仿生蠕動掘進式行星探測潛入器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供仿生蠕動掘進式行星探測潛入器，包括主掘進單元、副掘進單元、進給單元、主定姿單元和副定姿單元。仿生蠕動掘進式行星探測潛入器具有功耗小、體積小、生命周期長、探測數(shù)據(jù)豐富等優(yōu)點，航天器需要搭載的有效載荷小，對火箭負載能力要求低。因此，采用仿生蠕動掘進式行星探測潛入器開展行星探測，一方面可以降低火箭發(fā)射成本；另一方面，在火箭發(fā)射能力一定的前提下，仿生蠕動掘進式行星探測潛入器可以被送達距地球更遠星球，獲得更為豐富的深空探測數(shù)據(jù)，能大大提高人類對宇宙發(fā)展的認知水平。對于深空地外天體的探測研究，仿生蠕動掘進式行星探測潛入器是一種有效的手段和方式，對我國未來的行星探測任務的實施具有指導意義。
【專利說明】仿生蠕動掘進式行星探測潛入器
[0001]【技術領域】:
本發(fā)明涉及行星探測領域，具體涉及一種仿生蠕動掘進式行星探測潛入器。
[0002]【背景技術】:
行星探測作為人類了解太空世界最直接的途徑，是世界上各航天大國開展深空探測的主要目標。對地外天體地質構成、星壤的化學成分、物理及力學特性，以及星壤剖面溫度場等方面的科學探測也越來越引起各國的關注。美國、歐空局、日本等國家針對月球、火星、等其他行星開展了各類探測活動，如美國Apollo、前蘇聯(lián)Luna系列探測器都對月球進行了采樣探測。美國、歐空局針對火星探測，也開發(fā)了探測器，并有成功著陸及移動探測的先例。在已經(jīng)成功實施的針對不同地外天體的無人探測活動中，人類對地外天體地質的研究與了解主要通過采樣探測、就位探測等方式。然而，當采用鉆進取樣方式實施探測時，鉆具需要克服整個深度上星壤的阻力。隨著鉆進深度的增大，鉆進阻力顯著增大，驅動部件的驅動功率需求大，因而驅動部件的體積、質量勢必會很大。而在實際行星探測活動中，探測裝置的質量會受到火箭運載能力的限制，探測裝置的工作周期會受到能源供應的約束，探測裝置的結構會受到著陸器構型的制約。因此，鉆進采樣探測的探測深度淺、探測時間短，樣品的科學價值有限。而表取采樣探測只能獲取星球表層的樣品，樣品的科學價值更加有限。就位探測所采取的具體實施手段是將科學探測儀器埋入星壤實施探測任務，而在已有的行星探測任務中，探測儀器均未被埋入到星體地質較深的部位，探測數(shù)據(jù)的豐富性與精確性有限。因此，在火箭運載能力不夠、能源供應有限的現(xiàn)實情況下，研制出一種能夠應用到行星探測的探測器尤為緊迫。
[0003]
【發(fā)明內容】
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為了解決技術背景存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種仿生蠕動掘進式行星探測潛入器。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術問題采取的技術方案是:仿生蠕動掘進式行星探測潛入器，包括主掘進單元、副掘進單元、進給單元、主定姿單元和副定姿單元；
主掘進單元包括掘進頭，掘進頭固定連接主螺旋，主螺旋筒壁外側延伸出螺旋翅片，主螺旋內孔通過兩個薄壁軸承、軸承擋片、軸承定位套筒與主掘進電機底座連接，主螺旋的上部軸承外設有螺旋端蓋,主掘進電機底座內固定連接主掘進電機,主掘進電機輸出軸伸出主掘進電機底座下部的孔通過平鍵與連接軸連接，連接軸固定連接掘進頭，掘進頭，固定連接主螺旋，主掘進電機底座與主定姿單元的過渡機架配合連接并通過筒壁上的螺栓固定連接；
