一种锚定装置及星壤掘进机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体地，涉及一种锚定装置及星壤掘进机器人。

背景技术

目前星壤取样可分为钻探式、挖掘式，喷射式等，但目前的采集方式大多局限于采集浅层星壤，对于深层星壤的采集，可利用多杆接卸钻机完成，但随着钻探深度的不断增加，钻压力和刀具温度急剧增大，在星表低重力环境下，很难完成深部钻探。

现有专利公开了一种地外星体土壤岩石自平衡自适应样品钻取系统，由钻取平台、锚固组件、驱动组件、传动组件和钻机组成，钻取平台用于存放锚固组件、驱动组件、传动组件、钻机及采取到的岩样；驱动组件用于为钻取平台的移动与传动组件的动作提供动力；传动组件分别与驱动组件、钻机连接，用于借助驱动组件提供的动力实现钻机位置与姿态的调整，以完成钻进与取样的工作，锚固组件用于固定钻探系统，并在钻探工作完成时解除钻取平台的平台主体与地外星体之间的连接，该专利采用爆炸射出射锚头钉入地外星体内部的方式，及借助传动组件下放钻机使之与星体表面接触并在钻进过程中提供钻机所需钻压；以提供在微重力条件下设备钻进所需的压力，这种方式提供的钻进压力是极其有限的，且随着钻进深度的增加，所需要借助的外在钻进压力会不断增大。故该技术方案还是无法解决更深层次的挖掘难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锚定装置，无需依赖漫游车或着陆器的重量，可自主提供钻压力，解决深层次的挖掘难题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种锚定装置，包括套筒、导杆、连杆机构、支撑板、驱动机构，所述套筒固定套设于所述导杆外，所述连杆机构与所述支撑板均为两个或多个，连杆机构一端与套筒转动连接，另一端与支撑板铰接，两个连杆机构相对于套筒轴线对称设置或多个连杆机构围绕套筒轴线均匀分布，连杆机构还与导杆活动连接，所述驱动机构与连杆机构连接，驱动机构可驱动连杆机构相对于导杆上下移动，使连杆机构相对于套筒转动以调节支撑板与套筒的距离。

本发明的锚定装置为机器人提供钻压力及抵抗阻力矩，驱动机构将动力输送至连杆机构，连杆机构沿导杆轴向方向进行往复运动，进而推动支撑板进行伸展或收缩运动，从而改变支撑板与套筒之间的距离，使锚定装置能够适应不同孔径的井壁，利用支撑板与井壁接触产生摩擦力以作为机器人前进的支点，同时协同进给装置实现自驱动功能，在微重力环境下为机器人的冲击头提供足够的钻压力，在进给装置的配合下，带动机器人向更深层次的岩土掘进。

优选地，所述连杆机构包括摆动组件与调节杆，所述摆动组件一端与套筒铰接，另一端与支撑板铰接，摆动组件还与所述调节杆一端铰接，调节杆另一端与所述驱动机构连接且与所述导杆活动连接。

优选地，所述摆动组件包括平行设置的第一连杆与第二连杆，所述第一连杆与所述第二连杆均一端与套筒铰接，另一端均与所述支撑板铰接，第二连杆还与所述调节杆铰接。

优选地，所述驱动机构包括第一丝杠、第一螺母、第一驱动组件，所述套筒内设有第一限位结构，所述第一丝杠活动套设于套筒内且位于所述第一限位结构处，所述第一驱动组件与第一丝杠连接，所述第一螺母套设于第一丝杠且与第一丝杠组成丝杠螺母传动副，第一螺母还活动套设于导杆且与调节杆铰接。

优选地，所述连杆机构为3个，3个连杆机构围绕套筒的轴线均匀分布。

本发明还提供一种星壤掘进机器人，包括如上所述的锚定装置、进给装置、钻取装置，所述锚定装置为两个，分别为第一锚定装置与第二锚定装置，所述进给装置装设于所述第一锚定装置与所述第二锚定装置之间且与两个锚定装置均活动连接，所述钻取装置与第二锚定装置活动连接。

优选地，所述进给装置包括进给机构与第二驱动组件，所述进给机构包括第二丝杠、第二螺母，所述第一锚定装置底部和/或第二锚定装置顶部设有第二限位结构，所述第二丝杠两端分别与第一锚定装置及第二锚定装置活动连接且第二丝杠其中一端位于所述第二限位结构内，所述第二驱动组件与第二丝杠连接，所述第二螺母套设于所述第二丝杠且与第二丝杠组成丝杠螺母传动副，第一锚定装置底部与第二螺母连接。

