(10)申请公布号 CN 102169060 A
(43)申请公布日 2011.08.31C N 102169060 A
*CN102169060A*
(21)申请号 201110142784.8
(22)申请日 2011.05.31
G01N 1/08(2006.01)
(71)申请人中国地质大学（武汉）
地址430074 湖北省武汉市洪山区鲁磨路
388号
(72)发明人张伟民 严日明 黄定华 李波
张辉
(74)专利代理机构武汉华旭知识产权事务所
42214
代理人
江钊芳
(54)发明名称
(57)摘要
本发明涉及一种仿生花瓣形取样器，包括有
套筒延长杆、滑动轴、花瓣形取样爪、弹簧、电机、
座上，延长杆上有铰链孔；有6个花瓣形取样爪，
取样爪的花瓣铰链柄与滑动轴下端的铰链座连
接，弹簧连接花瓣铰链柄弹簧挂钩与滑动轴轴头
挂钩。取样时控制电机正反转动，通过齿轮齿条带
动滑动轴上下运动，电机反转滑动轴向上运动，带
动取样爪向上运动，在套筒的挡压下收拢闭合，闭
合过程样品被爪子合力夹铲采集到6个花瓣形取
样爪形成的闭合腔体中；滑动轴向下运动，套筒
muhdpe合金管阻压释放，弹簧弹开，样品落下。本取样器结构简
单，功耗小，控制方便，可用于月球及其它星球探
测取样，或者不适合人类作业的环境中取样。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页
1.一种仿生花瓣形取样器，包括有驱动电机、滑动轴、齿轮、齿条、取样爪和弹簧，其特征在于：还设计有套筒延长杆，所述的套筒延长杆含有套筒和延长杆，所述的驱动电机安装在套筒延长杆上部的电机座上，套筒延长杆的上端部设有铰链孔；所述的滑动轴为实心的柱体，滑动轴上部的圆柱体直径比滑动轴下部的小，在滑动轴上部上设有安装齿条的键槽，滑动轴下部有一部分套在套筒中，滑动轴下部圆周上焊接有6个铰链座，滑动轴下端还有一个轴头，轴头上设有6个均匀分布的轴头挂钩；所述的齿条安装在滑动轴上部的键槽中，齿条与驱动电机主轴上安装的齿轮啮合组成齿轮副；所述的取样爪为6个花瓣形取样爪组成，花瓣形取样爪根部装有花瓣铰链柄，花瓣铰链柄与滑动轴下端的铰链座连接，所述的弹簧连接花瓣铰链柄上的花瓣铰链柄弹簧挂钩和滑动轴轴头上的轴头挂钩。
2.根据权利要求1所述的一种仿生花瓣形取样器，其特征在于：所述的驱动电机主轴上安装的齿轮和滑动轴上的齿条啮合，通过控制驱动电机的正反转动，带动齿轮齿条运动，使滑动轴在套筒中上下运动，控制6个花瓣形取样爪的开合。
3.根据权利要求1所述的一种仿生花瓣形取样器，其特征在于：所述的齿条与滑动轴上部键槽为过盈配合。
4.根据权利要求1所述的一种仿生花瓣形取样器，其特征在于：所述的套筒与滑动轴下部为间隙配合。
碟形螺母
5.根据1所述的一种仿生花瓣形取样器，其特征在于：所述的取样爪的6个花瓣形取样爪在闭合时花瓣彼此之间有一部分重叠。
6.根据权利要求1所述的一种仿生花瓣形取样器，其特征在于：所述的滑动轴向上运动，花瓣形取样爪受套筒阻压逐渐闭合，闭合过程样品被花瓣形取样爪采集到取样爪闭合形成的腔体中；滑动轴向下运动，花瓣形取样爪受套筒的阻压被释放，弹簧使得花瓣形取样爪逐渐张开，花瓣形取样爪张开过程样品落下。
7.根据权利要求1所述的一种仿生花瓣形取样器，其特征在于：所述的套筒延长杆的上端部设有铰链孔，铰链孔用于与太空上使用的机械臂相连。
一种仿生花瓣形取样器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种仿生花瓣形取样器，具体地说是利用仿生学原理而发明的一种应用于月球及其它星球探测取样，或者不适合人类作业的环境中取样的采集器。
背景技术
