一种月球极区可移动采水平台折展机构

1.本发明涉及月球极区水冰开采的技术领域，尤其涉及一种月球极区可移动采水平台折展机构。

背景技术：

2.文献gruber p,s,imhof b,et al.deployable structures for a human lunar base[j].acta astronautica,2007,61(1-6):484-495.中公开了驻人月球基地可折展舱段的设计方案。驻人月球基地分系统较多，整体结构较大，所以必须采用可折叠的结构形式以便运载器进行地月运输，该文献依托于刚性/面板、柔性/薄膜结构的几何布局分析，给出了甲壳虫式、仙人掌式、贝壳式的折展模型，并针对结构强度、刚度、质量、可利用空间、抗空间辐射性能、制造工艺性、成本造价等技术指标，比较了各个折展机构的优缺点，列写了权衡矩阵，综合得出了两种较优的折展机构模型。此外，还对折展过程中可能出现的机械传动失效问题进行了分析，据此对结构的细节部分如材料铺设方式、铰链外形等进行了优化。但是，该文献只针对月球基地结构外形和舱段进行折展机构设计，在载人登月特定的任务分系统中，比如开采水冰的可移动平台上，又有许多基于温度条件、机械结构的力学环境、机构折展的空间尺度等的具体考虑，此时折展机构的设计准则会根据特定的任务要求做出改变和调整，不能直接使用基地舱段的折展模式。
[0003]
文献zeng w,gao f,jiang h,et al.design and analysis of a compliant variable-diameter mechanism used in variable-diameter wheels for lunar rover[j].mechanism and machine theory,2018,125:240-258.中给出了一种通过柔顺辐条的扩展来改变月球车车轮直径的方法。月球车行驶在土壤松软的月面上，容易倾覆或陷落，所以需要设计一种可扩展机构来根据不同地形改变月球车车轮直径，提高行驶时的牵引力。另外，设计车轮直径可扩展机构，也可以保证运载时车轮处于最小尺寸，月面工作时再展开为最大尺寸，节省了运载空间。该文献提出了可扩展柔顺机构的设计方案，即利用轮毂和轮脚之间柔性辐条的变形提供扩展空间，利用弹簧的扭矩和轮毂的旋转提供驱动力和扩展范围。并建立了伪刚体模型和有限元分析模型，通过几何尺寸设计和数据计算，证明了柔顺扩展机构应用于月球车车轮扩展的可行性。使用柔顺机构，相对于刚性折展机构，无铰接、不涉及材料磨损、无机械反弹，并且大大减少了机构总质量，提升了运动过程的可靠性。但是，柔性材料需要考虑使用环境，月球环境高真空、大温差，尤其是月夜，温度在零下两百度附近，需要对柔性材料的使用性能进行检验。又比如在永久阴影区开采水冰，温度条件更为恶劣，对柔顺机构的执行能力提出了巨大考验，有时需要对折展机构的原理及材料选取进行重新考量。

技术实现要素：

[0004]
针对上述产生的问题，本发明的目的在于提供一种月球极区可移动采水平台折展机构。
[0005]
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0006]
一种月球极区可移动采水平台折展机构，其中，包括：
[0007]
机械臂1、冷凝罩折展机构和冷凝罩2，所述冷凝罩折展机构安装在所述机械臂1上，所述冷凝罩2安装在所述冷凝罩折展机构上，通过所述冷凝罩折展机构对所述冷凝罩2进行展开和收束；
[0008]
圆盘3、竖杆7和底部圆盘4，机械臂1的端部和所述圆盘3连接，竖杆7的一端和所述圆盘3连接，竖杆7的另一端和所述底部圆盘4连接；
[0009]
