[发明专利]回转电机与超声波钻同轴式小行星采样器

说明书

本发明提供了一种回转电机与超声波钻同轴式小行星采样器，包括探测器本体、伸缩机构、采样钻、气吹机构和返回舱，所述的伸缩机构、气吹机构和返回舱均安装在探测器本体上，所述的采样钻设置在伸缩机构的末端，所述的气吹机构连通采样钻和返回舱，所述的伸缩机构驱动采样钻上下移动。本发明所述的一种回转电机与超声波钻同轴式小行星采样器，采用具有低钻压高效能的超声波钻进，基于螺旋钻进取样实现小行星表面采样，本发明将回转电机与超声波钻同轴布置，结构简单。

技术领域

本发明属于空间资源探测技术领域，尤其是涉及一种回转电机与超声波钻同轴式小行星采样器。

背景技术

小行星的地质演变小，保留着很多早期信息，对研究太阳系的起源和太空资源的开发具有深远的意义。对于小行星探测最常用的方法就是采集星壤进行分析，探测器取样时必须附着在小行星表面或与之相对固定。但是小行星的表面重力很小，探测器与小行星表面若刚性连接，取样时产生的冲击力会对探测器产生不良影响，若是柔性连接，又对取样设备提出了考验。取样机构须适应其微重力条件工作，取样过程要防止污染，以及要求重量轻、功耗少等。除此以外，小行星组成成分的未知性使得钻孔难度提高。因此，传统的钻孔取样、挖掘取样等方法难以在取样机器人中应用，需要开发具有自主性强的采样器。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种回转电机与超声波钻同轴式小行星采样器，采用具有低钻压高效能的超声波钻进，基于螺旋钻进取样实现小行星表面采样；将回转电机与超声波钻同轴布置，结构简单。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种回转电机与超声波钻同轴式小行星采样器，包括探测器本体、伸缩机构、采样钻、气吹机构和返回舱，所述的伸缩机构、气吹机构和返回舱均安装在探测器本体上，所述的采样钻设置在伸缩机构的末端，所述的气吹机构连通采样钻和返回舱，所述的伸缩机构驱动采样钻上下移动。

进一步的，所述采样钻包括电机、联轴器、压电换能器、超声波钻壳体、螺旋钻杆、钻杆套、传动轴、电机支撑架和恢复弹簧，所述电机支撑架固定在超声波钻壳体的上端，所述钻杆套固定在超声波钻壳体的下端，所述压电换能器包括后盖板、压电陶瓷叠堆和变幅杆，所述变幅杆固定在超声波钻壳体上，所述的变幅杆为上宽下窄的空心杆体，宽段设置在超声波钻壳体内，并伸入后盖板的空腔，窄段设置在超声波钻壳体内与螺旋钻杆的一端连接，所述的变幅杆的宽段将压电陶瓷叠堆压紧在后盖板上，所述螺旋钻杆的另一端穿过钻杆套设置，所述电机安装在电机支撑架上，所述联轴器两侧分别与电机的输出轴和传动轴连接，所述的传动轴穿过变幅杆后与螺旋钻杆连接，所述电机通过联轴器将动力输送到传动轴，所述传动轴驱动螺旋钻杆做回转运动，在超声波钻壳体内部的螺旋钻杆上套设有一恢复弹簧，所述钻杆套上开设有进气口和样品出口。

进一步的，所述伸缩机构包括第一级杆、第二级杆、第三极杆、进尺电机、进尺电机支架和丝杠，所述第三级杆滑动设置在第二级杆内，所述第二级杆滑动设置在第一级杆内，所述第一级杆顶端安装在探测器本体上，所述第三级杆末端与电机支撑架连接，所述进尺电机安装在进尺电机支架上，所述进尺电机支架安装在第三级杆内部，进尺电机的输出轴与丝杠连接，所述丝杠上配合有一丝母，所述丝母固定在第一级杆的顶端，所述进尺电机驱动丝杠转动，在丝母约束下实现各级杆的进给运动。

进一步的，所述气吹机构包括气罐、进气管和样品管，所述气罐固定在探测器本体上，所述的气罐通过进气管与进气口连通，所述的样品管连通样品出口和返回舱。

进一步的，在恢复弹簧与超声波钻壳体相抵处设有轴承，所述的恢复弹簧一端紧压螺旋钻杆使其端面与变幅杆贴合，另一端紧压轴承使其与超声波钻壳体贴合。

进一步的，所述联轴器设置在电机支撑架内。

进一步的，所述电机支撑架与所述超声波钻壳体之间通过螺栓连接。

相对于现有技术，本发明所述的回转电机与超声波钻同轴式小行星采样器具有以下优势：