一种采样机械臂及火星飞行器

1.本发明属于机械臂领域，特别是涉及一种采样机械臂及火星飞行器。


背景技术：

2.火星具有与地球相邻的地理位置及相似的物理特性，被认为是适合人类移民的地外行星之一，因而火星探测受到科研人员广泛的研究。用于火星表面环境的探测方式主要包括采用火星卫星对火星表面进行环绕式拍摄，然而火星卫星的探测精度低、探测范围局限于观测；
3.火星车能够对火星表面物理特性进行研究，然而火星车受火星表面地形影响巨大，无法到达凹坑、凸起的位置；火星表面具有与地球环境相类似的稀薄大气层，这使得火星无人机在火星表面飞行成为可能，这大大提高了对火星采样的范围；目前世界上还没有国家进行火星采样返回，而用于采样基本上是采用机械臂在小范围内进行采样，依靠火星飞行器对火星地表进行大范围的采样并返回，有助于帮助对火星地表组成成分的研究，对火星探测任务意义重大；
4.传统的机械臂重量大，体积大，一些可以伸缩的机械臂需要用额外的电机进行调节，便利性差，且需要增加额外的重量。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在提出一种采样机械臂及火星飞行器,以解决传统机械臂重量大、体积大无法良好适应火星无人机飞行器的问题。
6.为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种采样机械臂，包括机械臂腕环、电机、滑动座、螺纹轴和抓取组件，所述机械臂腕环为三段伸缩套筒结构，所述电机固定连接在最上端的套筒内，电机的输出轴上设有带外螺纹的螺纹轴，螺纹轴下部螺纹连接有带内螺纹孔的滑动座，滑动座滑动连接在机械臂腕环最下端的套筒内，所述抓取组件转动连接在机械臂腕环的末端，所述滑动座下端与抓取组件相连；所述抓取组件包括若干推杆、若干连杆、若干第一滑块、若干指尖、若干单片连杆和若干第二滑块，若干推杆采用圆周均布的方式固定连接在所述滑动座的下部，每个所述推杆远离滑动座一端铰接一个第一滑块，若干连杆采用圆周均布的方式铰接在所述机械臂腕环最下方的套筒的下部，连杆与第一滑块一一对应，每个所述连杆可滑动的穿过对应位置的第一滑块，每个所述连杆远离机械臂腕环一端铰接一个指尖，铰接位置位于指尖的上端，每个所述推杆远离机械臂腕环一端连接有一组单片连杆组件，每组单片连杆组件中设有两个单片连杆，两个单片连杆相对于相应的推杆短边中线呈两侧对称，每组单片连杆组件中的两个单片连杆下端铰接一个第二滑块，每个所述指尖可滑动的穿过对应位置的第二滑块。
7.更进一步的，所述滑动座与螺纹轴同轴心设置，对应位置的所述第一滑块和第二滑块的转动点在水平面的投影重合。
8.更进一步的，若干所述连杆相对于机械臂腕环的轴线向外扩张。
9.更进一步的，若干所述指尖相对于机械臂腕环的轴线向内收缩。
10.更进一步的，每个所述指尖的下部沿指尖长度方向设有多个凹陷。
11.更进一步的，所述指尖的数量为四个。
12.根据本发明的另一个方面，提供一种包括上述采样机械臂的用于火星探测采样返回的旋翼式火星飞行器，它还包括：通讯原件、无人机旋翼系统、无人机控制箱和飞行器支架，所述通讯原件位于无人机控制箱的上端，无人机控制箱周侧圆周均布数个无人机旋翼系统，无人机控制箱下部圆周均布数个飞行器支架。
13.更进一步的，所述无人机旋翼系统采用多旋翼共轴反桨双旋翼，叶片数为两个，所述无人机旋翼系统数量为四个。
14.更进一步的，所述无人机控制箱采用正六面体结构。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.1、能够利用电机驱动指尖完成对采样物的抓取；
17.2、机械臂结构设计重量小，工作方式可靠，可以更大限度的为飞行器采样提供重量裕度，机械臂的腕环可以进行收缩与展开，最大限度了嫌少了飞行器着陆过程的干涉。
附图说明
18.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1为本发明所述的一种采样机械臂的结构示意图；
20.图2为本发明所述的一种采样机械臂剖视结构示意图；
21.图3为本发明所述的一种用于火星探测采样返回的旋翼式火星飞行器的结构示意图。