加热器阵列折展机构、回转机构12和钻头13，所述加热器阵列折展机构安装在所述竖杆7上，环绕所述加热器阵列折展机构等间距设置有多个所述钻头13，每一个所述钻头13和所述加热器阵列折展机构通过一个所述加热器阵列折展机构连接，通过所述加热器阵列折展机构对多个所述钻头13进行展开和收束，通过所述回转机构12驱动与其连接的所述钻头13进行回转运动。
[0010]
上述的月球极区可移动采水平台折展机构，其中，所述冷凝罩折展机构包括：
[0011]
基体17，环绕所述机械臂1等间距设置有多个所述基体17，多个所述基体17均与机械臂1的外壁连接；
[0012]
转臂14和肋板15，每一个所述转臂14和一个所述基体17可操作地转动连接，每一个所述转臂14上连接有一个所述肋板15，通过转动所述转臂14进而带动与其连接的所述肋板15转动；
[0013]
冷凝罩2，多个所述肋板15均与所述冷凝罩2连接，通过转动多个所述肋板15实现所述冷凝罩2的折展。
[0014]
上述的月球极区可移动采水平台折展机构，其中，所述竖杆7包括：螺杆9、光杆10，螺杆9的一端和光杆10的一端连接，螺杆9的另一端和所述圆盘3连接，光杆10的另一端和所述底部圆盘4连接。
[0015]
上述的月球极区可移动采水平台折展机构，其中，所述加热器阵列折展机构包括：滚珠丝杠8和上端滑块5，所述滚珠丝杠8安装在所述螺杆9上，所述滚珠丝杠8可操作地沿所述螺杆9进行位移运动，所述上端滑块5套设于所述螺杆9上，所述上端滑块5和所述滚珠丝杠8连接。
[0016]
上述的月球极区可移动采水平台折展机构，其中，所述加热器阵列折展机构还包括：下端滑块6，所述下端滑块6和所述光杆10滑动连接。
[0017]
上述的月球极区可移动采水平台折展机构，其中，所述加热器阵列折展机构还包括：第一连杆、第二连杆和铰链19，环绕所述竖杆7等间距设置有多个第一连杆和多个第二连杆，每一个第一连杆的中部和一个第二连杆的中部通过一个铰链19转动连接，每一个第一连杆的一端均与所述上端滑块5连接，每一个第二连杆的一端均与所述下端滑块6连接。
[0018]
上述的月球极区可移动采水平台折展机构，其中，所述加热器阵列折展机构还包括：伸缩筒11，每一个第一连杆的另一端和一个伸缩筒11的一端连接，每一个第二连杆的另一端和一个伸缩筒11的另一端连接，每一个伸缩筒11的上端和一个所述钻头13通过一个所述回转机构12连接。
[0019]
上述的月球极区可移动采水平台折展机构，其中，所述伸缩筒11包括：多个外径不等且相互间滑动连接的筒状连接部，每一个第二连杆的另一端和一个外径最大的筒状连接
部的端部转动连接，每一个第一连杆的另一端和一个外径最小的筒状连接部的端部转动连接。
[0020]
上述的月球极区可移动采水平台折展机构，其中，每一个外径最大的筒状连接部的外壁和一个所述钻头13通过一个所述回转机构12连接。
[0021]
本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
[0022]
(1)本发明针对可移动采水平台外形尺寸的优化，提出了可折展机构的设计思路，在地月运输阶段，考虑到运载空间有限，采水平台的机械结构需要设计成可折展的形式，采水平台在月面行驶的过程中，其整体结构也要尽可能地折叠为最小尺寸，以防止与较大的岩石碰撞而受阻或者因重心不稳定而倾覆，造成失效；
[0023]
