一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统

摘要

本发明涉及一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统，涉及星壤采样领域，机械臂与采样钻机移动机构固定连接，采样钻机可移动的安装于采样钻机移动机构上，采样管盘夹持机构的一端与机械臂的另一端铰接，采样管盘为至少两个，采样管盘夹持机构的另一端与其中任一个采样管盘可拆卸连接，可转动至采样钻机下方或远离采样钻机，每个采样管盘上均可拆卸连接有多个采样管，采样钻机可夹持任一个采样管并采样。采样管盘为可更换式，在采样任务中可以携带多个采样管盘，以增加携带的采样管数量，以此应对大跨度巡视范围的多地点灵活采样需求。降低了对机械臂的控制精度的要求，系统可靠性较高。

权利要求

1.一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统，其特征在于，包括采样钻机(1)、采样管盘(2)、采样管盘夹持机构(3)、采样钻机移动机构(4)、机械臂(5)和采样管(103)，所述机械臂(5)一端固定设置，其另一端与所述采样钻机移动机构(4)固定连接，所述采样钻机(1)可移动的安装于所述采样钻机移动机构(4)上，所述采样管盘夹持机构(3)的一端与所述机械臂(5)的另一端铰接，所述采样管盘(2)为至少两个，所述采样管盘夹持机构(3)的另一端与其中任一个所述采样管盘(2)可拆卸连接，并可转动至所述采样钻机(1)下方或远离所述采样钻机(1)，其中，每个所述采样管盘(2)上均可拆卸连接有多个所述采样管(103)，所述采样钻机(1)可夹持任一个所述采样管(103)并采样；

所述采样钻机(1)包括钻进电机(104)、采样管夹具和钻机壳体，所述钻机壳体可移动的安装于所述采样钻机移动机构(4)上，所述采样管夹具可转动的安装于所述钻机壳体内，所述钻进电机(104)与所述钻机壳体固定连接并与所述采样管夹具传动连接用于驱动其旋转，所述采样管夹具可夹持任一个所述采样管(103)；

所述采样管夹具包括电推杆(101)、钻机轴组件、卡指套管(106)、采样管夹具掌(109)、采样管夹具顶杆(111)、采样管夹具卡指(112)和弹簧，

所述电推杆(101)包括电推杆固定端和电推杆伸缩端，所述电推杆固定端与所述钻机壳体固定连接，所述电推杆伸缩端与所述卡指套管(106)转动连接并具有轴向限位，所述钻机轴组件可转动的安装于所述钻机壳体内，并与所述钻进电机(104)传动连接，所述钻机轴组件具有用于对所述采样管(103)周向限位的采样管周向限位部，所述卡指套管(106)同轴的设置于所述钻机轴组件内并可同步转动，所述采样管夹具掌(109)的一端与所述钻机轴组件固定连接，另一端伸入所述卡指套管(106)内，并与至少三个的所述采样管夹具卡指(112)的中部铰接，

所述采样管夹具顶杆(111)的一端与所述采样管夹具掌(109)的另一端固定连接，所述采样管夹具顶杆(111)的另一端具有顶杆限位部，所述弹簧套在所述采样管夹具顶杆(111)上，所述弹簧的一端与至少三个所述采样管夹具卡指(112)的一端抵接，所述弹簧的另一端与所述顶杆限位部抵接，至少三个所述采样管夹具卡指(112)的另一端可夹持任一个所述采样管(103)，所述顶杆限位部对所述采样管(103)轴向限位。

2.根据权利要求1所述的一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统，其特征在于，所述采样管夹具卡指(112)的另一端朝向所述采样管夹具掌(109)轴线的一侧具有卡指导向凸起(1121)，所述卡指导向凸起(1121)朝向和背向所述采样管夹具掌(109)的一侧分别具有第一导向斜面和第二导向斜面。

3.根据权利要求1所述的一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统，其特征在于，所述采样管夹具还包括电推杆连接轴(108)和两个连接轴安装轴承，所述电推杆连接轴(108)的一端具有连接轴限位凸起，所述电推杆连接轴(108)的一端通过两个所述连接轴安装轴承与所述电推杆伸缩端转动连接，两个所述连接轴安装轴承分别与所述连接轴限位凸起轴向的两端抵接，所述电推杆连接轴(108)的另一端与所述卡指套管(106)固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统，其特征在于，所述采样管盘(2)包括采样管盘底盘(201)和多个管盘采样管夹持组件，所述采样管盘夹持机构(3)的另一端与所述采样管盘底盘(201)可拆卸连接，多个所述管盘采样管夹持组件沿周向间隔设置并固定于所述采样管盘底盘(201)上，所述管盘采样管夹持组件与所述采样管(103)可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统，其特征在于，所述管盘采样管夹持组件包括管盘卡爪基座(202)、旋盖(203)和至少三个管盘卡爪(204)，所述管盘卡爪基座(202)与所述采样管盘底盘(201)固定连接，所述管盘卡爪基座(202)具有至少三个沿径向设置的卡爪导向槽，至少三个所述管盘卡爪(204)一一对应的滑动设置于所述卡爪导向槽内，每个所述管盘卡爪(204)具有卡爪导柱(2041)，所述旋盖(203)可转动的安装于所述管盘卡爪基座(202)上，且具有至少三个沿周向间隔设置的渐开线滑槽，所述旋盖(203)还具有用于对所述采样管(103)周向限位的旋盖限位部，至少三个所述卡爪导柱(2041)一一对应的伸入至少三个所述渐开线滑槽内。

6.根据权利要求1所述的一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统，其特征在于，所述采样管盘夹持机构(3)包括摇臂(301)和夹持头组件，所述摇臂(301)的一端与所述机械臂(5)的另一端铰接，所述摇臂(301)的另一端与所述夹持头组件转动连接，所述夹持头组件与其中一个所述采样管盘(2)可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统，其特征在于，所述夹持头组件包括夹持电机(302)、驱动块(303)、夹持推块(304)、夹持机构外壳(305)、夹爪(306)和夹爪限位件(307)，所述夹持机构外壳(305)与所述摇臂(301)的另一端转动连接，所述夹持电机(302)与所述夹持机构外壳(305)固定连接，且其输出轴与所述驱动块(303)固定连接，所述驱动块(303)、所述夹持推块(304)和所述夹爪(306)均位于所述夹持机构外壳(305)内，所述驱动块(303)与所述夹持推块(304)螺纹连接，所述夹持推块(304)与所述夹持机构外壳(305)沿轴向滑动连接，所述夹爪(306)为至少三个，至少三个所述夹爪(306)沿所述夹持推块(304)的周向间隔设置在所述夹持推块(304)上，并与所述夹持推块(304)沿径向滑动连接且轴向限位，所述夹持机构外壳(305)的上部为圆台形筒状，且侧壁设有至少三个条形的夹爪限位槽，所述夹爪限位件(307)为至少三个，每个所述夹爪(306)与一个所述夹爪限位件(307)的一端固定连接，每个所述夹爪限位件(307)的另一端一一对应的伸出所述夹爪限位槽，并具有夹爪限位部。