优选地，所述钻取装置包括旋转机构、钻头，所述旋转机构装设于所述第二锚定装置底部，所述钻头装设于旋转机构底部。

优选地，所述旋转机构包括旋转外壳、旋转控制电机、深沟球轴承、连接轴、滑环，所述旋转外壳包括旋转电机段和储存岩屑段，所述旋转控制电机装设于所述深沟球轴承并位于所述旋转电机段，旋转电机段装设于所述第二锚定装置底部，所述连接轴与旋转控制电机输出轴连接，连接轴固定于所述储存岩屑段的端部，所述滑环装设于连接轴，储存岩屑段外壁设有螺旋叶片，所述钻头与储存岩屑段远离连接轴的端部连接。

优选地，还包括冲击装置，所述冲击装置包括冲击振动机构与冲击破碎机构，所述旋转外壳还包括冲击段，所述冲击段位于储存岩屑段与所述钻头之间，所述冲击振动机构装设于所述冲击段；所述冲击破碎机构装设于所述钻头。

优选地，所述冲击振动机构包括冲击锤、上冲击弹簧、下冲击弹簧、冲击驱动机构，所述冲击破碎机构包括砧板、镐头、复位弹簧，所述冲击锤包括相互连接的锤头与锤柄，所述上冲击弹簧、所述冲击驱动机构、所述下冲击弹簧依次套设于所述锤柄，在锤柄顶部还螺纹连接有调节螺母，所述调节螺母抵接于上冲击弹簧顶部，所述砧板位于锤头下方，砧板与所述镐头连接，镐头与所述钻头活动穿接，且镐头端部凸出钻头设置，所述复位弹簧设在镐头与砧板之间。

优选地，所述冲击驱动机构包括滑轨、滑块、主动圆锥齿轮、从动偏心圆锥齿轮、冲击控制电机，所述滑轨套设于所述锤柄且位于所述主动圆锥齿轮下方，所述滑块与所述从动偏心圆锥齿轮连接，且滑块与所述滑轨滑动连接，主动圆锥齿轮与所述冲击控制电机连接，主动圆锥齿轮与从动偏心圆锥齿轮啮合组成传动副。

优选地，所述滑块与所述从动偏心圆锥齿轮均为多个，多个从动偏心圆锥齿轮均沿主动圆锥齿轮轴线环绕设置，每一个从动偏心圆锥齿轮均与主动圆锥齿轮啮合组成传动副，每一个滑块均与所述滑轨滑动连接。

优选地，还包括取芯装置，所述取芯装置位于旋转机构内，取芯装置包括设有凹槽的取芯内管、取芯螺母管、取芯轴、取芯堵头、第三驱动组件，所述第三驱动组件与所述取芯内管均固定于旋转机构，所述取芯螺母管与所述取芯轴均套设于取芯内管中，取芯轴一端与第三驱动组件连接，另一端与取芯螺母管一端螺纹连接，取芯螺母管另一端与所述取芯堵头连接，取芯内管还与所述钻头插接，取芯内管靠近取芯堵头端裸露于钻头表面。

优选地，还包括取芯装置，所述取芯装置位于旋转机构内且穿过冲击装置设置，取芯装置包括设有凹槽的取芯内管、取芯螺母管、取芯轴、取芯堵头、取芯控制电机，所述取芯控制电机与所述取芯内管均固定于旋转机构，所述取芯螺母管与所述取芯轴均套设于取芯内管中，取芯轴一端与取芯控制电机连接，另一端与取芯螺母管一端螺纹连接，取芯螺母管另一端与所述取芯堵头连接，取芯内管从所述冲击锤中穿过还与所述钻头插接，取芯内管靠近取芯堵头端裸露于钻头表面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)锚定装置结构紧凑，可根据井壁大小调节锚定面延展的宽度，为机器人整体提供足够的钻压力，通过第一丝杠与第一螺母的配合可实现自锁，通过第一丝杠与第一螺母之间的摩擦力抵消一部分外部力矩，减小电机承受的力矩，降低电机功耗，节约能源消耗。

(2)进给装置设于第一锚定装置与第二锚定装置之间，通过与第一锚定装置与第二锚定装置相互配合，可使机器人具备较强的纵向进给效果，可以很好的运动到指定位置。设置于两个锚定装置之间，充分利用机器人内部空间，提高机器人整体的集成度，减小机器人整体体积，降低运输成本。