(2)本发明待任务开始实施，各机构部件在弹簧、丝杠或绳索牵引的驱动作用下展开；任务结束时，展开的机构又能够回收至最初的折叠态，回收过程依然利用机械装置的驱动，折展原理选用连杆—滑块式、伸缩筒式、基体—转臂式等，在保证制造工艺性的同时，考虑到月球永久阴影区内较低的环境温度与可能存在的宇宙射线辐照，以及折展机构在工作当中可能承受的外部作用力，选用刚性折展机构而舍弃使用柔性材料，以最大程度地追求折展机构的强度、刚度、工作的可靠性，确保可移动采水平台能连续地完成多个工作周期，收集到足够数量的水冰，满足月球基地能源系统、生保系统的使用要求；
[0024]
(3)本发明避免使用集成的大型连杆阵列，而换用可靠性较高、机械运动稳定性好的折展机构，对于加热器阵列的折展，提出剪刀铰式折展方案，通过丝杠的传动来控制滑块或移动副的相对位置，实现折叠与展开，利用丝杠驱动，不仅确保了折展全过程的可控性，而且，丝杠轴与丝杠螺母之间有滚珠做滚动，减小了摩擦损失，提高了传动效率，能够保证驱动装置实现精确的微进给；
[0025]
(4)本发明能确保较大的折叠比例，使得可移动采水平台在回收之后有较小的尺寸，有利于移动时避开月岩、凹坑等障碍物，保证其在月面行驶过程中的安全性，月球重力仅为地球的六分之一，所以在剪刀铰端部布置钻头，钻头的重力对折展机构的力学性能影响比在地球上小很多，又因为采水过程对加热器阵列的折展速度没有提出要求，所以可通过减缓移动副的运行速度来增加折展过程的平稳性，以延长折展机构的使用寿命；
[0026]
(5)本发明采用可靠性最佳的铰接串联式，使机械臂1拥有多关节结构，能够自由弯曲、移动、定位和在采水区域钻孔。根据人体仿生学，设计多个铰接接头，如：肩关节，臂关节，肘关节，腕关节和旋转关节等，用于为机械系统提供任务所需的自由度。关节处的运动通过微型电动马达控制；
[0027]
(6)本发明将折展机构应用到可移动采水平台，能够减少任务失败的风险，提高月球原位资源利用的效率。
附图说明
[0028]
图1是本发明的一种月球极区可移动采水平台折展机构的处于初始状态的结构示意图。
[0029]
图2是本发明的一种月球极区可移动采水平台折展机构的加热器阵列折展机构的处于初始状态的结构示意图。
[0030]
图3是本发明的一种月球极区可移动采水平台折展机构的冷凝罩折展机构的处于
初始状态的结构示意图。
[0031]
图4是本发明的一种月球极区可移动采水平台折展机构的处于展开状态的结构示意图。
[0032]
图5是本发明的一种月球极区可移动采水平台折展机构的加热器阵列折展机构的处于展开状态的结构示意图。
[0033]
图6是本发明的一种月球极区可移动采水平台折展机构的冷凝罩折展机构的处于展开状态的结构示意图。
[0034]
附图中：1、机械臂；2、冷凝罩；3、圆盘；4、底部圆盘；5、上端滑块；6、下端滑块；7、竖杆；8、滚珠丝杠；9、螺杆；10、光杆；11、伸缩筒；12、回转机构；13、钻头；14、转臂；15、肋板；16、初始状态；17、基体；18、月壤次表层；19、铰链；20、展开状态。
具体实施方式
[0035]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
[0036]
请参照图1至图6所示，示出了一种月球极区可移动采水平台折展机构，其中，包括：
[0037]
机械臂1、冷凝罩折展机构和冷凝罩2，冷凝罩折展机构安装在机械臂1上，冷凝罩2安装在冷凝罩折展机构上，通过冷凝罩折展机构对冷凝罩2进行展开和收束；
[0038]
圆盘3、竖杆7和底部圆盘4，机械臂1的端部和圆盘3连接，竖杆7的一端和圆盘3连接，竖杆7的另一端和底部圆盘4连接；
[0039]
加热器阵列折展机构、回转机构12和钻头13，加热器阵列折展机构安装在竖杆7上，环绕加热器阵列折展机构等间距设置有多个钻头13，每一个钻头13和加热器阵列折展机构通过一个加热器阵列折展机构连接，通过加热器阵列折展机构对多个钻头13进行展开和收束，通过回转机构12驱动与其连接的钻头13进行回转运动。