8.根据权利要求1‑7任一项所述的一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统，其特征在于，浅表层保序采样回收系统还包括采样管盘封装盒(6),所述采样管盘封装盒(6)包括盒体、盒盖和盒盖驱动电机，所述盒盖驱动电机固定于所述盒体上并与所述盒盖传动连接，所述盒体的其中一个侧壁具有盒体敞口，所述盒盖驱动电机可驱动所述盒盖敞开或封闭所述盒体敞口，所述盒体的底面具有避让口,其余所述采样管盘(2)容纳于固定设置的所述采样管盘封装盒(6)内。

说明书

一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统

技术领域

[0001] 本发明涉及星壤采样领域，具体涉及一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统。

背景技术

[0002] 地外行星探测具有十分重要的科学、军事以及政治意义，并且地外行星拥有的珍贵矿产资源有可能为解决地球资源短缺问题提供新方向，因此地外行星探测已成为国内外航天领域的研究热点，而地外行星采样是地外行星探测的重要手段之一。地外行星采样可大致分为浅层采样与深层采样，浅层采样主要利用搭载于探测车机械臂上的采样功能末端对深度1米以内的地外星壤及地外星岩进行挖掘、拾取、钻取，地外星壤对采样功能末端的作用主要体现在地外星壤对于机构表面的挤压与摩擦；深层采样则需要较为完备的支撑桁架上搭载经过特殊设计的钻头与钻杆来对深度1米以上的地外星壤进行钻取，深层采样过程中地外星壤与机构表面的作用也以挤压与摩擦为主，但是由于钻进过程中产生大量的热，导致采样机构外力载荷剧烈变化，导致作用过程更加复杂。浅层采样具有较高的灵活性，更加适用于获取分布范围较广的地外星壤样本，并且容易增加结构紧凑度，以便实现采样封装一体化，可以简化任务流程。

[0003] 月球是地球唯一的天然卫星，也是人类进行地外行星探索的第一步，对月球的采样与探测对地外行星采样具有重要的参考意义，目前完成月球采样返回任务的国家有美国、苏联与中国。

[0004] 苏联在1970年9月—1976年8月，先后利用月球‑16、月球‑20、月球‑24探测器完成3次无人月球采样返回任务，共带回月球土壤样品约330g。其中月球‑16、月球‑20探测器利用单自由度钻臂与空心钻管钻取月壤与月岩样品，月球‑24探测器则使用可沿导轨运动的钻机进行采样。

[0005] 阿波罗计划是美国从1967年到1972年实现的一系列载人登月任务，目的是实现载人登月以及人类对月球的实地考察，由宇航员操纵采样工具采集月壤样品，阿波罗11采样任务中宇航员将采样管敲入月壤完成采样过程，也使用其他的夹持工具与网兜工具拾取小块月岩，阿波罗15任务开始，宇航员使用旋转、振击相结合的手持钻进采样装置将组装钻杆钻入月壤，再利用撬棒拔出采样管回收月壤。

[0006] 中国的嫦娥五号探测器上，同时载有表取子系统与钻取子系统，其中表取子系统依靠鸟喙状铲挖工具挖掘月壤、夹取月岩；钻取子系统采用双管单袋的钻进取芯方案，钻探过程中从取样管内部提拉取芯软袋，将样品收集在取芯软袋内。

[0007] 现有技术中，可实现自动化采样的设备包括：

[0008] 一、主要面向火星采样的MRoSA2项目中的钻取采样子系统(DSS系统)，可以实现多个采样管连接采样。该方案使用丝杠驱动滑动部件沿滑轨平移，并在滑动部件上安装钻进电机驱动钻管主轴旋转，以实现钻进采样过程中下行动作与旋转动作的解耦。管盘中共有十根采样管，管盘在其中一处采样管的位置预留出通口以便采样管向下钻进，当其中一根采样管达到目标深度时，夹具电机驱动夹具将钻管夹紧，同时主轴与钻管断开连接并向上运动，管盘电机驱动管盘旋转，将新的采样管转到主轴下方，主轴向下运动与新的采样管连接后将新采样管上提一小段距离，管盘再次将通口旋转至主轴下方，以便于使用新钻管继续钻进或者与旧钻管进行连接，新旧钻管的连接依靠钻管口的螺旋槽完成，管口还有锥形面辅助定位，连接完成后锁紧弹簧在管内膨胀完成固定。主轴与钻管之间使用类似的连接方法，但是增加了可以主动驱动的楔形块，楔形块可以将C形环撑开扩张或放任其收缩，以此完成主轴与钻管之间的连接与断开，钻进状态下，由永磁体使楔形块维持在锁定状态，需要断开时由电磁螺线管吸引楔形块切换到断开状态。

[0009] 该方案存在以下技术问题：1.主轴与采样管之间的断开动作需要夹具夹紧采样管辅助完成，且管盘与采样管之间没有锁紧装置，因此无法将采样管回收至管盘。2.采样管盘机构与钻进系统连接在一起，因此只能携带一个采样管盘，无法实现管盘的更换，限制了任务中可以携带的采样管数量。3.主轴与采样管的连接处于永磁锁定状态下，需要永磁体提供足够大的力撑开C形环，但是永磁体吸力太大会导致需要断开时，电磁螺线管可能无法吸引楔形块移动至对应位置，并且在钻进过程中，样品中的磁性颗粒可能会吸附在永磁体上增加楔形块卡住的风险。

[0010] 二、ROPEC钻机系统采用了“One Bit‑One Core”方案，即一次采样过程结束后直接将钻管与管内样品一起回收并更换新的采样管，整个系统搭载在机械臂上。旋转执行器驱动齿轮组为钻管提供旋转，整个钻机安装于Z直线导轨上，电机驱动滚珠丝杠使钻机产生下行运动。振击执行器通过电机驱动凸轮旋转，使从动件振击块在螺旋钻输出轴上产生高频冲击载荷。钻进过程中，预载机构上的尖齿可以在刺入月表，保证导轨与月表保持相对静止，避免钻进过程中系统发生不必要的偏移。旋转执行器和振击执行器和丝杠导轨配合完成钻进过程。钻进采样完成后，钻管的双层偏心管构造可以将岩芯在采样管末端处剪断，由扭断执行器使采样管内外套筒发生相对转动，岩芯在管口处被剪切断裂并保存在采样管中。当采样结束后，机械臂将钻机系统移动至样品缓存系统并与其对接，推杆执行器将采样管推出，存入样品缓存系统，并由样品缓存系统更换新钻管，推杆后段为螺杆，通过电机驱动顶出。

