基于回转冲击式超声波钻的小行星表面三腿锚固装置转让专利
申请号 : CN201811276488.5
文献号 : CN111120787B
文献日 : 2021-03-30
发明人 : 全齐全 , 王国庆 , 黄江川 , 唐德威 , 邓宗全
申请人 : 哈尔滨工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于回转冲击式超声波钻的小行星表面三腿锚固装置,其特征在于,包括支撑架(3)、三个支撑腿(4)、三个钻进锚固机构(2)和三个万向足垫(5),所述支撑架(3)包括三个分支,所述三个分支间隔120°均匀设置,三个所述支撑腿(4)分别固定于三个分支的底部,所述万向足垫(5)设置于支撑腿(4)的底部,用于提高探测器的稳定性,所述支撑腿(4)内部为中空结构,所述钻进锚固机构(2)安装于支撑腿(4)的内部且一端从万向足垫(5)穿出;
所述钻进锚固机构(2)包括冲击式超声波钻钻进单元(2‑1)、丝杠螺母(2‑2)、联轴器(2‑3)、驱动电机(2‑4)和丝杠(2‑6),所述丝杠(2‑6)通过丝杠螺母(2‑2)安装于冲击式超声波钻钻进单元(2‑1)和联轴器(2‑3)之间,所述驱动电机(2‑4)通过联轴器(2‑3)带动丝杠(2‑6)驱动冲击式超声波钻钻进单元(2‑1)完成钻进与锚固;
所述冲击式超声波钻钻进单元(2‑1)包括钻杆(2‑1‑1)、钻杆回复弹簧(2‑1‑2)、变幅杆(2‑1‑3)、压电陶瓷叠堆(2‑1‑4)、V型耦合振子(2‑1‑5)、转子(2‑1‑6)、超声波钻移动支架后盖板(2‑1‑7)、预紧弹簧(2‑1‑8)、超声波钻移动支架(2‑1‑9)、超声波钻前罩(2‑1‑10)、空心传动轴(2‑1‑11)和端盖(2‑1‑12);所述超声波钻移动支架后盖板(2‑1‑7)与丝杠螺母(2‑2)通过螺钉固定连接,所述超声波钻移动支架后盖板(2‑1‑7)的中心设置有通孔,所述丝杠(2‑6)穿过通孔穿入空心传动轴(2‑1‑11),所述空心传动轴(2‑1‑11)的前端外周套固有变幅杆(2‑1‑3),所述变幅杆(2‑1‑3)的后部外周依次套固有压电陶瓷叠堆(2‑1‑4)和V型耦合振子(2‑1‑5),所述压电陶瓷叠堆(2‑1‑4)通过V型耦合振子(2‑1‑5)压紧在变幅杆(2‑1‑3)的大端面,所述转子(2‑1‑6)套固于空心传动轴(2‑1‑11)的外周且位于V型耦合振子(2‑1‑
5)的后方,所述预紧弹簧(2‑1‑8)与变幅杆(2‑1‑3)的底部凸起连接,所述转子(2‑1‑6)被预紧弹簧(2‑1‑8)压紧在V型耦合振子(2‑1‑5)后端面,所述变幅杆(2‑1‑3)的前端外周安装有超声波钻前罩(2‑1‑10),所述超声波钻前罩(2‑1‑10)的顶部设置有导向通孔,所述端盖(2‑
1‑12)固定于支撑腿(4)的底部,所述万向足垫(5)与端盖(2‑1‑12)通过球铰连接,所述钻杆(2‑1‑1)位于变幅杆(2‑1‑3)的前方并穿出导向通孔、端盖(2‑1‑12)和万向足垫(5),所述空心传动轴(2‑1‑11)的一端与钻杆(2‑1‑1)固定连接,另一端通过轴承与超声波钻移动支架后盖板(2‑1‑7)配合连接,所述钻杆回复弹簧(2‑1‑2)安装在钻杆(2‑1‑1)的根部与超声波钻前罩(2‑1‑10)之间,将钻杆(2‑1‑1)压紧在变幅杆(2‑1‑3)顶部,所述超声波钻移动支架(2‑1‑9)与支撑腿(4)内部的凹槽导轨配合连接,所述超声波钻前罩(2‑1‑10)与超声波钻移动支架(2‑1‑9)的前端固定连接,所述超声波钻移动支架后盖板(2‑1‑7)和超声波钻前罩(2‑1‑10)分别与超声波钻移动支架(2‑1‑9)固定连接。
2.根据权利要求1所述的基于回转冲击式超声波钻的小行星表面三腿锚固装置,其特征在于,所述支撑腿(4)与万向足垫(5)通过球铰连接,以便万向足垫(5)旋转角度适应地形变化。