[0040]
进一步，在一种较佳实施例中，冷凝罩折展机构包括：
[0041]
基体17，环绕机械臂1等间距设置有多个基体17，多个基体17均与机械臂1的外壁连接；
[0042]
转臂14和肋板15，每一个转臂14和一个基体17可操作地转动连接，每一个转臂14上连接有一个肋板15，通过转动转臂14进而带动与其连接的肋板15转动；
[0043]
冷凝罩2，多个肋板15均与冷凝罩2连接，通过转动多个肋板15实现冷凝罩2的折展。
[0044]
进一步，在一种较佳实施例中，竖杆7包括：螺杆9、光杆10，螺杆9的一端和光杆10的一端连接，螺杆9的另一端和圆盘3连接，光杆10的另一端和底部圆盘4连接。
[0045]
进一步，在一种较佳实施例中，加热器阵列折展机构包括：滚珠丝杠8和上端滑块5，滚珠丝杠8安装在螺杆9上，滚珠丝杠8可操作地沿螺杆9进行位移运动，上端滑块5套设于螺杆9上，上端滑块5和滚珠丝杠8连接。
[0046]
进一步，在一种较佳实施例中，加热器阵列折展机构还包括：下端滑块6，下端滑块6和光杆10滑动连接。
[0047]
进一步，在一种较佳实施例中，加热器阵列折展机构还包括：第一连杆、第二连杆和铰链19，环绕竖杆7等间距设置有多个第一连杆和多个第二连杆，每一个第一连杆的中部
和一个第二连杆的中部通过一个铰链19转动连接，每一个第一连杆的一端均与上端滑块5连接，每一个第二连杆的一端均与下端滑块6连接。
[0048]
进一步，在一种较佳实施例中，加热器阵列折展机构还包括：伸缩筒11，每一个第一连杆的另一端和一个伸缩筒11的一端连接，每一个第二连杆的另一端和一个伸缩筒11的另一端连接，每一个伸缩筒11的上端和一个钻头13通过一个回转机构12连接。
[0049]
进一步，在一种较佳实施例中，伸缩筒11包括：多个外径不等且相互间滑动连接的筒状连接部，每一个第二连杆的另一端和一个外径最大的筒状连接部的端部转动连接，每一个第一连杆的另一端和一个外径最小的筒状连接部的端部转动连接。
[0050]
进一步，在一种较佳实施例中，每一个外径最大的筒状连接部的外壁和一个钻头13通过一个回转机构12连接。
[0051]
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。
[0052]
本发明在上述基础上还具有如下实施方式：
[0053]
本发明的进一步实施例中，本发明针对月球极区可移动的采水平台，在地月运输阶段，考虑到运载空间有限，采水平台的机械结构需要设计成可折展的形式，另外，采水平台在月面行驶的过程中，其整体结构也要尽可能地折叠为最小尺寸，以防止与较大的岩石碰撞而受阻或者因重心不稳定而倾覆，造成失效。待任务开始实施，各机构部件在弹簧、丝杠或绳索牵引的驱动作用下展开；任务结束时，展开的机构又能够回收至最初的折叠态，回收过程依然利用机械装置的驱动。可移动采水平台的机械机构包括机械臂1、冷凝罩2、加热器阵列，本发明将它们设计为可折展的形式，折展原理选用连杆—滑块式、伸缩筒式、基体—转臂式等，在保证制造工艺性的同时，考虑到月球永久阴影区内较低的环境温度与可能存在的宇宙射线辐照，以及折展机构在工作当中可能承受的外部作用力，选用刚性折展机构而舍弃使用柔性材料，以最大程度地追求折展机构的强度、刚度、工作的可靠性，确保可移动采水平台能连续地完成多个工作周期，收集到足够数量的水冰，满足月球基地能源系统、生保系统的使用要求。
[0054]
