一种火星采样装置及火星飞行器

1.本发明涉及一种火星采样装置及火星飞行器，属于空间资源探测技术领域。


背景技术：

2.火星作为与地球最为相近的行星，一直以来备受人们的关注。为探测生命的起源和行星的发展历史，利用采样装置对火星表面成分进行研究是人类探索火星的重要环节，火星采样返回已成为各国探测火星的主要任务。目前现有的火星探测方式多为使用着陆器和漫游车两种方法可以采集星表样本，均只能在地面上移动，样品的采集范围和速度均受到地形条件限制，环境适应性差，难以实现高精度、可重复的高效采样。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种火星采样装置及火星飞行器，在火星任务中，
4.相对火星地面可以飞行，不受火星表面地质地貌的影响，保证对样品采集的稳定性和可靠性。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
6.一种火星采样装置，包括外筒和内筒，所述内筒同轴滑动设置于所述外筒内，所述外筒和所述内筒上设有内外筒伸缩驱动机构，所述内筒的下端固定连接有连接盘，所述连接盘上转动连接有采样爪使采样爪上下翻转，所述内筒外壁上设有与所述采样爪相适形的凹槽，所述连接盘与所述采样爪之间设有扭簧，所述扭簧用于将所述采样爪收缩到所述内筒外壁的凹槽内或将所述采样爪从所述内筒外壁的凹槽内释放下来，所述内筒内设有采样爪收放机构。
7.优选的，所述采样爪收放机构包括滚珠丝杠，所述滚珠丝杠包括丝杠和提拉滑套，所述丝杠上设有螺纹，所述提拉滑套与所述丝杠滑动配合，所述丝杠的下端设有安装支座，所述安装支座与所述内筒固定连接，所述丝杠的上端连接有丝杠驱动电机，所述丝杠驱动电机通过电机支座固定连接在所述内筒内壁上，所述提拉滑套通过第二驱动绳与所述采样爪连接，所述内筒上设有可供所述第二驱动绳穿过的通孔。
8.优选的，沿所述提拉滑套周向对称设有导向轮，所述内筒内壁上设有与所述导向轮相配合的导向槽。
9.优选的，所述采样爪包括爪体，所述爪体呈折弯杆状，所述爪体的上端与所述连接盘连接，所述爪体的下端设有爪头。
10.优选的，所述爪头呈半球状，所述爪头的最大外径大于所述爪体的外径。
11.优选的，所述采样爪的数量为若干个，若干个所述采样爪沿所述连接盘周向均匀分布。
12.优选的，所述内外筒伸缩驱动机构包括滑槽和滑块，所述滑槽设于所述外筒轴向上，所述滑块设于所述内筒外壁的上端伸出至所述滑槽内，所述滑块与所述滑槽相互配合，所述滑块连接有内筒驱动装置。
13.优选的，所述内筒驱动装置包括驱动轮，所述驱动轮设于所述外筒的上端，所述驱动轮的端侧连接有伸缩驱动电机，所述驱动轮通过第一驱动绳与绳轮绕设，所述绳轮设于所述外筒的下端。
14.一种火星飞行器，包括火星飞行器本体和火星采样装置，所述火星采样装置的外筒顶部与所述火星飞行器本体的底部固定连接。
15.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
16.本发明通过扭簧的设置，在采样时可以使采样爪向下张开进行采样，采样完毕后可使采样爪紧紧抓住样品。通过可伸缩内筒的设置，可以调节与被拾取样品间的距离。通过内筒外壁上设有与采样爪相适形的凹槽，可以避免在发射过程中因震动过载等问题使采样爪发生结构破坏。通过采样爪的爪头的最大外径大于爪体的外径，使得采样爪在抓取物品时不易脱落。可以采集更远处的具有科学价值的样品，保证火星飞行器在采样任务中的对样品采集的稳定性和可靠性。结构简单、质量轻。
附图说明
17.图1为本发明火星飞行器的一种实施方式的结构示意图。
18.图2为本发明火星采样装置的一种实施方式的结构示意图。
19.图3为图2实施方式的内部结构示意图。
20.图中：1、火星飞行器；2、火星采样装置；2-1、外筒；2-2、内筒；2-3、伸缩驱动电机；2-4、驱动轮；2-5、绳轮；2-6、驱动绳；2-7、丝杠驱动电机；2-8、电机支座；2-9、导向轮；2-10、滚珠丝杠；2-11、提拉滑套；2-12、安装支座；2-13、扭簧；2-14、连接盘；2-15、采样爪。
具体实施方式
21.下面，结合附图对本发明做出进一步的描述：