[0002] 21世纪是人类全面探测太阳系的新时代。月球也一直是人类密切关注和经常观测的天体，月球上特有的矿产和能源是对地球资源的重要补充和储备，随着各航天大国对深空探测技术的发展，月球将对人类科学技术的发展和文明进步产生了广泛而深刻的影响。因此随着对深空探测及其他探测需求的进一步加大，对于取样器的要求也将进一步提高。而探测取样环境的不断变化，也需要不同种类和结构的取样器来适应。近几年来各航天大国都在不停地进行着表取末端取样器的相关研究，机械手取样方式是一种主要发展趋势。我国对月表取样器进行了一些研究，取样器的取样方式主要结合钻取和表取，以钻取为主，因为结合了钻取和表取，取样器结构较复杂。总而言之，在现有的各种类型取样器中，还没有完全适合我国探月工程，基于着陆器、无月球车和非载人情况下，月面采样任务由钻进和表取两种方式共同完成的表取采样末端取样器。因此，针对我国探月及其他深空探测工程的特定工程条件，研究和设计质量更轻、结构更加简单、性能更加可靠且取样效率更高的末端取样器，成为工程必需，也是一项关键技术。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种基于月球及其它星球探测时样品的采集，或者不适合人类作业的环境中样品采集的结构简单新颖，功耗小，控制及运动方式简单和取样方式灵活，可适应不同的取样要求的仿生花瓣形取样器。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种仿生花瓣形取样器，包括有驱动电机、滑动轴、齿轮、齿条、取样爪和弹簧，还设计有套筒延长杆，所述的套筒延长杆含有套筒和延长杆，所述的驱动电机安装在套筒延长杆上部的电机座上，套筒延长杆的上端部设有铰链孔；所述的滑动轴为实心的柱体，滑动轴上部的圆柱体直径比滑动轴下部的小，在滑动轴上部上设有安装齿条的键槽，滑动轴下部有一部分套在套筒中，滑动轴下部圆周上焊接有6个铰链座，滑动轴下端还有一个轴头，轴头上设有6个均匀分布的轴头挂钩；所述的齿条安装在滑动轴上部的键槽中，齿条与驱动电机主轴上安装的齿轮啮合组成齿轮副；所述的取样爪为6个花瓣形取样爪组成，花瓣形取样爪根部装有花瓣铰链柄，花瓣铰链柄与滑动轴下端的铰链座连接，所述的弹簧连接花瓣铰链柄上的花瓣铰链柄弹簧挂钩和滑动轴轴头上的轴头挂钩。
[0005] 本发明所述的驱动电机主轴上安装的齿轮和滑动轴上的齿条啮合，通过控制驱动电机的正反转动，带动齿轮齿条运动，使滑动轴在套筒中上下运动，控制6个花瓣形取样爪的开合。
[0006] 本发明所述的齿条与滑动轴上部键槽为过盈配合。所述的套筒与滑动轴下部为间
隙配合。
[0007] 本发明的所述的取样爪的6个花瓣形取样爪在闭合时花瓣彼此之间有一部分重叠。
[0008] 本发明所述的滑动轴向上运动，花瓣形取样爪受套筒阻压逐渐闭合，闭合过程样品被花瓣形取样爪采集到取样爪闭合形成的腔体中；滑动轴向下运动，花瓣形取样爪受套筒的阻压被释放，弹簧使得花瓣形取样爪逐渐张开，花瓣形取样爪张开过程样品落下。[0009] 本发明所述的套筒延长杆的上端部设有铰链孔，铰链孔用于与太空上使用的机械臂相连。
[0010] 本发明的取样器与现有技术相比，具有如下优点：
1. 本发明的取样器采用仿生原理，结构简单新颖。本发明借用了花朵开合的原理，利用花瓣形取样爪闭合时各个取样爪的夹铲力，将样品夹铲起来收集到6个花瓣形取样爪闭合形成的腔体中。
[0011] 2. 本发明的取样器控制及运动方式简单，功耗小。本取样器只需通过驱动电机带动齿轮和齿条，从而带动滑动轴上下运动；滑动轴向上运动，花瓣形取样爪遇到套筒阻压，从而实现6个花瓣形取样爪同时收拢闭合，闭合过程样品被花瓣形取样爪夹铲采集到闭合腔体中，滑动轴向下运动，套筒阻压释放，弹簧使得花瓣形取样爪逐渐张开，花瓣形取样爪张开过程样品落下。
[0012] 3. 本发明的取样器样品转移性好。样品采集后，样品被收集到取样爪闭合形成的腔体中，由于取样爪彼此之间有一部分重叠，因此可以保证样品在转移过程中不会洒落。[0013] 4. 本取样器取样方式灵活，通过驱动电机转动角度控制花瓣取样爪不同张开度，可适应不同粒径的样品取样要求。
附图说明
[0014] 图1为本发明的仿生花瓣形取样器花瓣张开时的外观结构示意图。
[0015] 图2为本发明的仿生花瓣形取样器花瓣闭合时的外观结构示意图。标本夹
[0016] 图3为本发明仿生花瓣形取样器的套筒延长杆结构示意图。
[0017] 图4为本发明仿生花瓣形取样器的滑动轴及铰链座结构示意图。