本发明的进一步实施例中，本发明对可移动采水平台中的加热器阵列、水蒸气冷凝罩2、机械臂1设计折展机构。加热器阵列展开后可以布局成圆形或矩阵形式，展开后的半径或长宽需要根据采水区域的尺寸来确定，假设采水区域为截面半径2a的圆柱，则加热器展开成圆形，半径可选为a，考虑到单个加热器展开后最大尺寸在1m左右，不需要大型的、复杂的机械展开装置，又考虑到永久阴影区内深冷环境对机构运动精度、可靠性的影响，而且加热器嵌入刚性的螺旋钻头13中，对展开机构始终施加一个向下的力，如果使用连杆较多的几何折展方式，如花瓣式折展、索网式折展，可能因为其中的某一连杆弯折或疲劳断裂而导致整个机构无法顺利展开或展开不完整，造成加热器阵列不对称，不能按照预定的加热模型来工作，这样会使得月壤受热不均匀，减慢采水过程的工作速度。另外，机械臂1末端需布置多组折展机构以组成阵列，受空间范围限制，单个折展机构的尺寸不能过大。因此，本发明避免使用集成的大型连杆阵列，而换用可靠性较高、机械运动稳定性好的折展机构，对于加热器阵列的折展，提出剪刀铰式折展方案，通过丝杠8的传动来控制滑块或移动副的相对位置，实现折叠与展开，利用丝杠驱动，不仅确保了折展全过程的可控性，而且，丝杠轴与丝杠螺母之间有滚珠做滚动，减小了摩擦损失，提高了传动效率，能够保证驱动装置实现精确的微进给。这种方案能确保较大的折叠比例，使得可移动采水平台在回收之后有较小的
尺寸，有利于移动时避开月岩、凹坑等障碍物，保证其在月面行驶过程中的安全性。而且，月球重力仅为地球的六分之一，所以在剪刀铰端部布置钻头13，钻头13的重力对折展机构的力学性能影响比在地球上小很多，又因为采水过程对加热器阵列的折展速度没有提出要求，所以可通过减缓移动副的运行速度来增加折展过程的平稳性，以延长折展机构的使用寿命。对于水蒸气冷凝罩2，初始时折叠回收，在加热器阵列展开之后，螺旋钻头13打入月壤次表层18，加热月壤至指定温度时，冷凝罩2展开，聚拢逸散的水蒸气并对其进行初步冷凝，在冷凝罩2的折展机构设计过程中，考虑到冷凝罩2的工作环境不同于加热器阵列，即受力条件温和，不受集中载荷，仅是起到对升华水蒸气的收集作用，不需侧重于折展强度、刚度等技术指标，主要是保证刚性折展机构在深冷环境下能够持续地高精度工作，基于以上条件，本发明提出冷凝罩2的设计方案：转臂—肋5式折展。转臂式折展采用多点驱动，在卷簧、齿轮减速器的作用下增大力矩，引发肋板15的大角度转动，动力多点布局虽然增加了机械装置的数量，可却在一定程度上提升了折展的可靠性和成功率。对于采水平台的机械臂1，它是采水过程的主要运动机构，需要完成位移、转向、定位等多种高精度操作。另外，机械臂1附带水蒸气导管，且末端装载集热器、冷凝罩2、加热器阵列等载荷，故机械臂1在任务过程中需要具有较好的力学特性和材料强度。在机械臂1的折展设计中，本发明采用可靠性最佳的铰接串联式，使机械臂1拥有多关节结构，能够自由弯曲、移动、定位和在采水区域钻孔。根据人体仿生学，设计多个铰接接头，如：肩关节，臂关节，肘关节，腕关节和旋转关节等，用于为机械系统提供任务所需的自由度。关节处的运动通过微型电动马达控制。
[0055]
本发明的进一步实施例中，月球极区可移动采水平台折展机构的实施方式包括以下步骤：
[0056]
步骤s1：初始时剪刀铰折叠，加热器阵列聚拢。
[0057]
步骤s2：工作时剪刀铰展开，构成大型的加热器阵列。
[0058]
步骤s3：水蒸气冷凝罩2采用基体—转臂式折展。
[0059]