3.根据权利要求1所述的基于回转冲击式超声波钻的小行星表面三腿锚固装置,其特征在于,所述支撑架(3)的分支采用关节结构,用于支撑腿的折叠与收纳。
4.根据权利要求3所述的基于回转冲击式超声波钻的小行星表面三腿锚固装置,其特征在于,所述支撑架(3)的分支设置有两个关节。
5.根据权利要求1所述的基于回转冲击式超声波钻的小行星表面三腿锚固装置,其特征在于,所述支撑腿(4)的内部设置有三条成120°均匀布置的沿支撑腿方向的凹槽导轨,所述钻进锚固机构(2)安装于凹槽导轨上,所述凹槽导轨为钻进锚固机构(2)的钻进过程起导向作用。
6.根据权利要求1所述的基于回转冲击式超声波钻的小行星表面三腿锚固装置,其特征在于,所述钻进锚固机构(2)还包括电机支架(2‑5),所述电机支架(2‑5)与驱动电机(2‑
4)以及支撑腿(4)的内壁固定连接,用于支撑驱动电机(2‑4)。
7.根据权利要求1所述的基于回转冲击式超声波钻的小行星表面三腿锚固装置,其特征在于,所述超声波钻移动支架(2‑1‑9)的外部设置有导向块,所述超声波钻移动支架(2‑
1‑9)通过导向块与支撑腿(4)内部的凹槽导轨配合连接。
8.根据权利要求1所述的基于回转冲击式超声波钻的小行星表面三腿锚固装置,其特征在于,所述转子(2‑1‑6)与空心传动轴(2‑1‑11)通过键固定连接。
说明书 :
基于回转冲击式超声波钻的小行星表面三腿锚固装置
技术领域
背景技术
行星具有质量小、体积小、形状不规则、表面形貌特征不确知等特点,所以小行星探测器难
以在小行星表面着陆;此外,由于小行星表面的引力较小,探测器着陆成功后亦无法利用引
力与小行星建立稳定的联接,因此探测器在小行星表面进行探测取样时,由于受到小行星
反作用力的作用而从小行星表面弹起,无法顺利完成探测任务。目前只有舒梅克探测器成
功降落到爱神星表面,但因为舒梅克探测器并不是着陆探测器,所以并没有锚固装置将探
测器稳定固定在爱神星表面。
发明内容
后进行取样工作,本发明提出了一种基于单压电陶瓷叠堆作动回转冲击式超声波钻的小行
星表面三腿锚固装置,具有自排屑功能,提高了钻进效率,使小行星探测器快速固定在小行
星表面。
均匀设置,三个所述支撑腿分别固定于三个分支的底部,所述万向足垫设置于支撑腿的底
部,用于提高探测器的稳定性,所述支撑腿内部为中空结构,所述钻进锚固机构安装于支撑
腿的内部且一端从万向足垫穿出;所述钻进锚固机构包括冲击式超声波钻钻进单元、丝杠
螺母、联轴器、驱动电机和丝杠,所述丝杠通过丝杠螺母安装于冲击式超声波钻钻进单元和
联轴器之间,所述驱动电机通过联轴器带动丝杠驱动冲击式超声波钻钻进单元完成钻进与
锚固。
向作用。
传动轴;所述超声波钻移动支架后盖板与丝杠螺母通过螺钉固定连接,所述超声波钻移动
支架后盖板的中心设置有通孔,所述丝杠穿过通孔穿入空心传动轴,所述空心传动轴的前
端外周套固有变幅杆,所述变幅杆的后部外周依次套固有压电陶瓷叠堆和V型耦合振子,所
述压电陶瓷叠堆通过V型耦合振子压紧在变幅杆的大端面,所述转子套固于空心传动轴的
外周且位于V型耦合振子的后方,所述预紧弹簧与变幅杆的底部凸起连接,所述转子被预紧
弹簧压紧在V型耦合振子后端面,所述变幅杆的前端外周安装有超声波钻前罩,所述超声波
钻前罩的顶部设置有导向通孔,所述端盖固定于支撑腿的底部,所述万向足垫与端盖通过
球铰连接,所述钻杆位于变幅杆的前方并穿出导向通孔、端盖和万向足垫,所述空心传动轴
的一端与钻杆固定连接,另一端通过轴承与超声波钻移动支架后盖板配合连接,所述钻杆
回复弹簧安装在钻杆的根部与超声波钻前罩之间,将钻杆压紧在变幅杆顶部,所述超声波
钻移动支架与支撑腿内部的凹槽导轨配合连接,所述超声波钻前罩与超声波钻移动支架的