(3)旋转机构分为多段便于机器人安装，日常维护。将取芯装置与冲击装置集成在钻取装置内，可减小机器人的整体体积。将岩屑切削，岩屑排料，存储集成于旋转机构，通过旋转运动同步实现以上工序，极大的提升了机械效率，提高能源利用率，更加的环保。

(4)冲击装置与取芯装置均在旋转机构内部互相嵌套，提高了机器人整体空间的利用率，使得机器人在高度集成多种功能模块的情况下，整体尺寸依旧不超过930mm，直径不超过65mm，提升机器人便携性，使集成度达到极致。

(5)机器人对于不同性质的岩土适用性较强，对于较为松软的岩土仅通过旋转装置或冲击装置即可以完成钻探，降低能耗。当遇到硬度不同的的岩层时，冲击装置可产生不同频率的冲击波，通过与旋转装置配合，实现高效钻进，并降低能耗。

附图说明

图1为本发明一种锚定装置的结构示意图；

图2为本发明一种一种星壤掘进机器人的第一视角结构示意图；

图3为图2的第二视角结构示意图；

图4为图2中的锚定装置的结构示意图；

图5为进给装置的结构示意图；

图6为旋转装置的结构示意图；

图7为取芯装置的结构示意图；

图8为取芯装置与冲击装置的结构示意图；

图9为冲击装置的第一视角结构示意图；

图10为冲击装置的第二视角结构示意图；

图11为冲击装置的第三视角结构示意图；

图12为零件偏心圆锥齿轮示意图；

图13为本发明工作流程示意图。

图示标记说明如下：

1、锚定装置；2、进给装置；3、钻取装置；4、冲击装置；5、取芯装置；11、第一锚定装置；12、第二锚定装置；20、导杆；21、套筒；22、第一轴承；23、支撑板；24、第一光轴；25、第一圆柱齿轮组；26、第一锚定控制电机；27、第一螺母；28、第一丝杠；29、顶锚段壳体；30、连杆机构；31、摆动组件；32、调节杆；33、进给段壳体；34、底锚段壳体；35、第二锚定控制电机；41、第二丝杠；42、第二螺母；43、第二光轴；44、第二轴承；45、第二圆柱齿轮组；46、进给控制电机；61、旋转电机段；62、储存岩屑段；63、冲击电机段；64、冲击段；65、钻头；66、连接轴；67、滑环；68、深沟球轴承；69、旋转控制电机；70、冲击段开口；81、取芯控制电机；82、第四圆柱齿轮组；83、取芯内管；84、取芯轴；85、取芯螺母管；86、取芯堵头；87、取芯电机固定盖；101、冲击锤；102、下冲击弹簧；103、上冲击弹簧；104、调节螺母；105、砧板；111、第三轴承；112、第四轴承；113、主动圆锥齿轮；114、从动偏心圆锥齿轮；115、第三圆柱齿轮组；117、滑轨；118、滑块；119、开口盖板；120、冲击控制电机；121、镐头；122、复位弹簧；123、第五轴承；124、锤柄；125、锤头。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“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。

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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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。

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。

实施例1

如图1所示为本发明一种锚定装置的实施例，包括套筒21、导杆20、连杆机构30、支撑板23、驱动机构，套筒21固定套设于导杆20外，连杆机构30与支撑板23均为两个或多个，连杆机构30一端与套筒21转动连接，另一端与支撑板23铰接，两个连杆机构30相对于套筒21轴线对称设置或多个连杆机构30围绕套筒21轴线均匀分布连杆机构30还与导杆20活动连接，驱动机构与连杆机构30连接，驱动机构可驱动连杆机构30相对于导杆20上下移动使连杆机构30相对于套筒21转动以调节支撑板23与套筒21的距离。优选地，连杆机构30为3个，3个连杆机构30围绕套筒21的轴线均匀分布。具体的，连杆机构30包括摆动组件31与调节杆32，摆动组件31一端与套筒21铰接，另一端与支撑板23铰接，摆动组件31还与调节杆32一端铰接，调节杆32另一端与驱动机构连接且与导杆20活动连接。其中，摆动组件31包括平行设置的第一连杆与第二连杆，第一连杆与第二连杆均一端与套筒21铰接，另一端均与支撑板23铰接，第二连杆还与调节杆32铰接，第一连杆设置在第二连杆上方。