[0011] 该方案存在以下技术问题：1.整体包络体积较大。2.在更换采样管时需要与复杂程度较高的样品缓存系统对接，样品缓存系统本身的可靠性也会影响整个采样回收过程的成功率。该方案对搭载钻机系统的机械臂在自由度与控制精度方面也提出了很高的要求，致使整个采样系统的可靠程度降低。

发明内容

[0012] 本发明所要解决的技术问题是如何增加可以携带的采样管数量并实现自动更换及回收采样管的功能，同时保证系统的可靠性与紧凑性。

[0013] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统，包括采样钻机、采样管盘、采样管盘夹持机构、采样钻机移动机构、机械臂和采样管，

[0014] 所述机械臂一端固定设置，其另一端与所述采样钻机移动机构固定连接，所述采样钻机可移动的安装于所述采样钻机移动机构上，所述采样管盘夹持机构的一端与所述机械臂的另一端铰接，所述采样管盘为至少两个，所述采样管盘夹持机构的另一端与其中任一个所述采样管盘可拆卸连接，并可转动至所述采样钻机下方或远离所述采样钻机，

[0015] 其中，每个所述采样管盘上均可拆卸连接有多个所述采样管，所述采样钻机可夹持任一个所述采样管并采样。

[0016] 本发明的有益效果是：采样钻机移动机构带动采样钻机上下移动，采样钻机夹持采样管旋转，以钻采方式取样，在将星壤样品保存在采样管内的同时，还可保存其层序信息。采样完成后，将已采样的采样管放回采样管盘，并夹持采样管盘上还未采样的采样管。采样管盘上所有采样管均完成采样后，机械臂将该采样管盘放下，并取出新的采样管盘及采样管，继续采样。采样回收系统的采样管盘为可更换式，在采样任务中可以携带多个采样管盘，以增加携带的采样管数量，保证采样管数量充足，以此应对大跨度巡视范围的多地点灵活采样需求，避免为了携带更多采样管而将单个采样管盘设计的过大。浅表层保序采样回收系统可实现自动更换及回收采样管，结构紧凑。相比于ROPEC钻机系统的每次更换采样管均需要机械臂操作来说，本发明减少了机械臂的操作频次，降低了对机械臂的控制精度的要求，系统可靠性较高。

[0017] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

[0018] 进一步，所述采样钻机包括钻进电机、采样管夹具和钻机壳体，所述钻机壳体可移动的安装于所述采样钻机移动机构上，所述采样管夹具可转动的安装于所述钻机壳体内，所述钻进电机与所述钻机壳体固定连接并与所述采样管夹具传动连接用于驱动其旋转，所述采样管夹具可夹持任一个所述采样管。

[0019] 采用上述进一步方案的有益效果是：钻进电机带动采样管夹具转动，采样管夹具夹持采样管，从而采样管可实现钻进采样。

[0020] 进一步，所述采样管夹具包括电推杆、钻机轴组件、卡指套管、采样管夹具掌、采样管夹具顶杆、采样管夹具卡指和弹簧，

[0021] 所述电推杆包括电推杆固定端和电推杆伸缩端，所述电推杆固定端与所述钻机壳体固定连接，所述电推杆伸缩端与所述卡指套管转动连接并具有轴向限位，

[0022] 所述钻机轴组件可转动的安装于所述钻机壳体内，并与所述钻进电机传动连接，所述钻机轴组件具有用于对所述采样管周向限位的采样管周向限位部，所述卡指套管同轴的设置于所述钻机轴组件内并可同步转动，

[0023] 所述采样管夹具掌的一端与所述钻机轴组件固定连接，另一端伸入所述卡指套管内，并与至少三个的所述采样管夹具卡指的中部铰接，

[0024] 所述采样管夹具顶杆的一端与所述采样管夹具掌的另一端固定连接，所述采样管夹具顶杆的另一端具有顶杆限位部，所述弹簧套在所述采样管夹具顶杆上，所述弹簧的一端与至少三个所述采样管夹具卡指的一端抵接，所述弹簧的另一端与所述顶杆限位部抵接，至少三个所述采样管夹具卡指的另一端可夹持任一个所述采样管，所述顶杆限位部对所述采样管轴向限位。

[0025] 采用上述进一步方案的有益效果是：电推杆带动卡指套管轴向移动，实现松开采样管夹具卡指或对采样管夹具卡指进行约束并加紧采样管。钻机轴组件的采样管周向限位部对所述采样管周向限位，承受采样过程中的扭矩，采样管夹具卡指不易失效，可靠性高。由于弹簧对采样管夹具卡指的一端施加弹性力，因此采样管夹具卡指在不受卡指套管约束时，也保持在夹持状态，但夹紧力较小，采样管在外力作用下可从至少三个采样管夹具卡指中拆卸或装入采样管夹具卡指，在不受外力时不会脱落，采样管夹具卡指夹持可靠性高。

[0026] 进一步，所述采样管夹具卡指的另一端朝向所述采样管夹具掌轴线的一侧具有卡指导向凸起，所述卡指导向凸起朝向和背向所述采样管夹具掌的一侧分别具有第一导向斜面和第二导向斜面。

[0027] 采用上述进一步方案的有益效果是：采样管夹具卡指在不受卡指套管约束时，若将采样管装入至少三个采样管夹具卡指之间，只需采样管在外力作用下向至少三个采样管夹具卡指之间推动，采样管的夹持端部推动第一导向斜面，从而使至少三个采样管夹具卡指克服弹簧弹性张开，采样管的夹持端部进入至少三个采样管夹具卡指之间后，至少三个采样管夹具卡指在弹簧弹性力作用下复位并夹持采样管的夹持端部。在需要将采样管拆出时，采样管在外力作用下推动第二导向斜面，从而使至少三个采样管夹具卡指克服弹簧弹性张开，采样管脱出后，至少三个采样管夹具卡指在弹簧弹性力作用下复位等待下一次夹持动作。

[0028] 进一步，所述采样管夹具还包括电推杆连接轴和两个连接轴安装轴承，所述电推杆连接轴的一端具有连接轴限位凸起，所述电推杆连接轴的一端通过两个所述连接轴安装轴承与所述电推杆伸缩端转动连接，两个所述连接轴安装轴承分别与所述连接轴限位凸起轴向的两端抵接，所述电推杆连接轴的另一端与所述卡指套管固定连接。