本发明的进一步实施例中，采水平台机械臂1末端安装圆盘3，圆盘3下方固定几根竖杆7，滑块在竖杆7上作直线运动，引发剪刀铰的折叠或展开。竖杆7上半段为螺杆9，下半段为光杆10。竖杆7的末端由底部圆盘4承接，底部圆盘4接触月壤表面。两圆盘的作用是防止竖杆7的周向旋转导致加热器阵列左右振动。滑块在竖杆7的上下移动由滚珠丝杠8驱动，将回转运动转变为直线运动。对于剪刀铰装置，两根长杆分别与滑块铰接，两根长杆尺寸相同，由位于其中心处的铰链19相连接，两根长杆的末端由伸缩筒11固连在一起，加热器安装在伸缩筒11外侧。伸缩筒11和两根长杆共同承受加热器钻头13带来的负载。初始时刻上端滑块5位于最顶部，下端滑块6位于最底部，伸缩筒11拉伸至最长，剪刀铰处于折叠态。伸缩筒机构11由一系列不同直径的圆管组成，由长杆纵向施加的作用力驱动其拉伸或缩回，在设计过程中，相邻层套筒之间要有足够的重叠长度，起到加强刚度和稳定性的作用。每根竖杆可以带动两组互成一定角度的剪刀铰机构，假设圆盘3下方安装三根竖杆，则可以构成带有六个钻头的加热器阵列。竖杆不可安放过多，否则剪刀铰折展过程中可能出现干涉造成部件碰撞，引发运动停滞。另外，滑块在上下移动过程中也可能出现周向旋转导致剪刀铰装置转过一定角度，为避免这一问题，将竖杆7顶部的三个滑块和底部的三个滑块分别用短杆固连，形成稳定的三角形结构，只能上下平移而不能周向旋转。初始时刻，加热器阵列折叠至最小尺寸，冷凝罩2的肋板15也处于回收状态，肋板15的指向与垂直的机械臂1成一个小
角度，以最大限度地减少占用空间。
[0060]
本发明的进一步实施例中，待采水区域定位完成，需要深入月壤钻孔时，丝杠将电机的旋转运动转变成移动副的直线运动，上端滑块5在丝杠8的牵引下，顺着螺杆9向下运动，同时对剪刀铰施以力的作用，在机构的传力过程中，下端滑块6被带动，顺着光杆10向上做直线运动，运动速度与上端滑块5相同，随移动副的运动，长杆末端的伸缩筒11受压而向内收紧，伸缩筒11的各圆管相互嵌套，两长杆间夹角逐渐缩小，剪刀铰横向收缩，纵向伸展，随着阵列的逐渐展开，剪刀铰侧面的钻头13向下打孔，进入月壤次表层18，本方案在每个螺旋钻头13顶部都安装了一个小型化的回转机构12，便于带动钻头13高速旋转，加快钻孔的进程。直至两滑块同时抵达竖杆7中点处并锁定，钻孔停止，同时折展过程结束，两长杆纵向伸展至最长，构成了大型的加热器阵列。而后准备对次表层18的水冰进行加热收集，这时嵌入钻头13内部的加热器开始工作，月壤开始升温，待温度上升至水冰升华点时，冷凝罩2的转臂14转过一定角度，引起肋板15降下，冷凝罩2的壳体覆盖整个采水区域，聚拢逸散的水蒸气。之后采水过程按预定步骤进行，待加热、收集、冷凝、储存这一全过程结束，两滑块解锁，在丝杠的驱动下沿竖杆7反向移动至顶端和底端，伸缩筒11受拉而伸长，两长杆夹角增大，剪刀铰折叠回收至最初的状态，钻头13退回至月壤上方，完成一次折展循环。本方案采用剪刀铰式折展，根据几何计算，剪刀铰完全展开时，纵向的长度大于折叠时的五倍，如果加热器形成圆形阵列，其折展面积比大于25，折展率相对较高。阵列几何形状的修正可以通过改变竖杆7的布局，包括：间距、夹角或调节不同组剪刀铰之间的角度来完成。本方案中，每两个剪刀铰机构共用一组驱动滑块，减少了机械装置的数量，节约了工作空间；三个竖杆相对应的滑块固连成稳定的三角形，可以保证展开过程中加热器不出现周向振动或旋转；而且使得各组加热器能够同时展开、回收，减少了驱动、控制过程中的复杂度，降低了控制错误率。另外，长杆端部虽然受到加热器钻头13给予的向下的力，但由于月球引力系数较小，这个持续存在的外力数值并不大，不会引起长杆明显的挠曲变形，更不会引起结构失稳，而且长杆间的伸缩筒11承担了相当一部分载荷，所以只要考虑机构在月球永久阴影区内深冷环境下所能承受的的应力极限，合理选择长杆和伸缩筒11的材料，使其具有一定的强度，就可以使得折展过程具备较高的可靠度。
[0061]