22.通讯原件1；无人机旋翼系统2；无人机控制箱3；飞行器支架4；飞行器采样机械臂5；机械臂腕环5-1；推杆座5-2；连杆5-3；第一滑块5-4；指尖5-5；单片连杆5-6；电机5-7；滑动座5-8；第二滑块5-9；螺纹轴5-10。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.参见附图说明本实施方式，根据本发明的一个方面，提供一种采样机械臂，包括机械臂腕环5-1、电机5-7、滑动座5-8、螺纹轴5-10和抓取组件，所述机械臂腕环5-1为三段伸缩套筒结构，所述电机5-7固定连接在最上端的套筒内，电机5-7的输出轴上设有带外螺纹的螺纹轴5-10，螺纹轴5-10下部螺纹连接有带内螺纹孔的滑动座5-8，滑动座5-8滑动连接在机械臂腕环5-1最下端的套筒内，所述抓取组件转动连接在机械臂腕环5-1的末端，所述滑动座5-8下端与抓取组件相连；所述抓取组件包括若干推杆5-2、若干连杆5-3、若干第一滑块5-4、若干指尖5-5、若干单片连杆5-6和若干第二滑块5-9，若干推杆5-2采用圆周均布的方式固定连接在所述滑动座5-8的下部，每个所述推杆5-2远离滑动座5-8一端铰接一个第一滑块5-4，若干连杆5-3采用圆周均布的方式铰接在所述机械臂腕环5-1最下方的套筒
的下部，连杆5-3与第一滑块5-4一一对应，每个所述连杆5-3可滑动的穿过对应位置的第一滑块5-4，每个所述连杆5-3远离机械臂腕环5-1一端铰接一个指尖5-5，铰接位置位于指尖5-5的上端，每个所述推杆5-2远离机械臂腕环5-1一端连接有一组单片连杆组件，每组单片连杆组件中设有两个单片连杆5-6，两个单片连杆5-6相对于相应的推杆5-2短边中线呈两侧对称，每组单片连杆组件中的两个单片连杆5-6下端铰接一个第二滑块5-9，每个所述指尖5-5可滑动的穿过对应位置的第二滑块5-9，所述指尖5-5的数量为四个，满足经济的条件下提供抓取的稳定性。
25.本实施例中，所述滑动座5-8与螺纹轴5-10同轴心设置，对应位置的所述第一滑块5-4和第二滑块5-9的转动点在水平面的投影重合，提供抓取的稳定性并减少死点的存在。
26.本实施例中，若干所述连杆5-3相对于机械臂腕环5-1的轴线向外扩张，若干所述指尖5-5相对于机械臂腕环5-1的轴线向内收缩，便于进行抓取。
27.本实施例中，每个所述指尖5-5的下部沿指尖5-5长度方向设有多个凹陷，提高抓取的摩擦力，便于进行抓取样本。
28.根据本发明的另一个方面，提供一种包括上述采样机械臂的用于火星探测采样返回的旋翼式火星飞行器，它还包括：通讯原件1、无人机旋翼系统2、无人机控制箱3和飞行器支架4，所述通讯原件1位于无人机控制箱3的上端，无人机控制箱3周侧圆周均布数个无人机旋翼系统2，无人机控制箱3采用正六面体结构，无人机控制箱3下部圆周均布数个飞行器支架4，通讯原件1为通讯模块，主要功能为与卫星进行实时通讯，此模块采用现有技术，不做过多赘述。
29.本实施例中，所述无人机旋翼系统2采用多旋翼共轴反桨双旋翼，叶片数为两个，所述无人机旋翼系统2数量为四个，无人机旋翼系统2为提高旋翼式火星无人机的飞行动力并实现无人机的垂直起降性能，此模块采用现有技术，不做过多赘述。
30.使用时，在抓取材料前，机械臂腕环5-1的三段套筒处于不可再延长的状态，需要抓取样本时，通过电机5-7运转带动螺纹轴5-10进行转动，螺纹轴5-10进行转动会通过滑动座5-8带动向下运动，滑动座5-8向下运动会带动推杆座5-2向下运动，推杆座5-2向下运动过程中会通过第一滑块5-4带动连杆5-3运动，这样连杆5-3与指尖5-5的铰接点会绕着机械臂腕环5-1与连杆5-3的铰接点转动，转动方向为靠近机械臂腕环5-1轴线的方式，同时推杆座5-2会通过单片连杆5-6带动第二滑块5-9向下运动，第二滑块5-9会带动指尖5-5进行运动，从而使指尖5-5存在凹陷的一端相互靠近，这样会将采样物抓紧，通过推杆座5-2的向下运动会提供双重的力将物品进行抓紧，从而能够提高夹持力，获得更好的夹持体验；
31.当需要松开采样物时，反向运转电机5-7，即可松开采样物，松开物品后，持续运转电机5-7会继续带动滑动座5-8向上运动直到推杆座5-2贴合在机械臂腕环5-1的最靠下的套筒上，这样会使机械臂腕环5-1的三段套筒依次向上收起，从而达到缩短机械臂腕环5-1的目的，能够降低着陆时的干涉问题。
32.以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

