[发明专利]一种多功能火星钻机

说明书

本发明公开了一种多功能火星钻机，包括进给机构、旋转机构、冲击机构、取芯切断机构和夹刀机构，所述进给机构驱动旋转机构、冲击机构、取芯切断机构、密封机构和夹刀机构沿火星土壤的深度方向滑动；所述旋转机构对火星土壤进行旋转钻孔，所述冲击机构对火星土壤进行冲击而破开火星土壤中的岩石；所述取芯切断机构将旋转机构钻取的火星土壤从钻孔内切断，所述夹刀机构将旋转机构的刀具锁紧或松开而实现刀具的更换。本发明可同时实现钻进取芯、样芯切断、旋转冲击、换刀装夹和样品密封的功能，使火星钻机能够实现多功能高效采样。

技术领域

本发明属于空间资源探测技术领域，尤其是指一种多功能火星钻机。

背景技术

随着科学技术和各国经济的飞速发展，自太空时代开始，人类开始计划对地球空间以外的深空进行探测。深空探测不仅可以满足人类对于未知宇宙的强烈好奇心，探索宇宙未知奥秘，而且是获取太阳系演变历史以及外太空生命存在证据的必要手段。深空探测可以为人类拓展更为广大的活动及生存空间，给人类长久延续带来可能的福音。几十年以来，世界各航天大国(如美国、前苏联、欧空局、日本等)陆续对月球、小行星、火星以及彗星等进行了不同程度的探测，并取得一定的研究成果。目前，深空探测已成为各航天大国的国家战略计划，且是一个国家科技实力的有力象征。

中国火星二期探测计划将可能对火星进行采样。对火星土壤进行采样探测不仅是获取火星演变历史、地质情况的有力手段，而且是获取火星生命体存在证据及火星壤详细特性的最直接有效方式。已有火星壤采样探测结果表明，火星上存在有大量的水冰、远古海洋以及生命体所需一系列元素。目前对火星壤进行采样探测的主要方式有：铲挖、钻探式、研磨式、鼹鼠式、穿透式及爪簧式，在获取火星壤样品后对其进行原位分析。其中钻探式采样方法用途广泛，其既能完成松散表层样品的采集，也可以进行深层火星壤采样。由于太空辐射等不利因素的存在，火星壤表层土壤中可能存在的微生物将被杀死或消散。因此，为了获取火星生命体存在的证据及火星壤深度方向上的土壤特性，为后期火星探测及开发计划奠定更好的基础，进行钻探式采样的火星探测装置的研究意义重大。

在钻取的过程中，往往会遇到硬质岩心，这会对钻取工作造成阻碍而无法运动高效、可靠的保证钻取进度。同时，单次采样结束之后管的更换与存储问题也值得探究。随着机器人技术的发展，使用械臂获取火星土壤样本成为了探索火星的重要手段。而其中，机械臂末端执行器结构复杂度，耐久度差，且质量体积大，这样会增加设备的故障率和降低运载火箭的运载能力，不利用火箭对其它设备进行运载。因此，设计一个兼备旋转与冲击的取芯结构对于钻进过程来说必不可少。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种多功能火星钻机，可同时实现钻进取芯、样芯切断、旋转冲击、换刀装夹和样品密封的功能，使火星钻机能够实现多功能高效采样。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种多功能火星钻机，包括进给机构、旋转机构、冲击机构、取芯切断机构和夹刀机构，所述进给机构驱动旋转机构、冲击机构、取芯切断机构、密封机构和夹刀机构沿火星土壤的深度方向滑动；所述旋转机构对火星土壤进行旋转钻孔，所述冲击机构对火星土壤进行冲击而破开火星土壤中的岩石；所述取芯切断机构将旋转机构钻取的火星土壤从钻孔内切断，所述夹刀机构将旋转机构的刀具锁紧或松开而实现刀具的更换。

作为一种优选的方案，所述进给机构包括机架，设于机架上的进给电机，可旋转安装于机架上的丝杆，与丝杆螺纹传感连接的螺母，固定安装于机架上的导轨，以及可滑动安装于导轨上的滑块，所述螺母固定安装于滑块上，且进给电机的转轴与丝杆连接；在电机驱动丝杆旋转时，丝杆带动螺母和滑块沿着导轨的长度方向滑动。

作为一种优选的方案，所述旋转机构包括旋转电机，与旋转电机的转轴连接的第一主动轮，与第一主动轮啮合的第一从动轮，用于对火星土壤进行旋转钻孔的刀具，以及套设于刀具上的直线轴承，所述第一从动轮安装于刀具上。