主定姿單元包括過渡機架，過渡機架下部與主掘進單元固定連接，過渡機架內孔有臺階固定連接直線電機底座，直線電機底座固定連接主定姿直線電機，主定姿直線電機輸出軸螺紋連接直線電機絲母，直線電機絲母固定連接推塊，推塊外圓為圓錐形，在推塊的圓錐部位，過渡機架孔壁圓周上均勻開有三個通孔，通孔固定連接定姿套筒，定姿套筒內孔間隙配合連接定位觸點，定位觸點伸入過渡機架部分端面與推塊圓錐表面弧形配合接觸，過渡機架上部固定連接進給單元的滑槽座和蠕動進給絲母； 進給單元的包括蠕動進給電機，蠕動進給電機固定于副機架內，蠕動進給電機的輸出軸螺紋連接蠕動進給絲母；
與過渡機架固定連接的滑槽座通過滑動軸承連接副掘進單元的導向軸套，副掘進單元包括副掘進電機，副掘進電機固定于副電機底座，副電機底座固定于副機架內，副掘進電機的輸出軸平鍵連接小齒輪，小齒輪與齒圈齒面嚙合連接，齒圈與副螺旋后段固定連接，副螺旋前段固定連接副螺旋后段，副螺旋后段分別通過軸承連接副電機底座和副機架，副螺旋前段和副螺旋后段的連接處均設有防塵密封圈，副螺旋前段通過滑動軸承與過渡機架滑動配合連接，副螺旋前段和副螺旋后段的外圓柱表面均延伸有螺旋翅片，齒輪嚙合機構分別有齒輪定位套和小軸承定位套；
副定姿單元包括副定姿直線電機，副定姿直線電機固定于副機架內部，副定姿直線電機輸出軸螺紋連接直線電機絲母，直線電機絲母固定連接推塊，推塊外圓為圓錐形，在推塊的圓錐部位，副機架孔壁圓周上均勻開有三個通孔，通孔固定連接定姿套筒，定姿套筒內孔間隙配合連接定位觸點，定位觸點伸入副機架部分端面與推塊圓錐表面弧形配合接觸，副機架上部端面固定密封連接端蓋，端蓋中心有孔，供電電纜密封穿過該孔伸入端蓋內部。
[0005]本發(fā)明具有如下有益效果:仿生蠕動掘進式行星探測潛入器具有功耗小、體積小、生命周期長、探測數(shù)據(jù)豐富等優(yōu)點。在能源供應一定的情況下，可以工作更長時間，生命周期長；其體積小，航天器需要搭載的有效載荷小，對火箭負載能力要求低。因此，采用仿生蠕動掘進式行星探測潛入器開展行星探測，一方面可以降低火箭發(fā)射成本；另一方面，在火箭發(fā)射能力一定的前提下，仿生蠕動掘進式行星探測潛入器可以被送達距地球更遠星球，獲得更為豐富的深空探測數(shù)據(jù)，能大大提高人類對宇宙發(fā)展的認知水平。對于深空地外天體的探測研究，仿生蠕動掘進式行星探測潛入器是一種有效的手段和方式，對我國未來的行星探測任務的實施具有指導意義。
[0006]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1本發(fā)明的結構示意圖；
圖2本發(fā)明的三維圖。
[0007]圖中1-掘進頭，2-連接軸，3-軸承擋片，4-軸承定位套筒，5-主掘進電機底座，6-主螺旋定位套，7-主螺旋，8-螺旋端蓋，9-過渡機架，10-直線電機絲母，11-推塊，12-定位觸點，13-直線電機底座，14-副螺旋后段，15-副螺旋前段，16-滑槽座，17-導向軸套，18-小齒輪，19-齒圈，20-齒輪定位套，21-小軸承定位套，22-副電機底座，23-副機架，24-定姿套筒，25-端蓋，26-供電電纜，27-副定姿直線電機，28-蠕動進給電機，29-副掘進電機，30-蠕動進給絲母，31-滑動軸承，32-主定姿直線電機，33-防塵密封圈，35-薄壁軸承。

【具體實施方式】
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下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
由圖1結合圖2所示的仿生蠕動掘進式行星探測潛入器，包括主掘進單元、副掘進單元、進給單元、主定姿單元和副定姿單元；
主掘進單元包括掘進頭1，掘進頭I固定連接主螺旋7，主螺旋7筒壁外側延伸出螺旋翅片，主螺旋7內孔通過兩個薄壁軸承35、軸承擋片3、軸承定位套筒4與主掘進電機底座5連接，主螺旋7的上部軸承外設有螺旋端蓋8，主掘進電機底座5內固定連接主掘進電機34，主掘進電機34輸出軸伸出主掘進電機底座5下部的孔通過平鍵與連接軸2連接，連接軸2固定連接掘進頭1，掘進頭I固定連接主螺旋7，主掘進電機底座5與主定姿單元的過渡機架9配合連接并通過筒壁上的螺栓固定連接；