本发明的进一步实施例中，对于基体—转臂式折展机构，基体17固定在采水平台的机械臂1上，转臂14与肋板15制作成一体化结构，与基体17组成转动副，转臂14的运动通过弹簧和齿轮来驱动：首先蜗卷弹簧利用扭转作用驱动齿轮减速器，而后齿轮减速器增大输出的工作力矩，在力矩的作用下肋板15转动一定角度，待肋板15末端接触月壤时，转臂14停止运动，冷凝罩2展开完毕，肋板15位于展开状态20。任务结束后的回收过程中，驱动装置输出较大的反向工作力矩，转臂14反向转过一定角度，使肋板15转回到初始状态16。肋板15不同于杆件，具有一定厚度，虽增加了总质量，但却很大程度地增强了折展机构的强度。为使冷凝罩2覆盖整个采水区域，在机械臂1上安装多个基体17、转臂14，进行分布式驱动，即动力多点布局，这种方式很好地避免了月面深冷、强辐照环境带来的单点失效问题，具备一定的可靠性。另外，在驱动装置的加工过程中需要保证精度，使所有动力源输出的相同数值的工作力矩，尽可能保证各个肋板15同时展开、同时落地，防止水蒸气从冷凝罩2边缘或底部缝隙处逸散。
[0062]
本发明的进一步实施例中，对于月球极区永久阴影区内含有的原位资源——水
冰，使用可移动采水平台进行收集，采水平台需经过火箭运载从地球发射至月球，到达月球后，需在月面行驶一段路程才能抵达采水区域，如果可移动平台尺寸过大，不仅会占用运载空间，增加地月运输次数；而且平台在移动过程中容易因外形过于庞大而增加与大型月岩等障碍物碰撞的概率，也可能陷入月面凹坑难以前进，或者因重心不稳定而翻倒，造成采水任务失败。所以，合理地简化采水平台的结构是任务顺利执行的关键。本发明针对可移动采水平台外形尺寸的优化，提出了可折展机构的设计思路，在分析了月面极端环境对机械系统性能的影响后，确定了考核折展方案的技术指标为强度、刚度、质量、重复精度、可靠性等，之后分别面向加热器阵列、水蒸气冷凝罩、机械臂提出了折展方案：加热器阵列采用剪刀铰式折展；冷凝罩采用基体—转臂式折展；机械臂串联连接，采用铰接式折展；并对各个部件的折展步骤进行了详细说明，对折展效果及优缺点作出了分析与讨论。将折展机构应用到可移动采水平台，能够减少任务失败的风险，提高月球原位资源利用的效率。
[0063]
本发明的进一步实施例中，加热器阵列折展机构外接有加热装置，冷凝罩折展机构控制冷凝罩2展开后覆盖于月壤表层，加热器阵列折展机构控制加热器阵列展开，即钻头13展开后，通过回转机构12控制钻头13旋转，钻入月壤表层并深入月壤次表层18，加热装置通过热传导的方式对钻头13加热，使月壤次表层18内的水冰升华为水蒸气，由于冷凝罩2覆盖于月壤表层，避免水蒸气逸散，冷凝罩2与冷凝装置连通，通过抽气管路将升华为水蒸气的水冰抽入冷凝装置内并重新进行凝华，实现月壤水冰的采集。
[0064]
本发明的进一步实施例中，本发明中结构部件均选用机械结构部件，避免选用柔性材料实现特殊功能，避免柔性材料在极端环境条件下其材料属性发生改变，导致其在特殊工作条件下无法进行正常的采集工作。
[0065]
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种月球极区可移动采水平台折展机构，其特征在于，包括：机械臂(1)、冷凝罩折展机构和冷凝罩(2)，所述冷凝罩折展机构安装在所述机械臂(1)上，所述冷凝罩(2)安装在所述冷凝罩折展机构上，通过所述冷凝罩折展机构对所述冷凝罩(2)进行展开和收束；圆盘(3)、竖杆(7)和底部圆盘(4)，机械臂(1)的端部和所述圆盘(3)连接，竖杆(7)的一端和所述圆盘(3)连接，竖杆(7)的另一端和所述底部圆盘(4)连接；加热器阵列折展机构、回转机构(12)和钻头(13)，所述加热器阵列折展机构安装在所述竖杆(7)上，环绕所述加热器阵列折展机构等间距设置有多个所述钻头(13)，每一个所述钻头(13)和所述加热器阵列折展机构通过一个所述加热器阵列折展机构连接，通过所述加热器阵列折展机构对多个所述钻头(13)进行展开和收束，通过所述回转机构(12)驱动与其连接的所述钻头(13)进行回转运动。