[发明专利]一种用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构，属于深空探测技术领域和航天器机构技术领域。

背景技术

美国先后在Surveyor(勘测者)月球探测任务、Viking(海盗)和Phoenix(凤凰)火星探测任务中使用浅层土壤取样装置对星体土壤进行取样作业。这三种取样装置虽然都获得了成功，但是它们的与土壤直接作用的部分-末端执行机构都具有一些不足之处，例如：Surveyor末端执行机构的取样作业方式单一，对地质环境的适应性较差；Viking末端执行机构的结构较复杂，取样作业方式单一，对地质环境的适应性较差；Phoenix末端执行机构为了提高对地质环境的适应性，增加了微型破岩钻机，导致结构比较复杂。以上任务中末端执行机构存在的不足之处都会对星体浅层土壤取样任务的可靠性造成不良影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构，该末端执行机构以铲挖作业方式为主，棘轮旋挖作业方式为辅，能够有效地获取土壤样品，具备样品的临时存储和初级封装功能，并能将样品转送至上升器上的样品密封封装装置中。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构，包括铲子、棘轮、样品盒和连接分离机构，其中铲子是末端执行机构的主体，用于对土壤进行铲挖，棘轮固定在铲子前端，用于对土壤进行旋挖，样品盒通过连接分离机构固定在铲子后端，样品盒为筒形结构，入口处设置有单向机构和封口机构，单向机构用于防止样品盒内的土壤流出，封口机构用于样品盒分离时防止盒内的土壤样品飞溅出来；单向机构包括第一门扇、门轴及第二门扇，门轴沿直径方向穿过样品盒的筒壁并固定在筒壁上，第一门扇和第二门扇在夹角为180°时组成一个完整的椭圆面，门轴穿过椭圆面的短轴所在的中心线，第一门扇和第二门扇可以绕门轴转动，椭圆面的短轴等于筒形样品盒内壁的直径，椭圆面的长轴大于筒形样品盒内壁的直径，使得第一门扇和第二门扇在筒形样品盒内绕门轴转动时夹角始终小于180°，当土壤从样品盒的腔体内流出时，第一门扇和第二门扇的边缘紧贴样品盒的腔体内壁，防止土壤外流；连接分离机构包括套筒、滑片、钢球、弹簧和弹簧销，其中滑片和钢球设置在套筒内侧的凹槽内，滑片与样品盒腔体外壁紧贴，钢球嵌入滑片的通孔和样品盒腔体外壁上的凹槽共同形成的封闭空腔内，使得样品盒腔体不能从套筒中移出，套筒与样品盒腔体外壁之间设置处于压缩状态的弹簧和弹簧销，防止末端执行机构翻转时样品盒位移过大导致连接失效，当样品盒分离时，钢球在滑片上升到铲子后端的极限位置时与套筒的通孔对正，样品盒继续上升将钢球挤出通孔，实现样品盒的分离。

在上述用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构中，单向机构中还包括限位螺钉，限位螺钉沿直径方向穿过样品盒的筒壁并固定在筒壁上，并位于门轴后端靠近样品盒尾部一侧，轴线与门轴平行，限位螺钉用于防止第一门扇和第二门扇由于夹角过小而在土壤外流时不能与样品盒腔体内壁贴合，使得土壤流出。

在上述用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构中，封口机构由柔性纺织材料圈和记忆合金圈组成，其中柔性纺织材料圈为圆筒状，一端固定在样品盒腔体外壁，另一端和记忆合金圈连接。

在上述用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构中，钢球嵌入的封闭空腔由滑片上形成的通孔和样品盒腔体外壁上形成的球窝组成，所述通孔的表面包括柱形部分与球形部分，柱形部分为直径与钢球直径相同的圆柱面，球形部分为直径与钢球相同的部分球面，球窝表面与球形部分共同组成一个容纳钢球的半球面，柱形部分容纳钢球的其它部分。

在上述用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构中，样品盒腔体由直径不同的两段筒体组成，其中直径较小的筒体与连接分离机构连接，并提供样品盒上单向机构与封口机构的安装接口，直径较大的筒体存放土壤样品。

在上述用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构中，直径较大的筒体上开有狭长视窗，用于观测筒内的土壤样品量。

在上述用于地外星体浅层土壤取样的末端执行机构中，样品盒外侧底部设置有机械接口，用于样品盒进入上升器上的样品密封封装装置后，与样品密封封装装置内侧底部的机械接口共同将样品盒机械锁定。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：