主定姿單元包括過渡機架9，過渡機架9下部與主掘進單元固定連接，過渡機架9內孔有臺階固定連接直線電機底座13，直線電機底座13固定連接主定姿直線電機32，主定姿直線電機32輸出軸螺紋連接直線電機絲母10，直線電機絲母10固定連接推塊11，推塊11外圓為圓錐形，在推塊11的圓錐部位，過渡機架9孔壁圓周上均勻開有三個通孔，通孔固定連接定姿套筒24，定姿套筒24內孔間隙配合連接定位觸點12，定位觸點12伸入過渡機架9部分端面與推塊11圓錐表面弧形配合接觸，過渡機架9上部固定連接進給單元的滑槽座16和蠕動進給絲母30 ；
進給單元的包括螺動進給電機28,螺動進給電機28固定于副機架23內，螺動進給電機28的輸出軸螺紋連接蠕動進給絲母30 ；
與過渡機固定連接的滑槽座16通過滑動軸承31連接副掘進單元的導向軸套17，副掘進單元包括副掘進電機29，副掘進電機29固定于副電機底座22，副電機底座22固定于副機架23內，副掘進電機29的輸出軸平鍵連接小齒輪18，小齒輪18與齒圈19齒面嚙合連接，齒圈19與副螺旋后段14固定連接，副螺旋前段15固定連接副螺旋后段14，副螺旋后段14分別通過軸承連接副電機底座22和副機架23，副螺旋前段15和副螺旋后段14的連接處均設有防塵密封圈33，副螺旋前段15通過滑動軸承31與過渡機架9滑動配合連接，副螺旋前段15和副螺旋后段14的外圓柱表面均延伸有螺旋翅片，齒輪嚙合機構分別有齒輪定位套20和小軸承定位套21 ；
副定姿單元包括副定姿直線電機27，副定姿直線電機27固定于副機架23內部，副定姿直線電機27輸出軸螺紋連接直線電機絲母10，直線電機絲母10固定連接推塊11，推塊11外圓為圓錐形，在推塊的圓錐部位，副機架23孔壁圓周上均勻開有三個通孔，通孔固定連接定姿套筒24，定姿套筒24內孔間隙配合連接定位觸點12，定位觸點12伸入副機架23部分端面與推塊11圓錐表面弧形配合接觸，副機架23上部端面固定密封連接端蓋25，端蓋25中心有孔，供電電纜26密封穿過該孔伸入端蓋25內部。
[0008]主掘進單元可完成回轉切削功能；副掘進單元可以實現(xiàn)將被切削的星壤轉運到潛入器后端；進給單元可實現(xiàn)使主/副掘進單元的下潛動作；定姿單元可以將潛入器機架相對于周邊的星壤固定，為掘進單元提供掘進下潛壓力的同時，也可以防止?jié)撊肫鞅倔w發(fā)生扭轉。而該潛入器所需的電能以及信號的輸送則通過潛入器尾端的電纜來傳遞。
[0009]工作流程:首次副定姿單元作用使?jié)撊肫骱蠖伺c周邊星壤固定。定姿單元具體實施過程:副定姿直線電機27回轉，電機絲杠軸與其上的絲母作用使固定在絲母上的推塊11產(chǎn)生向下的直線運動，推塊11的直線運動驅動定位觸點12伸出潛入器本體與星壤孔壁作用而使?jié)撊肫飨鄬τ诳妆诠潭ǎㄗ藙幼魍瓿伞?br> [0010]定姿動作完成后，主/副掘進單元和進尺單元工作。主掘進單元具體實施過程:主掘進電機34驅動連接軸02回轉，連接軸02通過鍵傳動將動力傳至掘進頭01。在薄壁軸承35的作用下，掘進頭01相對于機架回轉運動并切削星壤。副掘進單元具體實施過程:副掘進電機29驅動小齒輪18回轉，小齒輪18帶動大齒輪19以及與大齒輪19固定的副螺旋前段15回轉，而副螺旋前段15與副螺旋后段14固連，所以整個副螺旋相對機架座回轉運動，在運動的過程中將其前端的星壤轉運到潛入器的后端。進給單元具體實施過程:在主/副掘進單元工作的過程中，進給單元工作。蠕動進給電機28回轉，其上的絲桿軸回轉與蠕動進給絲母30構成螺旋副。在絲杠軸的作用下，蠕動進給絲母30與固定其上的滑槽座16產(chǎn)生向下的直線運動。因為滑槽座16與主掘進單元固連，所以主掘進單元做下潛動作。當主掘進單元下潛一定深度后，進給單元停止工作，副定姿單元工作。主定姿單元工作流程與副定姿單元工作流程一致。當主定姿單元工作結束，副定姿直線電機27反轉，使定位觸點12縮回到潛入器本體中。而后，蠕動進給電機28反轉，使主/副掘進單元產(chǎn)生相對收縮的動作，因為此時主定姿單元已與孔壁固定，所以副掘進單元產(chǎn)生向下的下潛動作。重復這個過程，潛入器蠕動下潛。