进一步，驱动机构包括第一丝杠28、第一螺母27、第一驱动组件，套筒21内设有第一限位结构，第一丝杠28活动套设于套筒21内且位于第一限位结构处，第一驱动组件与第一丝杠28连接，第一螺母27套设于第一丝杠28且与第一丝杠28组成丝杠螺母传动副，第一螺母27还活动套设于导杆20且与调节杆32铰接。还包括第一轴承22，第一轴承22安装于第一螺母27处，第一限位结构可以为限位槽，对第一丝杠28进行限位，使第一丝杠28只能转动，无法实现轴向移动；第一丝杠28可以为梯形丝杆；优选地，驱动组件包括锚定控制电机、第一圆柱齿轮组25，第一圆柱齿轮组25包括第一主动圆柱齿轮与第一从动圆柱齿轮，第一主动圆柱齿轮与锚定控制电机输出轴连接，第一从动圆柱齿轮装设于第一丝杠28端部，第一主动圆柱齿轮与第一从动圆柱齿轮啮合组成传动副。第一丝杠28远离套筒21端部设有固定板，第一丝杠28穿设于固定板，在第一螺母27与固定板之间还设有若干第一光轴24，第一光轴24穿设于第一螺母27设置，第一光轴24用于在第一螺母27相对于第一丝杠28运动时起导向作用。

锚定装置的工作原理：锚定控制电机带动第一主动圆柱齿轮转动，第一主动圆柱齿轮与第一从动圆柱齿轮啮合进而使第一从动圆柱齿轮运动，第一从动圆柱齿轮带动第一丝杠28转动，由于第一丝杠28被套筒21中的第一限位结构限位，第一丝杠28只能转动，无法实现轴向移动，故使第一螺母27沿着第一丝杠28轴向上下移动，推动调节杆32上下运动，进而使调节杆32与摆动机构组成的连杆机构30实现联动，使得支撑板23与套筒21之间的距离得以扩大或缩小，最终实现锚定装置与不同孔径的井壁相适配。

实施例2

如图2至图6所示为本发明一种星壤掘进机器人的第一实施例，包括如上述的锚定装置1、进给装置2、钻取装置3，锚定装置1为两个，分别为第一锚定装置11与第二锚定装置12，进给装置2装设于第一锚定装置11与第二锚定装置12之间且与两个锚定装置1均活动连接，钻取装置3与第二锚定装置12活动连接。

第一锚定装置11中的锚定控制电机为第一锚定控制电机26，第二锚定装置12中的锚定控制电机为第二锚定控制电机35。

锚定装置1为机器人提供钻压力及抵抗阻力矩，进给装置2推动机器人不断掘进，钻取装置3用于旋转钻进；锚定装置1主要分为第一锚定装置11与第二锚定装置12，第一锚定装置11位于机器人整体顶部，第二锚定装置12设于机器人中上位置。

进给装置2包括进给机构与第二驱动组件，进给机构包括第二丝杠41、第二螺母42，第一锚定装置11底部和/或第二锚定装置12顶部设有第二限位结构，第二丝杠41两端分别与第一锚定装置11及第二锚定装置12活动连接且第二丝杠41其中一端位于所述第二限位结构内，第二驱动组件与第二丝杠41连接，第二螺母42套设于第二丝杠41且与第二丝杠41组成丝杠螺母传动副，第一锚定装置11底部与第二螺母42连接。

第二驱动组件包括进给控制电机46、第二圆柱齿轮组45，第二圆柱齿轮组45包括第二主动圆柱齿轮与第二从动圆柱齿轮，第二主动圆柱齿轮与进给控制电机46输出轴连接，第二从动圆柱齿轮装设于第二丝杠41端部，第二主动圆柱齿轮与第二从动圆柱齿轮啮合组成传动副。第一锚定装置11底部和/或第二锚定装置12顶部设有第二限位结构，优选地，第二丝杠41穿设于第二限位结构，在第二螺母42与第二锚定装置12之间还设有若干第二光轴43，第二光轴43穿设于第二螺母42设置，第二光轴43用于在第二螺母42相对于第二丝杠41运动时起导向作用。进给机构还包括进给段壳体33，第一锚定装置11还包括顶锚段壳体29，第二锚定装置12还包括底锚段壳体34，进给控制电机46与第二圆柱齿轮组45均装设于顶锚段壳体29；第二螺母42与进给段壳体33固定，进给段壳体33与底锚壳体通过螺钉固定。顶锚段壳体29的外径大小与机器人整体直径保持一致，内径大小与进给段壳体33上端外径大小相等，进给段壳体33上端外径与顶锚段壳体29内径相等，下端外径与机器人整体直径相同，呈现阶梯状。顶锚段壳体29与进给段壳体33相互嵌套配合，整体呈现为活塞状。位于顶锚段壳体29的进给控制电机46动力经由第二圆柱齿轮组45输出至第二丝杠41，第二螺母42与进给段壳体33通过螺钉固定，还包括第二轴承44，第二轴承44安装于第二螺母42上，第二螺母42与第二丝杠41配合，第二轴承44穿过第二光轴43，在第二光轴43的约束下，实现了进给装置2沿第二丝杠41轴向方向往复运动。当进给段壳体33或顶锚段壳体29其中一段固定时，另一段可以完成伸展或收缩。