22.在本发明的描述中，需要说明的是，所有方向性指示(例如上、下等)为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.如图1-3所示，本发明公开了一种火星采样装置，包括外筒2-1和内筒2-2，所述内筒2-2同轴滑动设置于所述外筒2-1内，所述外筒2-1和所述内筒2-2上设有内外筒伸缩驱动机构，所述内外筒伸缩驱动机构包括滑槽和滑块，所述滑槽设于所述外筒2-1轴向上，所述滑块设于所述内筒2-2外壁的上端伸出至所述滑槽内，所述滑块与所述滑槽相互配合，防止所述内筒2-2在所述外筒2-1内打转，所述滑块连接有内筒驱动装置。所述内筒驱动装置包括驱动轮2-4，所述驱动轮2-4设于所述外筒2-1的上端，所述驱动轮2-4的端侧连接有伸缩驱动电机2-3，所述驱动轮2-4通过第一驱动绳2-6与绳轮2-5绕设，所述绳轮2-5设于所述外筒2-1的下端，用于控制所述内筒2-2在所述外筒2-1内的伸缩，便于方便调整与被拾取样品间的距离。
24.所述内筒2-2的下端固定连接有连接盘2-14，所述连接盘2-14上转动连接有采样爪2-15使采样爪上下翻转，所述内筒2-2外壁上设有与所述采样爪2-15相适形的凹槽，优选的，所述采样爪2-15包括爪体，所述爪体呈折弯杆状，所述爪体的中部设有折弯拐点，所述折弯拐点将所述爪体分为上半部及下半部，所述折弯拐点使得所述爪体的上半部及下半部之间向内具有一定夹角，夹角角度优选为120
°‑
160
°
。所述爪体的上端与所述连接盘2-14连接，所述爪体的下端设有爪头，所述爪头呈半球状，所述爪头的最大外径大于所述爪体的外径。所述采样爪2-15的数量可以为1个也可以为若干个，若干个所述采样爪2-15沿所述连接盘2-14周向均匀分布，所述采样爪2-15最好为3个，便于更加稳定地采集样品，提高拾取效率。所述连接盘2-14与所述采样爪2-15之间设有扭簧2-13，所述扭簧2-13用于将所述采样爪2-15收缩到所述内筒2-2外壁的凹槽内或将所述采样爪2-15从所述内筒2-2外壁凹槽内释放下来，可以避免在发射过程中因震动过载等问题使采样爪发生结构破坏以及在需要采样时将所述采样爪2-15释放。
25.所述内筒2-2内设有采样爪收放机构，所述采样爪收放机构包括滚珠丝杠2-10，所述滚珠丝杠2-10包括丝杠和提拉滑套2-11，所述丝杠上设有螺纹，所述提拉滑套2-11与所述丝杠滑动配合，所述丝杠的下端设有安装支座2-12，所述安装支座2-12与所述内筒2-2固定连接，所述丝杠的上端连接有丝杠驱动电机2-7，所述丝杠驱动电机2-7通过电机支座2-8固定连接在所述内筒2-2内壁上，所述提拉滑套2-11通过第二驱动绳与所述采样爪2-15连接，所述内筒2-2上设有可供所述第二驱动绳穿过的通孔。所述丝杠驱动电机2-7驱动所述丝杠运动，带动所述提拉滑套2-11上下运动，所述第二驱动绳自所述提拉滑套2-11起由所述内筒2-2内穿出至所述内筒2-2外至所述采样爪2-15，所述提拉滑套2-11通过第二驱动绳带动所述采样爪2-15夹取或释放。优选的沿所述提拉滑套2-11周向对称设有导向轮2-9，所述内筒2-2内壁上设有与所述导向轮2-9相配合的导向槽，以防止所述丝杠产生自转现象使得所述提拉滑套2-11不能正常上下运动的情况。
26.如图1所示，本发明还公开了一种火星飞行器，包括飞行器本体和火星采样装置，所述火星采样装置的外筒2-1顶部与所述火星飞行器本体的底部固定连接。满足在火星采样任务中，相对火星地面可以飞行，不受火星表面地质地貌的影响，保证对样品采集的稳定性和可靠性。
27.工作原理：
28.发射状态下，内筒收缩在外筒内部，提拉滑套2-11通过第二驱动绳与采样爪相连，采样爪2-15与连接盘相连处装有扭簧2-13，采样爪收缩在内筒外壁的凹槽内，以避免在发射过程中因震动过载等问题使采样爪发生结构破坏。飞行器进行采样时，伸缩驱动电机驱动驱动轮顺时针旋转使内筒相对外筒向下伸展，同时丝杠驱动电机驱动丝杠进行旋转，进而使提拉滑套向下运动，当收缩在内筒外壁凹槽内采样爪全部露出后，采样爪从外向内翻转，扭簧使采样爪向下张开进行采样。采样完毕后，提拉滑套继续向下运动，扭簧使采样爪紧紧抓住样品，伸缩驱动电机转动驱动驱动轮逆时针旋转，使得内筒上升，飞行器起飞运送样品。到达样品收集目的地后，提拉滑套向上运动，使得采样爪释放样品。