2.根据权利要求1所述的月球极区可移动采水平台折展机构，其特征在于，所述冷凝罩折展机构包括：基体(17)，环绕所述机械臂(1)等间距设置有多个所述基体(17)，多个所述基体(17)均与机械臂(1)的外壁连接；转臂(14)和肋板(15)，每一个所述转臂(14)和一个所述基体(17)可操作地转动连接，每一个所述转臂(14)上连接有一个所述肋板(15)，通过转动所述转臂(14)进而带动与其连接的所述肋板(15)转动；冷凝罩(2)，多个所述肋板(15)均与所述冷凝罩(2)连接，通过转动多个所述肋板(15)实现所述冷凝罩(2)的折展。3.根据权利要求1所述的月球极区可移动采水平台折展机构，其特征在于，所述竖杆(7)包括：螺杆(9)、光杆(10)，螺杆(9)的一端和光杆(10)的一端连接，螺杆(9)的另一端和所述圆盘(3)连接，光杆(10)的另一端和所述底部圆盘(4)连接。4.根据权利要求3所述的月球极区可移动采水平台折展机构，其特征在于，所述加热器阵列折展机构包括：滚珠丝杠(8)和上端滑块(5)，所述滚珠丝杠(8)安装在所述螺杆(9)上，所述滚珠丝杠(8)可操作地沿所述螺杆(9)进行位移运动，所述上端滑块(5)套设于所述螺杆(9)上，所述上端滑块(5)和所述滚珠丝杠(8)连接。5.根据权利要求4所述的月球极区可移动采水平台折展机构，其特征在于，所述加热器阵列折展机构还包括：下端滑块(6)，所述下端滑块(6)和所述光杆(10)滑动连接。6.根据权利要求5所述的月球极区可移动采水平台折展机构，其特征在于，所述加热器阵列折展机构还包括：第一连杆、第二连杆和铰链(19)，环绕所述竖杆(7)等间距设置有多个第一连杆和多个第二连杆，每一个第一连杆的中部和一个第二连杆的中部通过一个铰链(19)转动连接，每一个第一连杆的一端均与所述上端滑块(5)连接，每一个第二连杆的一端均与所述下端滑块(6)连接。7.根据权利要求6所述的月球极区可移动采水平台折展机构，其特征在于，所述加热器阵列折展机构还包括：伸缩筒(11)，每一个第一连杆的另一端和一个伸缩筒(11)的一端连接，每一个第二连杆的另一端和一个伸缩筒(11)的另一端连接，每一个伸缩筒(11)的上端和一个所述钻头(13)通过一个所述回转机构(12)连接。8.根据权利要求7所述的月球极区可移动采水平台折展机构，其特征在于，所述伸缩筒
(11)包括：多个外径不等且相互间滑动连接的筒状连接部，每一个第二连杆的另一端和一个外径最大的筒状连接部的端部转动连接，每一个第一连杆的另一端和一个外径最小的筒状连接部的端部转动连接。9.根据权利要求8所述的月球极区可移动采水平台折展机构，其特征在于，每一个外径最大的筒状连接部的外壁和一个所述钻头(13)通过一个所述回转机构(12)连接。

技术总结

本发明公开了一种月球极区可移动采水平台折展机构，涉及月球极区水冰开采的技术领域，针对可移动采水平台外形尺寸的优化，提出了可折展机构的设计思路，在分析了月面极端环境对机械系统性能的影响后，确定了考核折展方案的技术指标为强度、刚度、质量、重复精度、可靠性等，之后分别面向加热器阵列、水蒸气冷凝罩、机械臂提出了折展方案：加热器阵列采用剪刀铰式折展；冷凝罩采用基体—转臂式折展；机械臂串联连接，采用铰接式折展；并对各个部件的折展步骤进行了详细说明，对折展效果及优缺点作出了分析与讨论，将折展机构应用到可移动采水平台，能够减少任务失败的风险，提高月球原位资源利用的效率。原位资源利用的效率。原位资源利用的效率。