[0029] 采用上述进一步方案的有益效果是：电推杆连接轴通过两个连接轴安装轴承与电推杆伸缩端连接，从而只传递轴向的推拉力而不传递扭矩，电推杆免受扭矩，避免机械损伤。电推杆连接轴带动所述卡指套管轴向移动。

[0030] 进一步，所述采样管盘包括采样管盘底盘和多个管盘采样管夹持组件，所述采样管盘夹持机构的另一端与所述采样管盘底盘可拆卸连接，多个所述管盘采样管夹持组件沿周向间隔设置并固定于所述采样管盘底盘上，所述管盘采样管夹持组件与所述采样管可拆卸连接。

[0031] 采用上述进一步方案的有益效果是：管盘采样管夹持组件用于对采样管保管和限位，采样管盘夹持机构夹持采样管盘底盘。

[0032] 进一步，所述管盘采样管夹持组件包括管盘卡爪基座、旋盖和至少三个管盘卡爪，所述管盘卡爪基座与所述采样管盘底盘固定连接，所述管盘卡爪基座具有至少三个沿径向设置的卡爪导向槽，至少三个所述管盘卡爪一一对应的滑动设置于所述卡爪导向槽内，每个所述管盘卡爪具有卡爪导柱，所述旋盖可转动的安装于所述管盘卡爪基座上，且具有至少三个沿周向间隔设置的渐开线滑槽，所述旋盖还具有用于对所述采样管周向限位的旋盖限位部，至少三个所述卡爪导柱一一对应的伸入至少三个所述渐开线滑槽内。

[0033] 采用上述进一步方案的有益效果是：采样管放入旋盖后，在旋盖限位部限位作用下，采样管在采样钻机带动下旋转，从而旋盖随之同步旋转，卡爪导柱在渐开线滑槽导向下使管盘卡爪沿卡爪导向槽滑动，从而可实现管盘卡爪夹紧或松开采样管。管盘采样管夹持组件无需使用电驱部件，减少空间浪费，降低控制难度，增加管盘采样管夹持组件可靠性。

[0034] 进一步，所述采样管盘夹持机构包括摇臂和夹持头组件，所述摇臂的一端与所述机械臂的另一端铰接，所述摇臂的另一端与所述夹持头组件转动连接，所述夹持头组件与其中一个所述采样管盘可拆卸连接。

[0035] 采用上述进一步方案的有益效果是：利用摇臂配合采样钻机更换采样管，夹持头组件可转动，从而可将采样管盘上不同位置的采样管或容纳采样管的空位转动到采样钻机的采样管夹具正下方。

[0036] 进一步，所述夹持头组件包括夹持电机、驱动块、夹持推块、夹持机构外壳、夹爪和夹爪限位件，

[0037] 所述夹持机构外壳与所述摇臂的另一端转动连接，所述夹持电机与所述夹持机构外壳固定连接，且其输出轴与所述驱动块固定连接，所述驱动块、所述夹持推块和所述夹爪均位于所述夹持机构外壳内，所述驱动块与所述夹持推块螺纹连接，所述夹持推块与所述夹持机构外壳沿轴向滑动连接，所述夹爪为至少三个，至少三个所述夹爪沿所述夹持推块的周向间隔设置在所述夹持推块上，并与所述夹持推块沿径向滑动连接且轴向限位，所述夹持机构外壳的上部为圆台形筒状，且侧壁设有至少三个条形的夹爪限位槽，所述夹爪限位件为至少三个，每个所述夹爪与一个所述夹爪限位件的一端固定连接，每个所述夹爪限位件的另一端一一对应的伸出所述夹爪限位槽，并具有夹爪限位部。

[0038] 采用上述进一步方案的有益效果是：夹持电机带动驱动块旋转，使夹持推块沿其轴向移动，从而使至少三个所述夹爪在夹持机构外壳和夹爪限位件的导向作用下张开或合拢，实现对采样管盘的松开或夹紧。采用了至少三个夹爪共同夹取方式，具有自定心性质，机构简单可靠，依靠单个夹持电机驱动即可完成夹紧、松开的动作。

[0039] 进一步，浅表层保序采样回收系统还包括采样管盘封装盒6,所述采样管盘封装盒包括盒体、盒盖和盒盖驱动电机，所述盒盖驱动电机固定于所述盒体上并与所述盒盖传动连接，所述盒体的其中一个侧壁具有盒体敞口，所述盒盖驱动电机可驱动所述盒盖敞开或封闭所述盒体敞口，所述盒体的底面具有避让口,其余所述采样管盘容纳于固定设置的所述采样管盘封装盒内。

[0040] 采用上述进一步方案的有益效果是：更换采样管盘时，盒盖驱动电机驱动盒盖打开，采样管盘夹持机构配合机械臂将采样管盘放入盒体的预留空位，避让口用于避让采样管盘夹持机构，便其将采样管盘经过盒体敞口平稳放入盒体，随后采样管盘夹持机构松开采样管盘，将采样管盘留在盒体内，盒盖驱动电机驱动盒盖关闭，完成采样管盘的封装回收。更换新的采样管盘时，采样管盘夹持机构从采样管盘封装盒下方避让口夹紧新的采样管盘，将其取出完成更换。

[0041] 本发明所针对的使用场景为跟随探测车在地外行星表面进行多地点灵活采样，机械臂为探测车的机械臂，或者整个采样体统搭载于探测车身上，对地外行星表层星壤进行采样回收工作。本发明所针对的样品种类主要为非固结性星壤，抗压强度为1ksi至2.9ksi，孔隙比范围为0.75至1.0，粒径分布为42μm至400μm，采样管直径分布范围是20mm至80mm，采样深度范围为10mm至50mm，单次任务可携带采样管数量为20至50个。本发明采用的钻采式采样方法，可以在收集地外行星浅层星壤的同时，保存其层序信息，对后续研究具有重要意义。

[0042] 本发明可以完成自动安装采样管、钻取样品、将采样管及管内样品回收至采样管盘原位、更换采样管的采样任务要求，并且本发明还设计了可更换的采样管盘，可以在单次任务中携带多个采样管盘以增加采样管数量，同时不至于使单个采样管盘包络体积过大，在以上前提下保证机构紧凑度与轻量化。

附图说明

[0043] 图1为本发明钻进采样状态下的地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统的结构示意图；

[0044] 图2为本发明上提采样钻机状态下的地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统的结构示意图；

[0045] 图3为本发明回收及更换采样管状态下的地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统的结构示意图；