前端固定连接,所述超声波钻移动支架后盖板和超声波钻前罩分别与超声波钻移动支架固
定连接。
产生旋转运动,能够提高排屑速率,钻进效率高,缩短了小行星探测器在小行星表面进行固
定的时间。
器着陆后的姿态,同时支撑腿可以收拢,节省探测器的包络空间,空间利用率高。
能够保持平稳。
附图说明
杠;2‑7‑万向足垫;2‑1‑1‑钻杆;2‑1‑2‑钻杆回复弹簧;2‑1‑3‑变幅杆;2‑1‑4‑压电陶瓷叠
堆;2‑1‑5‑V型耦合振子;2‑1‑6‑转子;2‑1‑7‑超声波钻移动支架后盖板;2‑1‑8‑预紧弹簧;
2‑1‑9‑超声波钻移动支架;2‑1‑10‑超声波钻前罩;2‑1‑11‑空心传动轴;2‑1‑12‑端盖。
具体实施方式
和三个万向足垫5,所述支撑架3包括三个分支,所述三个分支间隔120°均匀设置,三个所述
支撑腿4分别固定于三个分支的底部,所述万向足垫5设置于支撑腿4的底部,用于提高探测
器的稳定性,所述支撑腿4内部为中空结构,所述钻进锚固机构2安装于支撑腿4的内部且一
端从万向足垫5穿出;
1和联轴器2‑3之间,所述驱动电机2‑4通过联轴器2‑3带动丝杠2‑6驱动冲击式超声波钻钻
进单元2‑1完成钻进与锚固。
2‑4和丝杠2‑6为供给单元,驱动电机2‑4为钻进单元提供动力,丝杠螺母2‑2、联轴器2‑3和
丝杠2‑6起传动作用。
稳定性。所述冲击式超声波钻钻进单元2‑1钻入小行星表面一定深度,使三个成120°均匀布
置的锚固支撑机构构成力封闭结构,起到锚固作用。
用。
声波钻移动支架2‑1‑9、超声波钻前罩2‑1‑10、空心传动轴2‑1‑11和端盖2‑1‑12;所述超声
波钻移动支架后盖板2‑1‑7与丝杠螺母2‑2通过螺钉固定连接,所述超声波钻移动支架后盖
板2‑1‑7的中心设置有通孔,所述丝杠2‑6穿过通孔穿入空心传动轴2‑1‑11,所述空心传动
轴2‑1‑11的前端外周套固有变幅杆2‑1‑3,所述变幅杆2‑1‑3的后部外周依次套固有压电陶
瓷叠堆2‑1‑4和V型耦合振子2‑1‑5,所述压电陶瓷叠堆2‑1‑4通过V型耦合振子2‑1‑5压紧在
变幅杆2‑1‑3的大端面,所述转子2‑1‑6套固于空心传动轴2‑1‑11的外周且位于V型耦合振
子2‑1‑5的后方,所述预紧弹簧2‑1‑8与变幅杆2‑1‑3的底部凸起连接,所述转子2‑1‑6被预
紧弹簧2‑1‑8压紧在V型耦合振子2‑1‑5后端面,所述变幅杆2‑1‑3的前端外周安装有超声波
钻前罩2‑1‑10,所述超声波钻前罩2‑1‑10的顶部设置有导向通孔,所述端盖2‑1‑12固定于
支撑腿4的底部,所述万向足垫5与端盖2‑1‑12通过球铰连接,所述钻杆2‑1‑1位于变幅杆2‑
1‑3的前方并穿出导向通孔、端盖2‑1‑12和万向足垫5,所述空心传动轴2‑1‑11的一端与钻
杆2‑1‑1固定连接,另一端通过轴承与超声波钻移动支架后盖板2‑1‑7配合连接,所述钻杆
回复弹簧2‑1‑2安装在钻杆2‑1‑1的根部与超声波钻前罩2‑1‑10之间,将钻杆2‑1‑1压紧在
变幅杆2‑1‑3顶部,所述超声波钻移动支架2‑1‑9与支撑腿4内部的凹槽导轨配合连接,所述
超声波钻前罩2‑1‑10与超声波钻移动支架2‑1‑9的前端固定连接,所述超声波钻移动支架
后盖板2‑1‑7和超声波钻前罩2‑1‑10分别与超声波钻移动支架2‑1‑9固定连接。
幅杆2‑1‑3同步工作在谐振状态;V型耦合振子2‑1‑5与转子2‑1‑6将纵向振动转变为纵扭复
合运动,在耦合振子的顶端形成了一个椭圆运动;由于V型耦合振子2‑1‑5与转子2‑1‑6之间
存在由预紧弹簧提供的预紧力,耦合振子与转子接触面之间产生了摩擦力。摩擦力驱动转
子2‑1‑6回转,并通过键传递给空心传动轴2‑1‑11,继而传递到钻杆2‑1‑1,使钻杆做回转运
动。
复到初始状态。
范围应该以权利要求书所界定的为准。