进一步，钻取装置3包括旋转机构、钻头65，旋转机构装设于第二锚定装置12底部，钻头65装设于旋转机构底部。

其中，旋转机构包括旋转外壳、旋转控制电机69、深沟球轴承68、连接轴66、滑环67，旋转外壳包括旋转电机段61和储存岩屑段62，旋转控制电机69装设于深沟球轴承68并位于旋转电机段61，旋转电机段61装设于第二锚定装置12底部，连接轴66与旋转控制电机69输出轴连接，连接轴66固定于储存岩屑段62的端部，滑环67装设于连接轴66，储存岩屑段62外壁设有螺旋叶片，钻头65与储存岩屑段62远离连接轴66的端部连接。

滑环67负责为旋转机构连通，输送能源、信号，旋转机构设于第二锚定装置12正下方与底锚段壳体34连接，旋转控制电机69位于旋转电机段61内部。深沟球轴承68设有防尘盖，旋转电机段61内部设有凹槽，用于固定旋转控制电机69，旋转电机段61上端与底锚段壳体34通过螺钉固定；储存岩屑段62上端与连接轴66固定，储存岩屑段62外围设有螺旋叶片，螺旋叶片末端设有一个用于收集岩土的开口，内部为空心结构以存储岩屑。带防尘盖的深沟球轴承68，分别嵌套于旋转电机段61中后部窗口的两个凹槽内，滑环67安装于旋转电机段61末端的凹槽中，旋转电机段61中后段设有便于安装的开口，开口处盖设有开口盖板119，开口盖板119与旋转电机段61间采用螺钉固定。旋转控制电机69设于旋转电机段61空腔中，旋转控制电机69输出端通过减速器与连接轴66直径较小的一端，通过键槽，卡簧进行刚性连接，连接轴66穿过固定于旋转电机段61腔内的深沟球轴承68以及滑环67，末端与储存岩屑段62相互嵌套，经螺钉加以固定。旋转控制电机69动力通过减速箱，连接轴66，向后方的储存岩屑段62传递。储存岩屑段62、钻头65相互固定，在连接轴66带动下，随着旋转控制电机69不断回转钻进。

实施例3

以下为本发明一种星壤掘进机器人的第二实施例，本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，如图9至图12所示，还包括冲击装置4，冲击装置4包括冲击振动机构与冲击破碎机构，旋转外壳还包括冲击段64，冲击段64位于储存岩屑段62与钻头65之间，冲击振动机构装设于冲击段64；冲击破碎机构装设于钻头65。冲击振动机构包括冲击锤101、上冲击弹簧103、下冲击弹簧102、冲击驱动机构，冲击破碎机构包括砧板105、镐头121、复位弹簧122，冲击锤101包括相互连接的锤头125与锤柄124，上冲击弹簧103、冲击驱动机构、下冲击弹簧102依次套设于锤柄124，在锤柄124顶部还螺纹连接有调节螺母104，调节螺母104抵接于上冲击弹簧103顶部，砧板105位于锤头125下方，砧板105与镐头121连接，镐头121与钻头65活动穿接，且镐头121端部凸出钻头65设置，复位弹簧122设在镐头121与砧板105之间。

其中，冲击驱动机构包括滑轨117、滑块118、主动圆锥齿轮113、从动偏心圆锥齿轮114、冲击控制电机120，滑轨117套设于锤柄124且位于主动圆锥齿轮113下方，滑块118与从动偏心圆锥齿轮114连接，且滑块118与滑轨117滑动连接，主动圆锥齿轮113与冲击控制电机120连接，主动圆锥齿轮113与从动偏心圆锥齿轮114啮合组成传动副。