29.综上所述，本发明提供的一种火星采样装置最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限定本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修
改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种火星采样装置，其特征在于包括外筒(2-1)和内筒(2-2)，所述内筒(2-2)同轴滑动设置于所述外筒(2-1)内，所述外筒(2-1)和所述内筒(2-2)上设有内外筒伸缩驱动机构，所述内筒(2-2)的下端固定连接有连接盘(2-14)，所述连接盘(2-14)上转动连接有采样爪(2-15)使采样爪上下翻转，所述内筒(2-2)外壁上设有与所述采样爪(2-15)相适形的凹槽，所述连接盘(2-14)与所述采样爪(2-15)之间设有扭簧(2-13)，所述扭簧(2-13)用于将所述采样爪(2-15)收缩到所述内筒(2-2)外壁的凹槽内或将所述采样爪(2-15)从所述内筒(2-2)外壁的凹槽内释放下来，所述内筒(2-2)内设有采样爪收放机构。2.根据权利要求1所述的火星采样装置，其特征在于所述采样爪收放机构包括滚珠丝杠(2-10)，所述滚珠丝杠(2-10)包括丝杠和提拉滑套(2-11)，所述丝杠上设有螺纹，所述提拉滑套(2-11)与所述丝杠滑动配合，所述丝杠的下端设有安装支座(2-12)，所述安装支座(2-12)与所述内筒(2-2)固定连接，所述丝杠的上端连接有丝杠驱动电机(2-7)，所述丝杠驱动电机(2-7)通过电机支座(2-8)固定连接在所述内筒(2-2)内壁上，所述提拉滑套(2-11)通过第二驱动绳与所述采样爪(2-15)连接，所述内筒(2-2)上设有可供所述第二驱动绳穿过的通孔。3.根据权利要求2所述的火星采样装置，其特征在于沿所述提拉滑套(2-11)周向对称设有导向轮(2-9)，所述内筒(2-2)内壁上设有与所述导向轮(2-9)相配合的导向槽。4.根据权利要求1所述的火星采样装置，其特征在于所述采样爪(2-15)包括爪体，所述爪体呈折弯杆状，所述爪体的上端与所述连接盘(2-14)连接，所述爪体的下端设有爪头。5.根据权利要求4所述的火星采样装置，其特征在于所述爪头呈半球状，所述爪头的最大外径大于所述爪体的外径。6.根据权利要求5所述的火星采样装置，其特征在于所述采样爪(2-15)的数量为若干个，若干个所述采样爪(2-15)沿所述连接盘(2-14)周向均匀分布。7.根据权利要求1所述的火星采样装置，其特征在于所述内外筒伸缩驱动机构包括滑槽和滑块，所述滑槽设于所述外筒(2-1)轴向上，所述滑块设于所述内筒(2-2)外壁的上端伸出至所述滑槽内，所述滑块与所述滑槽相互配合，所述滑块连接有内筒驱动装置。8.根据权利要求7所述的火星采样装置，其特征在于所述内筒驱动装置包括驱动轮(2-4)，所述驱动轮(2-4)设于所述外筒(2-1)的上端，所述驱动轮(2-4)的端侧连接有伸缩驱动电机(2-3)，所述驱动轮(2-4)通过第一驱动绳(2-6)与绳轮(2-5)绕设，所述绳轮(2-5)设于所述外筒(2-1)的下端。9.一种火星飞行器，其特征在于包括飞行器本体和权利要求1-8中任一项所述的火星采样装置，所述火星采样装置的外筒(2-1)顶部与所述火星飞行器本体的底部固定连接。

技术总结
本发明提供一种火星采样装置，包括外筒和内筒，所述内筒同轴滑动设置于所述外筒内，所述外筒和所述内筒上设有内外筒伸缩驱动机构，所述内筒的下端固定连接有连接盘，所述连接盘上转动连接有采样爪使采样爪上下翻转，所述内筒外壁上设有与所述采样爪相适形的凹槽，所述连接盘与所述采样爪之间设有扭簧，所述扭簧用于将所述采样爪收缩到所述内筒外壁的凹槽内或将所述采样爪从所述内筒外壁的凹槽内释放下来，所述内筒内设有采样爪收放机构。本发明在火星任务中，相对火星地面可以飞行，不受火星表面地质地貌的影响，保证对样品采集的稳定性和可靠性。本发明还具有结构简单、质量轻等特点。特点。特点。


技术研发人员：全齐全 唐博 唐德威 吴元旭 邓宗全
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/6/27