[发明专利]基于回转冲击超声波钻进取芯机械臂断芯的小行星采样器

说明书

本发明提供了一种基于回转冲击超声波钻进取芯机械臂断芯的小行星采样器，包括探测器本体、机械臂、超声波钻和返回舱，机械臂和返回舱均布置在探测器本体上，超声波钻设置在机械臂末端，所述的机械臂带动超声波钻采样后送入返回舱，超声波钻包括转子、V型后盖板、压电陶瓷叠堆、变幅杆、传动轴、下壳体、取芯钻杆和上壳体，取芯钻杆包括一体设置的钻杆基轴和空心钻杆。本发明由单压电叠堆作为唯一动力来源，充分利用压电叠堆两侧的振动，将压电叠堆一侧的振动转变为取芯钻杆的回转运动，加快排屑提高钻进效率；另一侧的振动转变为取芯钻杆的冲击运动，快速破碎岩石，最终实现回转冲击超声波钻螺旋钻进取样。

技术领域

本发明属于航天采样技术领域，尤其是涉及一种基于回转冲击超声波钻进取芯机械臂断芯的小行星采样器。

背景技术

太阳系小行星较完整地保留了太阳系早期形成的遗迹，成为近年来深空探测的重点目标之一。随着对小行星探测价值认识的不断加深，国际上正在掀起一股小行星探测的热潮。采样分析是小行星探测重要手段之一。目前已结束的较成功的小行星采样分析任务属日本“隼鸟”号。其采用的“一触即走”采样方式也仅仅带回了约1500个颗粒而已，并且相对于大块岩石样品而言，颗粒的研究价值就小很多。因此提出一种能在小行星获取大块岩石样本的采样器对于小行星探测就有重大意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于回转冲击超声波钻进取芯机械臂断芯的小行星采样器，由单压电叠堆作为唯一动力来源，充分利用压电叠堆两侧的振动，将压电叠堆一侧的振动转变为取芯钻杆的回转运动，加快排屑提高钻进效率；另一侧的振动转变为取芯钻杆的冲击运动，快速破碎岩石，最终实现回转冲击超声波钻螺旋钻进取样。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于回转冲击超声波钻进取芯机械臂断芯的小行星采样器，包括探测器本体、机械臂、超声波钻和返回舱，所述的机械臂和返回舱均布置在探测器本体上，所述的超声波钻设置在机械臂末端，所述的机械臂带动超声波钻采样后送入返回舱；

所述的超声波钻包括转子、V型后盖板、压电陶瓷叠堆、变幅杆、传动轴、下壳体、取芯钻杆和上壳体，所述的转子、V型后盖板、压电陶瓷叠堆、变幅杆和传动轴设置在上壳体和下壳体围成的空间内，所述的变幅杆固定在下壳体上，所述的取芯钻杆包括一体设置的钻杆基轴和空心钻杆，在所述的空心钻杆的内壁设有夹持簧片，在空心钻杆的端部设有延伸沿，所述的钻杆基轴穿入下壳体中，所述的变幅杆为上宽下窄的空心杆体，宽段设置在上壳体内，并伸入V型后盖板的空腔，窄段设置在下壳体内与取芯钻杆的钻杆基轴连接，所述的变幅杆的宽段将压电陶瓷叠堆压紧在后盖板上，所述的V型后盖板的上端设置转子，所述的传动轴依次穿过转子和变幅杆后插入取芯钻杆的钻杆基轴中，在转子和上壳体上壁之间的传动轴上套设一压紧弹簧，在下壳体内部的钻杆基轴上套设有一恢复弹簧。

进一步的，所述机械臂为三自由度机械臂，包括从上到下顺次设置的第一关节臂、第二关节臂和第三关节臂，所述的第一关节臂和第二关节臂之间通过第二关节连接，所述的第二关节臂和第三关节臂之间通过第三关节连接，所述的第一关节臂通过第一关节与探测器本体连接，所述的第三关节臂与超声波钻连接。

进一步的，在上壳体的端部设有用于支撑传动轴的第一轴承，在所述的第一轴承的内圈配合有一铜套，所述的压紧弹簧的一端紧压铜套，另一端将转子压在V型后盖板上。

进一步的，在恢复弹簧与下壳体相抵处设有一第二轴承，所述的恢复弹簧一端紧压取芯钻杆的钻杆基轴使其端面与变幅杆贴合，另一端紧压第二轴承使其与下壳体贴合。

进一步的，所述上壳体与下壳体采用螺栓连接。

进一步的，所述机械臂设置在探测器本体的侧面，所述返回舱设置在探测器本体的底部。

进一步的，所述传动轴为空心轴。