[发明专利]一种星球表面机械臂采样装置

说明书

技术领域

本发明属于空间采样机器人工程领域，具体地说是一种星球表面机械臂采样装置。

背景技术

人类对于宇宙的探索从未间断。目前，世界主要发达国家都在大量的进行航天科技的研发，包括美国的正在进行的火星探测项目、欧洲主要国家联合进行的空间站项目，还有日本、印度等国的探月项目等等。在行星表面探测作业时，机械臂作为操作科学仪器的一种有效载荷，被国内外众多机构研究、并广泛应用于星球探测作业中，完成操纵有效载荷，如光谱仪、显微成像仪、铲子等。

而我国的探月计划正在陆续展开。宇宙中月球表面环境极其复杂，其中月球表面存在恶劣的温度和空间辐射等条件，影响月球探测和采样设备的使用，其主要负面影响为：光学系统灵敏度降低、视觉模糊、读数错误、密封失效、机构堵塞、材料磨损、热控系统故障等。

目前国内外研制的机械臂都是安装在星球登陆车上的通用机械臂，通常在机械臂末端安装大量的科学探测、采集仪器，使得机械臂的体积和质量相对较大，对于重量结构要求比较苛刻的航天项目来说是比较沉重的负担。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种星球表面机械臂采样装置。该机械臂采样装置结构重量轻、操作灵活，安装在星球表面登陆舱上，能够在星球表面空间环境下进行星球表面土壤、岩石等样品的采集及保存等工作。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括样品保存箱、采样机械臂系统及样品保存系统，其中采样机械臂系统的一端通过关节连接在所述样品保存箱上，另一端通过开合式铲取机构连接有开合式的铲斗；所述样品保存系统安装在样品保存箱的内部，在所述样品保存箱上设有开口，所述铲斗采集的样品通过该开口放在样品保存系统的样品接收区进行保存。

其中：所述采样机械臂系统包括多个节臂，相邻节臂之间通过关节连接，各节臂长度相等；所述采样机械臂系统具有收拢状态及展开状态，处于收拢状态的采样机械臂的各节臂相互折叠，且各节臂的轴线平行于所述样品保存箱的前表面；所述采样机械臂系统包括第一节臂、第二节臂及第三节臂，具有五自由度，其中第一节臂的一端通过第一关节与所述样品保存箱相连，另一端通过第二关节与第二节臂的一端连接，所述第二节臂的另一端通过第三关节与第三节臂的一端连接，所述第三节臂的另一端通过开合式铲取机构连接铲斗；所述第一关节具有旋转与俯仰两个自由度，第二关节及第三关节具有旋转自由度，所述铲斗为开合式，具有开合或关闭的自由度；所述第一、二、三关节均包括关节电机及谐波减速器，关节电机及谐波减速器的输出轴与各关节对应的节臂相连；所述采样机械臂系统在发射、在轨、降落阶段为收拢状态，在采样过程中为展开状态；所述样品保存系统包括样品盛放托盘、样品旋转盘、旋转电机及电机安装座，其中旋转电机通过电机安装座固定在所述样品保存箱内，旋转电机的输出端通过谐波减速器与所述样品旋转盘连接、驱动该样品旋转盘旋转，在所述样品旋转盘上沿周向均布有多个样品盛放托盘，各样品盛放托盘随样品旋转盘旋转、分别经过样品保存箱上开口对应的样品接收区；所述样品盛放托盘至少为四个；所述样品盛放托盘包括金属环框及玻璃底托，其中金属环框固定在所述样品旋转盘上，所述玻璃底托位于金属环框的下缘；所述开合式铲取机构包括开合电机、谐波减速器、螺纹轴及螺母，其中开合电机的输出端通过谐波减速器与螺纹轴相连，所述螺母螺纹连接在螺纹轴上；所述铲斗为两个，螺母与螺纹轴的螺纹副转换成螺母沿螺纹轴轴向的移动副，控制两个铲斗的开合或关闭。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明结构重量轻，操作灵活，不受月球表面环境的影响，在应用过程中可以抵抗空间电磁环境和星球表面极端高低温条件，使本发明能够适应更广泛的工程应用环境，并在更大的范围内使用，适应性强。

2.本发明可方便地采集以机械臂安装座为原点以采样机械臂系统全长为圆心的球体内任意位置物品，对恶劣条件下的样品采集工作具有极大地优势。

3.本发明能够在具有强烈电磁辐射、+50℃至-50℃空间交变温度条件下使用。

附图说明

图1为本发明收拢时的外形结构示意图；

图2为本发明收拢时的结构俯视图；

图3为本发明收拢时的结构主视图；

图4为本发明展开铲取时的外形结构示意图；

图5为本发明展开存放样品时的结构示意图；

图6为本发明展开存放样品时的结构剖视图；