【權利要求】
1.一種仿生蠕動掘進式行星探測潛入器，包括主掘進單元、副掘進單元、進給單元、主定姿單元和副定姿單元，其特征在于: 主掘進單元包括掘進頭(1)，掘進頭(I)固定連接主螺旋(7)，主螺旋(7)筒壁外側延伸出螺旋翅片，主螺旋(7)內孔通過兩個薄壁軸承(35)、軸承擋片(3)、軸承定位套筒(4)與主掘進電機底座(5)連接，主螺旋(7)的上部軸承外設有螺旋端蓋(8)，主掘進電機底座(5)內固定連接主掘進電機(34)，主掘進電機(34)輸出軸伸出主掘進電機底座(5)下部的孔通過平鍵與連接軸(2)連接，連接軸(2)固定連接掘進頭(1)，掘進頭(I)固定連接主螺旋(7)，主掘進電機底座(5)與主定姿單元的過渡機架(9)配合連接并通過筒壁上的螺栓固定連接； 主定姿單元包括過渡機架(9)，過渡機架(9)下部與主掘進單元固定連接，過渡機架(9)內孔有臺階固定連接直線電機底座(13)，直線電機底座(13)固定連接主定姿直線電機(32)，主定姿直線電機(32)輸出軸螺紋連接直線電機絲母(10)，直線電機絲母(10)固定連接推塊(11)，推塊(11)外圓為圓錐形，在推塊(11)的圓錐部位，過渡機架(9)孔壁圓周上均勻開有三個通孔，通孔固定連接定姿套筒(24)，定姿套筒(24)內孔間隙配合連接定位觸點(12)，定位觸點(12)伸入過渡機架(9)部分端面與推塊(11)圓錐表面弧形配合接觸，過渡機架(9)上部固定連接進給單元的滑槽座(16)和蠕動進給絲母(30)； 進給單元的包括蠕動進給電機(28)，蠕動進給電機(28)固定于副機架(23)內，蠕動進給電機(28)的輸出軸螺紋連接蠕動進給絲母(30)； 與過渡機固定連接的滑槽座(16)通過滑動軸承(31)連接副掘進單元的導向軸套(17)，副掘進單元包括副掘進電機(29)，副掘進電機(29)固定于副電機底座(22)，副電機底座(22)固定于副機架(23)內，副掘進電機(29)的輸出軸平鍵連接小齒輪(18)，小齒輪(18)與齒圈(19)齒面嚙合連接，齒圈(19)與副螺旋后段(14)固定連接，副螺旋前段(15)固定連接副螺旋后段(14)，副螺旋后段(14)分別通過軸承連接副電機底座(22)和副機架(23)，副螺旋前段(15)和副螺旋后段(14)的連接處均設有防塵密封圈(33)，副螺旋前段(15)通過滑動軸承(31與)過渡機架(9)滑動配合連接，副螺旋前段(15)和副螺旋后段(14)的外圓柱表面均延伸有螺旋翅片，齒輪嚙合機構分別有齒輪定位套(20)和小軸承定位套(21)； 副定姿單元包括副定姿直線電機(27)，副定姿直線電機(27)固定于副機架(23)內部，副定姿直線電機(27)輸出軸螺紋連接直線電機絲母(10)，直線電機絲母(10)固定連接推塊(11)，推塊(11)外圓為圓錐形，在推塊的圓錐部位，副機架(23)孔壁圓周上均勻開有三個通孔，通孔固定連接定姿套筒(24)，定姿套筒(24)內孔間隙配合連接定位觸點(12)，定位觸點(12)伸入副機架(23)部分端面與推塊(11)圓錐表面弧形配合接觸，副機架(23)上部端面固定密封連接端蓋(25)，端蓋(25)中心有孔，供電電纜(26)密封穿過該孔伸入端蓋(25)內部。
【文檔編號】B64G4/00GK104149993SQ201410383224
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權日:2014年8月6日
【發(fā)明者】姜生元, 張偉偉, 全齊全, 沈毅, 侯緒研, 鄧宗全 申請人:哈爾濱工業(yè)大學