[0046] 图4为本发明采样钻机夹持采样管时的结构图；

[0047] 图5为本发明采样钻机的内部结构图；

[0048] 图6为本发明采样管夹具卡指连接结构的局部放大图；

[0049] 图7为本发明采样管盘的结构图；

[0050] 图8为本发明旋盖的结构图；

[0051] 图9为本发明管盘卡爪的安装结构图；

[0052] 图10为本发明采样管盘夹持机构的结构图；

[0053] 图11为本发明采样管盘夹持机构的内部结构图；

[0054] 图12为本发明采样管盘封装盒的结构图。

[0055] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：

[0056] 1、采样钻机；101、电推杆；102、钻机主轴；103、采样管；104、钻进电机；105、主轴端盖；106、卡指套管；107、主轴后盖；108、电推杆连接轴；109、采样管夹具掌；110、滑动推块；111、采样管夹具顶杆；112、采样管夹具卡指；1121、卡指导向凸起；

[0057] 2、采样管盘；201、采样管盘底盘；202、管盘卡爪基座；203、旋盖；204、管盘卡爪；2041、卡爪导柱；205、碰珠；

[0058] 3、采样管盘夹持机构；301、摇臂；302、夹持电机；303、驱动块；304、夹持推块；305、夹持机构外壳；306、夹爪；307、夹爪限位件；

[0059] 4、采样钻机移动机构；

[0060] 5、机械臂；

[0061] 6、采样管盘封装盒。

具体实施方式

[0062] 以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0063] 如图1‑图12所示，本实施例提供一种地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统，包括采样钻机1、采样管盘2、采样管盘夹持机构3、采样钻机移动机构4、机械臂5和采样管103，

[0064] 所述机械臂5一端固定设置，其另一端与所述采样钻机移动机构4固定连接，所述采样钻机1可移动的安装于所述采样钻机移动机构4上，所述采样管盘夹持机构3的一端与所述机械臂5的另一端铰接，所述采样管盘2为至少两个，所述采样管盘夹持机构3的另一端与其中任一个所述采样管盘2可拆卸连接，并可转动至所述采样钻机1下方或远离所述采样钻机1，

[0065] 其中，每个所述采样管盘2上均可拆卸连接有多个所述采样管103，所述采样钻机1可夹持任一个所述采样管103并采样。

[0066] 在本实施例中，采样钻机移动机构4带动采样钻机1上下移动，采样钻机1夹持采样管103旋转，以钻采方式取样，在将星壤样品保存在采样管103内的同时，还可保存其层序信息。采样完成后，将已采样的采样管103放回采样管盘2，并夹持采样管盘2上还未采样的采样管103。采样管盘2上所有采样管103均完成采样后，机械臂5将该采样管盘2放下或存入采样管盘封装盒6，取出新的采样管盘2及采样管103，继续采样。采样回收系统的采样管盘2为可更换式，在采样任务中可以携带多个采样管盘2，以增加携带的采样管103数量，保证采样管103数量充足，以此应对大跨度巡视范围的多地点灵活采样需求，避免为了携带更多采样管103而将单个采样管盘设计的过大。浅表层保序采样回收系统可实现自动更换及回收采样管，结构紧凑。相比于ROPEC钻机系统的每次更换采样管103均需要机械臂操作来说，本发明减少了机械臂5的操作频次，降低了对机械臂5的控制精度的要求，系统可靠性较高。

[0067] 其中，所述采样管103可选用现有采样管实现，其下端管口具有切削刃，采样钻机移动机构4带着采样钻机1向下移动且采样钻机1带动采样管103转动时，切削刃可向星壤内钻进。采样管103内部具有用于容纳星壤的管腔。如图5‑图7所示，采样管103的上端设有具有缩颈结构的夹持部，采样钻机1夹持所述夹持部从而带动采样管103移动。并且，如图7所示，采样管103上端侧壁具有采样管凸起，采样管凸起用于与采样钻机1卡接，实现周向限位，以便于采样钻机1与采样管103传递扭矩，而带动采样管103绕自身轴线转动。在其中一个实施例中，采样管凸起位于夹持部的下方侧壁。

[0068] 其中，本实施例地外行星非固结性星壤的浅表层保序采样回收系统可独立组装并整体安装于探测车上；或者，机械臂5直接使用探测车上已有的机械臂，将采样管盘夹持机构3和采样钻机移动机构4固定于探测车的机械臂上，采样管盘封装盒6固定于探测车上。

[0069] 在其中一个具体的实施例中，采样钻机移动机构4包括导轨，导轨上滑动设有滑块，滑块与丝杠螺纹传动，丝杠通过丝杠电机驱动，采样钻机1与滑块固定连接，从而可沿导轨直线往复滑动。所述机械臂5的另一端与所述导轨固定连接。可替代的，采样钻机移动机构4也可以采用其他可实现的直线往复移动的机构。

[0070] 如图1‑图3以及图12所示，浅表层保序采样回收系统的工作步骤主要包括钻进采样、上提采样钻机1、回收及更换采样管103和回收或更换采样管盘2。

[0071] 钻进采样过程中，机械臂5将除采样管盘封装盒6以外的其他机构移动至采样任务位置，采样钻机移动机构4驱动采样钻机1下行，采样钻机1为采样管103提供旋转，进行采样。

[0072] 完成采样后，采样钻机移动机构4驱动采样钻机1上行，将采样管103从地外行星表面的星壤中拔出。

[0073] 采样管盘夹持机构3绕其与机械臂5的铰接轴转动，从而将采样管盘2移动至采样钻机1下方，采样钻机1配合采样管盘2开始回收及更换采样管103；采样管103更换完成后，采样管盘夹持机构3将采样管盘2从采样钻机1的下行路径上移开，开始下一轮工作流程。

[0074] 在上述技术方案的基础上，所述采样钻机1包括钻进电机104、采样管夹具和钻机壳体，所述钻机壳体可移动的安装于所述采样钻机移动机构4上，所述采样管夹具可转动的安装于所述钻机壳体内，所述钻进电机104与所述钻机壳体固定连接并与所述采样管夹具传动连接用于驱动其旋转，所述采样管夹具可夹持任一个所述采样管103。

[0075] 钻进电机104带动采样管夹具转动，采样管夹具夹持采样管103，从而采样管103可实现钻进采样。

[0076] 在上述技术方案的基础上，可选的，采样管夹具可以采用机械手等现有夹持结构；或者，

[0077] 可选的，所述采样管夹具包括电推杆101、钻机轴组件、卡指套管106、采样管夹具掌109、采样管夹具顶杆111、采样管夹具卡指112和弹簧，

[0078] 所述电推杆101包括电推杆固定端和电推杆伸缩端，所述电推杆固定端与所述钻机壳体固定连接，所述电推杆伸缩端与所述卡指套管106转动连接并具有轴向限位，

