[发明专利]一种空间复杂地层深钻取样机器人及其方法

说明书

本发明涉及一种空间复杂地层深钻取样机器人及其方法，其主要分为锚固与解锚模块和岩屑回收取样模块。各模块相互配合，使机器人顺利完成深钻取样任务。取样机器人的工作过程可分为四个阶段：准备阶段、锚固注浆阶段、钻进取样阶段和脱离阶段。所述锚固与解锚模块为前后两根锚杆通过内外螺纹紧密连接在一起，由自动续杆装置实现锚固长度的增加，锚杆尾部外螺纹与下降的内螺纹套管连接以实现机器人和地面的锁定，反之则分离。所述浅深层取样装置为可整体替换的密闭容器，阀门开口方向固定，控制岩屑只进不出，收集完毕后容器密封，取出后可进行后续分析。本发明提供的空间复杂地层深钻取样机器人，能够实现深部钻进，提高取样效率及质量。

技术领域

本发明属于空间复杂地层取样技术领域，尤其涉及一种空间复杂地层深钻取样机器人及其方法。

背景技术

近年来，太阳系深空探测活动方兴未艾，小行星探测研究尤为活跃。这一切，离不开行星地层土壤和岩石的采样与分析，利用合适的取样机构获取小行星原位样品并加以分析，对于太空研究至关重要。从现行探测情况和实践结果看，由于小行星地质条件的复杂，钻进取样过程中碰到了难题：(1)卡钻、埋钻现象，严重阻碍了钻进过程的推进和深入。(2)钻进过程产生剧烈波动，影响了钻进操作的稳定性和样品的收集。(3)岩层复杂、硬岩破碎较为困难，出现“钻不动”的“钻阻”现象。(4)排屑不畅、钻具升温过快，导致钻具“失灵”的问题。如何破解困扰与障碍，改进和完善复杂地层深钻取样机构已经成为顺利开展深空探测亟待解决的一项关键技术。由于空间探测任务的特殊性，研制作业稳定、能耗较低、功能全面的新型自动取样机构势在必行又迫在眉睫。

发明内容

为了解决复杂地层深钻取样中可能出现的技术问题，本发明提供了一种空间复杂地层深钻取样机器人及其方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种空间复杂地层深钻取样机器人，其主要包括：锚固与解锚模块和岩屑回收取样模块，各模块相互配合，使机器人顺利完成深钻取样任务；其特征在于：所述锚固与解锚模块实现机器人与地面的紧密连接，使整个结构达到稳定，为中心钻杆深钻取样提供条件，任务完成后可实现机器人与地面的分离；所述岩屑回收取样模块分为浅层取样和深层取样，位于两侧的岩屑通过锚杆外围的导液螺纹上升至两侧取样盒，经蜗杆传动后被充分收集；位于中心处的岩屑在高速液氮射流冲击下上升至中心取样盒被回收，所有取样盒均为可整体替换的密闭容器，可取出进行后续分析；

优选地，所述锚固与解锚模块的锚杆的首端外部具有锥形螺纹，尾端的内外两侧均具备螺纹，前一根锚杆尾端的内螺纹与后一根锚杆首端的外螺纹嵌套连接，从而前后两根锚杆的连接更加紧密，锚固长度得以增加。取样机器人和地面进行锁定时，驱动装置正转，控制具有内螺纹的套管竖直下降，与离地面最近的锚杆尾端的外螺纹连接，通过内外嵌套，机器人与地面形成一个紧密的整体。当一处取样完毕时，驱动装置反转，控制具有内螺纹的套管竖直上升，锚杆留在地下，从而实现机器人与地面的分离。锚杆与地面通过凝固后的浆液固连；锚杆未注浆时，限位装置的条状传感器处于收缩状态，位于装置内部，并未触及地面；开始注浆时，在驱动装置的控制下，传感器竖直下降，当注浆液面到达传感器长度的至少二分之一处时，系统控制停止注浆；如此可避免未注浆时，传感器与地面接触过多而损坏，也可提高注浆效率，防止浪费浆液。