技术特征：
1.一种采样机械臂，其特征在于：包括机械臂腕环(5-1)、电机(5-7)、滑动座(5-8)、螺纹轴(5-10)和抓取组件，所述机械臂腕环(5-1)为三段伸缩套筒结构，所述电机(5-7)固定连接在最上端的套筒内，电机(5-7)的输出轴上设有带外螺纹的螺纹轴(5-10)，螺纹轴(5-10)下部螺纹连接有带内螺纹孔的滑动座(5-8)，滑动座(5-8)滑动连接在机械臂腕环(5-1)最下端的套筒内，所述抓取组件转动连接在机械臂腕环(5-1)的末端，所述滑动座(5-8)下端与抓取组件相连；所述抓取组件包括若干推杆(5-2)、若干连杆(5-3)、若干第一滑块(5-4)、若干指尖(5-5)、若干单片连杆(5-6)和若干第二滑块(5-9)，若干推杆(5-2)采用圆周均布的方式固定连接在所述滑动座(5-8)的下部，每个所述推杆(5-2)远离滑动座(5-8)一端铰接一个第一滑块(5-4)，若干连杆(5-3)采用圆周均布的方式铰接在所述机械臂腕环(5-1)最下方的套筒的下部，连杆(5-3)与第一滑块(5-4)一一对应，每个所述连杆(5-3)可滑动的穿过对应位置的第一滑块(5-4)，每个所述连杆(5-3)远离机械臂腕环(5-1)一端铰接一个指尖(5-5)，铰接位置位于指尖(5-5)的上端，每个所述推杆(5-2)远离机械臂腕环(5-1)一端连接有一组单片连杆组件，每组单片连杆组件中设有两个单片连杆(5-6)，两个单片连杆(5-6)相对于相应的推杆(5-2)短边中线呈两侧对称，每组单片连杆组件中的两个单片连杆(5-6)下端铰接一个第二滑块(5-9)，每个所述指尖(5-5)可滑动的穿过对应位置的第二滑块(5-9)。2.根据权利要求1所述的一种采样机械臂，其特征在于：所述滑动座(5-8)与螺纹轴(5-10)同轴心设置，对应位置的所述第一滑块(5-4)和第二滑块(5-9)的转动点在水平面的投影重合。3.根据权利要求1所述的一种采样机械臂，其特征在于：若干所述连杆(5-3)相对于机械臂腕环(5-1)的轴线向外扩张。4.根据权利要求1所述的一种采样机械臂，其特征在于：若干所述指尖(5-5)相对于机械臂腕环(5-1)的轴线向内收缩。5.根据权利要求1所述的一种采样机械臂，其特征在于：每个所述指尖(5-5)的下部沿指尖(5-5)长度方向设有多个凹陷。6.根据权利要求1所述的一种采样机械臂，其特征在于：所述连杆(5-3)的数量为四个。7.一种包括如权利要求1-6中任一项所述的采样机械臂的用于火星探测采样返回的旋翼式火星飞行器，它还包括：通讯原件(1)、无人机旋翼系统(2)、无人机控制箱(3)和飞行器支架(4)，所述通讯原件(1)位于无人机控制箱(3)的上端，无人机控制箱(3)周侧圆周均布数个无人机旋翼系统(2)，无人机控制箱(3)下部圆周均布数个飞行器支架(4)。8.根据权利要求7所述的一种用于火星探测采样返回的旋翼式火星飞行器，其特征在于：所述无人机旋翼系统(2)采用多旋翼共轴反桨双旋翼，叶片数为两个，所述无人机旋翼系统(2)数量为四个。9.根据权利要求8所述的一种用于火星探测采样返回的旋翼式火星飞行器，其特征在于：所述无人机控制箱(3)采用正六面体结构。

技术总结
本发明提出了一种采样机械臂及火星飞行器，属于机械臂领域。解决了传统的机械臂重量大，体积大，一些可以伸缩的机械臂需要用额外的电机进行调节，便利性差，且需要增加额外的重量的问题。它包括机械臂腕环、电机、滑动座、螺纹轴和抓取组件，所述机械臂腕环为三段伸缩套筒结构，所述电机固定连接在最上端的套筒内，电机的输出轴上设有带外螺纹的螺纹轴，螺纹轴下部螺纹连接有带内螺纹孔的滑动座，滑动座滑动连接在机械臂腕环最下端的套筒内，所述抓取组件转动连接在机械臂腕环的末端，所述滑动座下端与抓取组件相连。它能够利用电机驱动指尖完成对采样物的抓取并可以更大限度的为飞行器采样提供重量裕度。飞行器采样提供重量裕度。飞行器采样提供重量裕度。


技术研发人员：全齐全 唐德威 唐博 朱凯杰 邓宗全
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.03.29
技术公布日：2023/5/23