[0079] 所述钻机轴组件可转动的安装于所述钻机壳体内，并与所述钻进电机104传动连接，所述钻机轴组件具有用于对所述采样管103周向限位的采样管周向限位部，所述卡指套管106同轴的设置于所述钻机轴组件内并可同步转动，

[0080] 所述采样管夹具掌109的一端与所述钻机轴组件固定连接，另一端伸入所述卡指套管106内，并与至少三个的所述采样管夹具卡指112的中部铰接，

[0081] 所述采样管夹具顶杆111的一端与所述采样管夹具掌109的另一端固定连接，所述采样管夹具顶杆111的另一端具有顶杆限位部，所述弹簧套在所述采样管夹具顶杆111上，所述弹簧的一端与至少三个所述采样管夹具卡指112的一端抵接，所述弹簧的另一端与所述顶杆限位部抵接，至少三个所述采样管夹具卡指112的另一端可夹持任一个所述采样管103，所述顶杆限位部对所述采样管103轴向限位。

[0082] 电推杆101带动卡指套管106轴向移动，实现松开采样管夹具卡指112或对采样管夹具卡指112进行约束并加紧采样管103。钻机轴组件的采样管周向限位部对所述采样管103周向限位，承受采样过程中的扭矩，采样管夹具卡指112不易失效，可靠性高。由于弹簧对采样管夹具卡指112的一端施加弹性力，因此采样管夹具卡指112在不受卡指套管106约束时，也保持在夹持状态，但夹紧力较小，采样管103在外力作用下可从至少三个采样管夹具卡指112中拆卸或装入采样管夹具卡指112，在不受外力时不会脱落，采样管夹具卡指112夹持可靠性高。

[0083] 其中，采样管周向限位部为与所述采样管凸起相适配并可周向抵接限位的凸起或凹槽。

[0084] 具体的，所述钻机轴组件可以为一体成型的结构，或者，如图5所示，所述钻机轴组件包括同轴设置并固定连接的钻机主轴102和主轴后盖107，钻机主轴102具有所述采样管周向限位部。

[0085] 其中，所述卡指套管106同轴的设置于所述钻机轴组件内并可同步转动，具体为，卡指套管106的四周设有向上延伸的多个套管延伸杆，套管延伸杆可滑动的穿过主轴后盖107，从而可以沿轴向移动，且主轴后盖107对其实现周向的限位，可以带动其同步转动。

[0086] 可选的，钻机壳体上还固定连接有主轴端盖105，钻机轴组件通过轴承可转动的穿过主轴端盖105。

[0087] 可选的，采样管夹具还包括滑动推块110，滑动推块110套在采样管夹具顶杆111上，弹簧的一端通过所述滑动推块110与至少三个所述采样管夹具卡指112的一端抵接。

[0088] 其中，所述采样管夹具卡指112可以为三个、四个、五个或者更多。在其中一个实施例中，至少三个的所述采样管夹具卡指112围绕采样管夹具掌109的轴线在周向上均匀分布。具体的，如图6所示，采样管夹具卡指112为L形结构，其中部弯折，其一端位于弹簧和采样管夹具掌109另一端端面之间，采样管夹具卡指112的另一端的外侧壁用于与卡指套管106内壁抵接并被其收拢。

[0089] 在上述任一方案的基础上，如图6所示，所述采样管夹具卡指112的另一端朝向所述采样管夹具掌109轴线的一侧具有卡指导向凸起1121，所述卡指导向凸起1121朝向和背向所述采样管夹具掌109的一侧分别具有第一导向斜面和第二导向斜面。

[0090] 采样管夹具卡指112在不受卡指套管106约束时，若将采样管103装入至少三个采样管夹具卡指112之间，只需采样管103在外力作用下向至少三个采样管夹具卡指112之间推动，采样管103的夹持端部推动第一导向斜面，从而使至少三个采样管夹具卡指112克服弹簧弹性张开，采样管103的夹持端部进入至少三个采样管夹具卡指112之间后，至少三个采样管夹具卡指112在弹簧弹性力作用下复位并夹持采样管103的夹持端部。在需要将采样管103拆出时，采样管103在外力作用下推动第二导向斜面，从而使至少三个采样管夹具卡指112克服弹簧弹性张开，采样管103脱出后，至少三个采样管夹具卡指112在弹簧弹性力作用下复位等待下一次夹持动作。

[0091] 优选的，采样管103的夹持部的下侧设置与第一导向斜面相适配并可抵接的采样管斜面，从而便于采样管103向下脱出采样管夹具卡指112的夹持。

[0092] 在上述任一方案的基础上，所述采样管夹具还包括电推杆连接轴108和两个连接轴安装轴承，所述电推杆连接轴108的一端具有连接轴限位凸起，所述电推杆连接轴108的一端通过两个所述连接轴安装轴承与所述电推杆伸缩端转动连接，两个所述连接轴安装轴承分别与所述连接轴限位凸起轴向的两端抵接，所述电推杆连接轴108的另一端与所述卡指套管106固定连接。

[0093] 电推杆连接轴108通过两个连接轴安装轴承与电推杆伸缩端连接，从而只传递轴向的推拉力而不传递扭矩，电推杆101免受扭矩，避免机械损伤。电推杆连接轴108带动所述卡指套管106轴向移动。

[0094] 在其中一个具体的实施例中，采样钻机1的工作原理为：钻进电机104通过齿轮组驱动钻机主轴102旋转，钻机主轴102通过采样管周向限位部和采样管103外壁的采样管凸起为采样管103传递扭矩，钻机主轴102与主轴端盖105通过推力球轴承转动连接并定心，电推杆101与电推杆连接轴108通过两个推力球轴承(在本实施例中连接轴安装轴承选用推力球轴承)连接，只传递轴向的运动，不传递旋转，卡指套管106与电推杆连接轴108通过螺母固连，采样管夹具掌109与主轴后盖107通过螺纹固连，采样管夹具卡指112与采样管夹具掌109之间通过销轴铰接，采样管夹具卡指112可绕销转动完成张开与收拢的动作，采样管夹具顶杆111与采样管夹具掌109通过螺纹固连，滑动推块110可沿采样管夹具顶杆111滑动且两者之间通过弹簧预紧，滑动推块110与每个采样管夹具卡指112上端保持点接触，使各个采样管夹具卡指112的转动角度保持同步。当钻进电机104驱动钻机主轴102转动时，卡指套管106、主轴后盖107、电推杆连接轴108、采样管夹具掌109、采样管夹具顶杆111、采样管夹具卡指112、采样管103都与钻机主轴102保持同步转动。

