[发明专利]一种月球表面采样机械臂

说明书

本发明公开了一种月球表面采样机械臂，机械臂通过压紧释放机构以压紧状态锁紧于外部探测器上，解锁后机械臂通过多关节协同运动实现展开，根据机械臂末端触月传感组件触碰月面以及安装在机械臂上的摄相机对采样区域成像实现采样点确认，机械臂末端的采样器实现月球表面样品采集。本发明能够实现无人条件下月球指定范围内的多点采样。

技术领域

本发明涉及深空探测技术领域，具体涉及一种月球表面采样机械臂。

背景技术

目前，成功应用的月球采样方式主要有两种，一种是航天员+手持取样工具实现月球多点采样，如美国Apollo系列月球探测任务；另一种是遥控回转钻取装置实现月球固定位置点钻取采样，如前苏联Luna系列月球探测任务。这两种采样方式均没有实现无人条件下月球指定范围内的多点采样。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种月球表面采样机械臂，能够实现无人条件下月球指定范围内的多点采样。

本发明的具体实施方案如下：

一种月球表面采样机械臂，所述机械臂通过压紧释放机构以压紧状态锁紧于外部探测器上，解锁后机械臂通过多关节协同运动实现展开，根据机械臂末端触月传感组件触碰月面以及安装在机械臂上的摄相机对采样区域成像实现采样点确认，机械臂末端的采样器实现月球表面样品采集。

进一步地，所述多关节包括肩偏航关节、肩俯仰关节、肘俯仰关节和腕俯仰关节；所述机械臂包括臂杆A组件和臂杆B组件；

所述肩偏航关节一端通过法兰安装在探测器顶板上，另一端通过环形转接支架和肩俯仰关节连接，肩俯仰关节通过臂杆A组件和肘俯仰关节连接，肘俯仰关节的输出轴连接臂杆B组件，臂杆B组件的另一端连接腕俯仰关节作为机械臂末端；臂杆A组件和臂杆B组件在肩偏航关节的带动下共同实现水平平面内±180°的转动，臂杆A组件和臂杆B组件在肩俯仰关节的带动下共同实现竖直平面内±180°的转动，臂杆B组件在肘俯仰关节的带动下实现竖直平面内±180°的转动，采样器在腕俯仰关节的带动下实现竖直平面内±180°的转动。

进一步地，所述采样器包括采样器甲和采样器乙，采样器甲与采样器乙通过一个“十”字形四通转接头安装于腕俯仰关节的输出轴一侧，采样器甲与采样器乙共线，分别安装在“十”字形四通转接头两端，且与腕俯仰关节输出轴轴线垂直；

采样器甲和采样器乙外侧分别安装近摄相机甲、近摄相机乙，并在臂杆B组件中部安装远摄相机。

进一步地，所述触月传感组件安装于腕俯仰关节外部，呈圆形结构，通过外圆周面任意一点与月表接触时产生的触碰力感知月表位置。

进一步地，所述肩偏航关节、肩俯仰关节及肘俯仰关节均由永磁同步电机、行星减速器、谐波减速器串联而成；所述腕俯仰关节由永磁同步电机、行星减速器、谐波减速器串联而成，通过增加一级锥齿轮带动采样器甲、采样器乙、近摄相机甲及近摄相机乙在平面内±180°转动，所述平面与腕俯仰关节输出轴轴线方向垂直。

进一步地，所述压紧释放机构设置三处，分别位于腕部、肘部及臂杆中间位置，采用杆式压释放机构，通过火工切割器解除机械臂的锁紧。

进一步地，机械臂整体采用外部走线，功率、信号线分开；腕部设有线束管理盒，内部电缆束为涡卷弹簧形状，确保腕俯仰关节可以±180°运动。

进一步地，所述采样器具备抓取功能，在样品收容器外设置视觉标记，控制器对摄相机采集的图像进行处理得到样品收容器位姿和距离信息，采样器根据所述信息抓取样品收容器。

进一步地，关节不同组成零件的材料采用热匹配性设计、传动间隙优化设计。

进一步地，所述永磁同步电机利用关节电机直接转矩控制方法，确保永磁同步电机速度旋变失效后仍具有可控的运动功能。

有益效果：