[0018] 图5为本发明滑动轴的轴头与铰链座结构放大示意图。
[0019] 图6为本发明花瓣形取样爪张开时轴头、铰链座与弹簧的结构平面示意图。[0020] 图7为本发明花瓣形取样爪张开时的弹簧安装局部立体示意图。
[0021] 图8为本发明花瓣形取样爪和花瓣铰链柄结构示意图。
[0022] 上述图中：1延长杆，2滑动轴上部，3滑动轴下部，4套筒，5 花瓣铰链柄，6花瓣形取样爪，7弹簧，8齿条，9驱动电机，10齿轮，11电机座，12铰链孔，13键槽，14轴头，15铰链座，16轴头挂钩，17花瓣铰链柄弹簧挂钩。
金属导电膜
具体实施方式
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0024] 实施例1：本发明的一种仿生花瓣形取样器，其外观结构如图1、2所示，包括有延长杆1和套筒4组成的套筒延长杆，由滑动轴上部2、滑动轴下部3和轴头14组成的实心的
滑动轴，花瓣铰链柄5和花瓣形取样爪6，弹簧7，齿条8和齿轮10组成的齿条齿轮副，驱动电机9，电机座11，铰链孔12，铰链座15，所述的驱动电机9安装在电机座11上，电机座固定在延长杆1的上部；滑动轴的滑动轴下部3有一部分套在套筒4中，滑动轴上部2的键槽13中固定有齿条8，所述的取样爪为6个花瓣形取样爪6组成，花瓣形取样爪通过花瓣铰链柄5安装在滑动轴下部3圆周的铰链座15上，花瓣铰链柄弹簧挂钩17与轴头挂钩16通过弹簧7相连。图1中展示了仿生花瓣形取样器花瓣张开时的外观结构。图8所示的单个花瓣形取样爪和花瓣铰链柄结构。
[0025] 图2中展示了本取样器花瓣取样爪闭合时的外观结构。由于所述的取样爪的6个花瓣形取样爪在闭合时彼此之间有一部分重叠，因此花瓣取样爪闭合时，可以保证所取样品不会洒落，本发明的取样器将6个花瓣形取样爪在闭合时形成的闭合空间作为样品腔，一次取样后要把样品存放到月球车的样品收集仓中，再进行下一回次取样。
[0026] 参见图3，套筒延长杆设有延长杆1和套筒4，延长杆的上部设有铰链孔12，电机座11固定在延长杆1的上部。
[0027] 参见图4、5，实心的滑动轴由不同直径的滑动轴上部2、滑动轴下部3和轴头14组成的，铰链座15焊在滑动轴下部3下端圆周上；参见图6、7，可以更清楚地看到铰链座15均匀地焊在滑动轴下部3的下端，花瓣铰链柄5安装在铰链座15上，弹簧7两端勾在轴头挂钩16和花瓣铰链柄弹簧挂钩17上，通过弹簧7连接花瓣铰链柄5与轴头14。
[0028] 本发明的取样器组装的工序：
①把套筒4固定在延长杆1的下部，将电机座11固定在延长杆1上；
②把铰链座15焊到滑动轴下部3的下端圆周，齿条安装在滑动轴上部2的键槽13处；
③将滑动轴的轴头14端从套筒4的上端穿入，滑动轴下部3的一部分套在套筒4内；
④安装花瓣形取样爪6，先将花瓣铰链柄5用铰接所用的轴分别将6个花瓣铰链柄5安装到铰链座15上，再把弹簧7两端勾在轴头挂钩16和花瓣铰链柄弹簧挂钩17上；
⑤在驱动电机9的主轴上安装好齿轮10，并使齿轮10与齿条啮合组成齿轮副，将驱动电机固定在电机座上。弹簧铰链
[0029] 使用本发明的一种仿生花瓣形取样器，其在月球上工作过程是：先将套筒延长杆上端的铰链孔1
2与月球上使用的机械臂相连；将机械臂上的电源与驱动电机9连接；由机械臂带动本发明的取样器到需要采集样品的位置；机械臂上的控制系统通过控制驱动电机9的正反转动，控制齿轮10转动，从而带动齿条8上下运动，进而滑动轴上下运动，滑动轴向上运动，花瓣形取样爪遇到套筒4的阻压，使6个花瓣形取样爪逐步闭合，花瓣形取样爪6逐步闭合的过程合力夹铲起样品，样品被收集到6个花瓣形取样爪闭合形成的腔体中，完成样品的采集；滑动轴向下运动，此时花瓣形取样爪被弹簧7弹开，样品落下。母线框
[0030] 本发明的取样器利用仿生原理，结构简单独特，功耗小，控制方便，在取样时可根据不同粒径样品控制花瓣取样爪张开度进行取样，本取样器可应用于月球及其它星球探测取样，或者不适合人类作业的环境中取样。
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