[0095] 在钻进采样过程开始前，电推杆101推动电推杆连接轴108与卡指套管106向下运动，使卡指套管106将采样管夹具卡指112约束在收拢状态，采样管夹具顶杆111端面与采样管夹具卡指112共同将采样管103上端的夹持部夹紧，开始钻进过程。回收及更换采样管103过程中，电推杆101拉动电推杆连接轴108与卡指套管106向上运动，卡指套管106脱离采样管夹具卡指112，滑动推块110在弹簧作用下为采样管夹具卡指112一端提供向上推力，使采样管夹具卡指112在不受卡指套管106约束的情况下仍然保持自然收拢状态，但是对采样管103夹紧力很小，此时当采样管盘2为采样管103提供向下的拉力时(采样管盘2夹持住采样管103下端，采样钻机移动机构4带动采样钻机1向上移动)可以使采样管103顺利脱出，脱出后采样管夹具卡指112在弹簧作用下仍回到自然收拢状态。当新的采样管103夹持部向上运动时，可以通过采样管夹具卡指112下端的第一导向斜面将所有采样管夹具卡指112顶开为张开状态，新采样管103与采样管夹具顶杆111底面接触后，采样管夹具卡指112再次自然收拢，准备进入下一个工作循环。

[0096] 在上述任一方案的基础上，所述采样管盘2包括采样管盘底盘201和多个管盘采样管夹持组件，所述采样管盘夹持机构3的另一端与所述采样管盘底盘201可拆卸连接，多个所述管盘采样管夹持组件沿周向间隔设置并固定于所述采样管盘底盘201上，所述管盘采样管夹持组件与所述采样管103可拆卸连接。

[0097] 管盘采样管夹持组件用于对采样管103保管和限位，采样管盘夹持机构3夹持采样管盘底盘201。

[0098] 在上述任一方案的基础上，可选的，管盘采样管夹持组件可以采用机械爪或者其他可用于夹持的组件；或者，

[0099] 可选的，所述管盘采样管夹持组件包括管盘卡爪基座202、旋盖203和至少三个管盘卡爪204，所述管盘卡爪基座202与所述采样管盘底盘201固定连接，所述管盘卡爪基座202具有至少三个沿径向设置的卡爪导向槽，至少三个所述管盘卡爪204一一对应的滑动设置于所述卡爪导向槽内，每个所述管盘卡爪204具有卡爪导柱2041，所述旋盖203可转动的安装于所述管盘卡爪基座202上，且具有至少三个沿周向间隔设置的渐开线滑槽，所述旋盖
203还具有用于对所述采样管103周向限位的旋盖限位部，至少三个所述卡爪导柱2041一一对应的伸入至少三个所述渐开线滑槽内。

[0100] 采样管103放入旋盖203后，在旋盖限位部限位作用下，采样管103在采样钻机1带动下旋转，从而旋盖203随之同步旋转，卡爪导柱2041在渐开线滑槽导向下使管盘卡爪204沿卡爪导向槽滑动，从而可实现管盘卡爪204夹紧或松开采样管103。管盘采样管夹持组件无需使用电驱部件，减少空间浪费，降低控制难度，增加管盘采样管夹持组件可靠性。

[0101] 其中，管盘卡爪204可以为三个、四个或者更多，在其中一个实施例中，管盘卡爪204为三个。在其中一个实施例中，至少三个卡爪导向槽在管盘卡爪基座202周向均匀分布。

[0102] 其中，旋盖限位部为与所述采样管的切削刃相适配并可周向抵接限位的凸起或凹槽。

[0103] 可选的，旋盖203还具有至少三个圆弧槽，圆弧槽与旋盖203转动轴线同轴，且圆弧槽的半径等于圆弧槽到旋盖203轴线的距离，至少三个圆弧槽与至少三个渐开线滑槽一一对应设置，且与相应渐开线滑槽靠近旋盖203转动轴线的一端端部相连通。

[0104] 在其中一个实施例中，至少三个所述渐开线滑槽在旋盖203周向均匀分布。

[0105] 可选的，每个管盘卡爪204朝向旋盖203转动轴线的一侧还固定有碰珠205。

[0106] 在其中一个具体的实施例中，管盘采样管夹持组件的原理和工作过程为：采样管盘底盘201与管盘卡爪基座202通过螺钉固连，旋盖203与管盘卡爪基座202之间通过两个推力球轴承连接约束轴向自由度，只发生相对转动，管盘卡爪204可沿管盘卡爪基座202上的卡爪导向槽进行径向滑动，旋盖203底面的渐开线滑槽和圆弧槽与管盘卡爪204上的卡爪导柱2041组成滑槽滑块配合，卡爪导柱2041沿渐开线滑槽滑动时，管盘卡爪204沿卡爪导向槽径向平移，当卡爪导柱2041在圆弧槽滑动时，管盘卡爪204不沿径向移动。碰珠205与管盘卡爪204之间使用螺纹连接固连。

[0107] 钻进采样过程中，管盘卡爪204的卡爪导柱2041在旋盖203的圆弧槽内，管盘卡爪204受到径向限位而无法沿径向移动，管盘卡爪204处于锁定状态，通过碰珠205钳住采样管
103管口附近的凹槽处，使未经使用的采样管103保持固定。进入回收及更换采样管过程中后，采样钻机移动机构4控制采样钻机1使采样管103与空余的旋盖203接触并旋转采样管
103，通过采样管103的切削刃与旋盖203中的旋盖限位部传递扭矩使旋盖203同步旋转，管盘卡爪204的卡爪导柱2041沿旋盖203的渐开线滑槽滑动，管盘卡爪204沿管盘卡爪基座202的卡爪导向槽向内移动，当卡爪导柱2041从渐开线滑槽滑入圆弧槽时，受到径向限位，管盘卡爪204将采样管103锁定，此时卡指套管106与采样管夹具卡指112处于脱开状态，采样钻机1上行运动可将包含样品的采样管103留在采样管盘2内，完成回收。更换新采样管103时，先由卡指套管106与采样管夹具卡指112处在约束状态，将采样管103夹紧，然后开始旋转采样管103与旋盖203，使卡爪导柱2041从旋盖203的圆弧槽滑入渐开线滑槽，管盘卡爪204沿径向向外移动，松开新的采样管103，进入下一个工作循环。

[0108] 在上述任一方案的基础上，所述采样管盘夹持机构3包括摇臂301和夹持头组件，所述摇臂301的一端与所述机械臂5的另一端铰接，所述摇臂301的另一端与所述夹持头组件转动连接，所述夹持头组件与其中一个所述采样管盘2可拆卸连接。

