口處通向探測器的回收艙，用于引導樣品的回收；四個仿生機械爪6周向均勻分布安裝在底座7上，仿生機械爪6主要是模仿大黃蜂的足掌原理(參考管興偉、張昊等，爬壁機器人尖爪型仿生腳掌設計[J].機電工程，2009，26 (2) :1-3.)，采用具有一定強度的高彈性材料，如高彈性的聚氨酯，可以提供較大的地面抓緊力和靜摩擦力，保持探測器的平衡。工作過程如下當探測器即將在小行星表面著陸并開始采樣時，伸長驅動部分電機2旋轉，帶動兩根四節串聯的絲杠副4伸長，同時，收縮在保護管5中的柔性輸送管8由原來的收縮狀態展開伸長，建立起塵粒樣品的輸送通道，引導樣品的回收，同時保護探測器本體不被濺起的塵粒污染和損壞；另外，著陸平衡部分的四個仿生機械爪6受控旋轉展開至各自的角度，著陸過程中緩沖彈簧9也被動調節底座7角度，兩者聯合適應地形條件和保持探測器本體的平衡；著陸緩沖則依靠與機械爪6所固定的底座8相連接的緩沖彈簧9。本發明用于對深空小行星探測器著陸采樣過程的保護，同時對塵粒樣品的回收有引導作用。探測器的采樣過程可能根據要求在小行星表面的不同地點進行，伸長機構和輸送管則在第一次采樣時展開，直至所有采樣活動的結束，然而，仿生機械爪則需要根據每次采樣著陸的地形條件做出 對應的改變。
權利要求
1.一種深空小行星樣品采集探測器的保護裝置，其特征在于，它包括漏斗構件(I)、兩個絲杠驅動電機(2)、伸長機構安裝底座(3)、兩個伸長絲杠副(4)、保護管(5)、仿生機械爪(6)、底座(7)、柔性輸送管(8)、緩沖彈簧(9)和機械爪驅動電機(10)等；其中，所述伸長機構安裝底座(3)的上端與整個小行星探測器固連，下端對稱安裝有兩個絲杠驅動電機(2),每個絲杠驅動電機(2)的電機輸出軸連接一伸長絲杠副(4)，兩個伸長絲杠副(4)均由四節絲杠通過螺紋副串聯連接而成，在兩個絲杠電機(2)的驅動下進行伸縮運動；第四節絲杠與緩沖彈簧(9)的上端相連接，緩沖彈簧(9)的下端與底座(7)相連接；柔性輸送管(8)置于保護管(5)內，柔性輸送管(8)的下端與底座(7)相連，漏斗構件(I)與保護管(5)固連，漏斗構件(I)和伸長機構安裝底座(3)均通過螺釘固定與外部探測器；漏斗構件(I)上端出口處通向探測器的回收艙，用于引導樣品的回收；四個仿生機械爪(6)周向均勻分布安裝在底座(7)上。
全文摘要
本發明公開了一種深空小行星樣品采集探測器的保護裝置。其主要包括漏斗構件、絲杠驅動電機、伸長機構安裝底座、伸長絲杠副、保護管、仿生機械爪、底座、柔性輸送管、緩沖彈簧、機械爪驅動電機。其特征是小行星探測器在即將著陸時，電機驅動絲杠副伸長帶動柔性輸送管展開至極限長度，作為塵粒樣品的輸送管道和探測器的保護；根據地形情況，四個仿生機械爪旋轉展開不同角度，聯合緩沖彈簧，共同適應著陸地形和平衡探測器。本發明解決了塵粒的引導回收和對探測器本體保護的兩大問題，是一種初始體積小、結構簡單可靠、質量輕、便于實現自動化的裝置。
文檔編號G01N1/04GK102890010SQ201210363818
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者張斌, 俞敏, 胡成楠, 楊華勇 申請人:浙江大學