[0109] 利用摇臂301配合采样钻机1更换采样管103，夹持头组件可转动，从而可将采样管盘2上不同位置的采样管103或容纳采样管103的空位转动到采样钻机1的采样管夹具正下方。

[0110] 具体的，采样管盘2的底面可设置用于夹持头组件进行夹持的管盘夹持部，管盘夹持部可以为柱状或者为具有缩颈结构的块状。

[0111] 具体的，摇臂301与摇臂电机传动连接，摇臂电机驱动摇臂301摆动。

[0112] 在上述任一方案的基础上，所述夹持头组件包括夹持电机302、驱动块303、夹持推块304、夹持机构外壳305、夹爪306和夹爪限位件307，

[0113] 所述夹持机构外壳305与所述摇臂301的另一端转动连接，所述夹持电机302与所述夹持机构外壳305固定连接，且其输出轴与所述驱动块303固定连接，所述驱动块303、所述夹持推块304和所述夹爪306均位于所述夹持机构外壳305内，所述驱动块303与所述夹持推块304螺纹连接，所述夹持推块304与所述夹持机构外壳305沿轴向滑动连接，所述夹爪306为至少三个，至少三个所述夹爪306沿所述夹持推块304的周向间隔设置在所述夹持推块304上，并与所述夹持推块304沿径向滑动连接且轴向限位，所述夹持机构外壳305的上部为圆台形筒状，且侧壁设有至少三个条形的夹爪限位槽，所述夹爪限位件307为至少三个，每个所述夹爪306与一个所述夹爪限位件307的一端固定连接，每个所述夹爪限位件307的另一端一一对应的伸出所述夹爪限位槽，并具有夹爪限位部。

[0114] 夹持电机302带动驱动块303旋转，使夹持推块304沿其轴向移动，从而使至少三个所述夹爪306在夹持机构外壳305和夹爪限位件307的导向作用下张开或合拢，实现对采样管盘2的松开或夹紧。采用了至少三个夹爪306共同夹取方式，具有自定心性质，机构简单可靠，依靠单个夹持电机302驱动即可完成夹紧、松开的动作。

[0115] 其中，所述夹持推块304与所述夹持机构外壳305沿轴向滑动连接。具体可以为，夹持推块304侧壁设有推块凸起或推块凹槽，夹持机构外壳305内壁设有外壳凹槽或外壳凸起，推块凸起与外壳凹槽滑动连接，或者推块凹槽与外壳凸起滑动连接，或者夹持推块304与夹持机构外壳305键连接。

[0116] 其中，至少三个所述夹爪306沿所述夹持推块304的周向间隔设置，并与所述夹持推块304沿径向滑动连接。具体的，如图11所示，至少三个所述夹爪306沿所述夹持推块304的周向均匀分布，夹持推块304的上端具有圆盘形凸起，夹爪306具有与圆盘形凸起相适配的夹爪凹槽，夹爪凹槽与圆盘形凸起滑动配合并实现轴向限位。

[0117] 其中，所述夹持机构外壳305的上部为圆台形筒状，具体的，该圆台形筒状的上端直径小于下端直径。

[0118] 其中，夹爪限位部的宽度大于夹爪限位槽的宽度，避免使用过程中穿过夹爪限位槽。

[0119] 其中，夹爪306可以为三个、四个或者更多个。

[0120] 在其中一个具体的实施例中，采样管盘夹持机构3的原理和工作过程为：摇臂301可绕与机械臂5的铰接轴转动，摇臂301与夹持机构外壳305之间设有额外的旋转驱动模块，可以控制夹持机构外壳305绕自身中心轴旋转，夹持机构外壳305与采样管盘2同轴设置，从而使采样管盘2绕自身轴线转动。夹持电机302与夹持机构外壳305通过螺钉固连，驱动块303与夹持电机302固连，夹持推块304与驱动块303之间为螺纹配合，夹持推块304与夹持机构外壳305为键槽连接，夹持推块304只能沿夹持机构外壳305做轴向滑动，夹爪306可沿夹持推块304顶部平面运动，同时由夹爪306上的夹爪限位件307限制其运动方向与范围。

[0121] 在整个采样回收任务流程开始前，夹持电机302带动驱动块303旋转，夹持推块304向上运动，夹爪306受夹持机构外壳305上部圆台形筒状的收口约束向中间靠拢，夹紧采样管盘底盘201底面的柱状凸起，使采样管盘2与采样管盘夹持机构3维持锁定状态。钻进采样过程开始时，摇臂301转动，将采样管盘2移出采样钻机1的下行路径。钻机上提过程结束后，摇臂301反向转动，将采样管盘2的对应空位移动至采样钻机1下方，当回收包含样品的采样管103后，摇臂301控制夹持机构外壳305绕自身轴心旋转，带动采样管盘2旋转，将新的采样管103对准采样钻机1，进一步采样钻机1夹持新的采样管103，完成采样管103更换。当全部采样管103完成采样后，夹持电机302带动驱动块303反转，夹持推块304与夹爪306向下运动，夹爪306的夹爪限位件307受夹持机构外壳305约束，夹爪306向下运动的同时沿径向向外移动并松开采样管盘底盘201，进而可以更换整个采样管盘2。

[0122] 在上述任一方案的基础上，浅表层保序采样回收系统还包括采样管盘封装盒6,所述采样管盘封装盒6包括盒体、盒盖和盒盖驱动电机，所述盒盖驱动电机固定于所述盒体上并与所述盒盖传动连接，所述盒体的其中一个侧壁具有盒体敞口，所述盒盖驱动电机可驱动所述盒盖敞开或封闭所述盒体敞口，所述盒体的底面具有避让口,其余所述采样管盘2容纳于固定设置的所述采样管盘封装盒6内。

[0123] 采样过程中，其中一个采样管盘2被采样管盘夹持机构3夹持，其余的采样管盘2均容纳于固定设置的所述采样管盘封装盒6内。更换采样管盘2时，盒盖驱动电机驱动盒盖打开，采样管盘夹持机构3配合机械臂5将采样管盘2放入盒体的预留空位，避让口用于避让采样管盘夹持机构3，便其将采样管盘2经过盒体敞口平稳放入盒体，随后采样管盘夹持机构3松开采样管盘2，将采样管盘2留在盒体内，盒盖驱动电机驱动盒盖关闭，完成采样管盘2的封装回收。更换新的采样管盘2时，采样管盘夹持机构3从采样管盘封装盒6下方避让口夹紧新的采样管盘2，将其取出完成更换。

[0124] 在其中一个实施例中，采样管盘封装盒6为多个，所有采样管盘2可一一对应的容纳于多个采样管盘封装盒6内。

[0125] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0126] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

[0127] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0128] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

[0129] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0130] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。