进一步，滑块118与从动偏心圆锥齿轮114均为多个，多个从动偏心圆锥齿轮114均沿主动圆锥齿轮113轴线环绕设置，每一个从动偏心圆锥齿轮114均与主动圆锥齿轮113啮合组成传动副，每一个滑块118均与滑轨117滑动连接。

冲击控制电机120装设于旋转机构冲击段64的空腔中，通过凹槽，卡簧等方式旋转机构配合。冲击锤101顶端与调节螺母104通过螺纹连接，滑轨117嵌套于冲击锤101的锤柄124中段。上冲击弹簧103，下冲击弹簧102均嵌套在冲击锤101的锤柄124中，上冲击弹簧103上端和下端分别通过调节螺母104与滑轨117进行限位，下冲击弹簧102上端和下端分别通过滑轨117与锤头125进行限位，工作时上、下冲击弹簧102均处于压缩状态，上冲击弹簧103与下冲击弹簧102将滑轨117上下夹紧固定在冲击锤101中段。主动圆锥齿轮113设有用于固定轴承的凹槽，第三轴承111嵌套其中，第三轴承111一侧由冲击段64内侧凸台定位，另一侧由卡簧定位，主动圆锥齿轮113末端与从动偏心圆锥齿轮114顶端嵌套通过螺钉连接固定。从动偏心圆锥齿轮114与第四轴承112嵌套，轴承一侧由从动偏心圆锥齿轮114凸台定位，另一侧通过冲击段64开口处的盖板定位，从动偏心圆锥齿轮114与主动圆锥齿轮113啮合。滑块118与从动偏心圆锥齿轮114前端偏心凸台嵌套，滑块118与设于冲击锤101上的滑轨117配合，滑块118同时连接滑轨117以及从动偏心圆锥齿轮114，构成苏格兰轭偏心机构。三个苏格兰轭偏心机构围绕圆周呈120°均匀排布。冲击控制电机120与主动圆锥齿轮113通过键槽固定，进一步地，还包括第四圆柱齿轮组82，第四主动圆柱齿轮与第四从动圆柱齿轮内啮合，冲击控制电机120旋转通过第四主动圆柱齿轮带动第四从动圆柱齿轮，以及和第四从动圆柱齿轮固定的主动圆锥齿轮113旋转，从动偏心圆锥齿轮114随着主动圆锥齿轮113旋转，从动偏心圆锥齿轮114旋转的同时通过末端的滑块118，带动滑轨117做有规律的上下运动，动力经上下冲击弹簧102，传递给锤头125。冲击锤101在冲击控制电机120的旋转下，实现了沿着轴向的上下周期运动。

镐头121镶嵌于钻头65斜面的凹槽中，镐头121顶端穿过钻头65的凹槽与砧板105末端通过销钉固定，复位弹簧122嵌套在镐头121中，复位弹簧122上端和下端分别通过砧板105和镐头121中下端的凸台进行限位。冲击控制电机120旋转，带动冲击锤101沿着轴向做周期性的冲击运动，冲击锤101不断敲击砧板105，冲击锤101向下敲击时，镐头121向外伸出，实现对硬岩的冲击破碎，冲击锤101向上回程时，镐头121在弹簧的作用下实现复位。冲击装置4以此往复实现周期性冲击。

实施例4

以下为本发明一种星壤掘进机器人的第三实施例，本实施例与实施例2类似，所不同之处在于，如图7所示，还包括取芯装置5，取芯装置5位于旋转机构内，取芯装置5包括设有凹槽的取芯内管83、取芯螺母管85、取芯轴84、取芯堵头86、第三驱动组件，第三驱动组件与取芯内管83均固定于旋转机构，取芯螺母管85与取芯轴84均套设于取芯内管83中，取芯轴84一端与第三驱动组件连接，另一端与取芯螺母管85一端螺纹连接，取芯螺母管85另一端与取芯堵头86连接，取芯内管83还与钻头65插接，取芯内管83靠近取芯堵头86端裸露于钻头65表面。

第三驱动组件包括取芯控制电机81、第三圆柱齿轮组115，取芯控制电机81设置于旋转机构的旋转电机段61的空腔中，取芯机构位于旋转机构空腔中，贯穿钻头65。取芯内管83装设于轴心位置，取芯内管83与钻圆心位置预留的圆形开口嵌套。取芯螺母管85与取芯轴84均安装于取芯内管83中。取芯轴84穿入取芯内管83，取芯轴84顶端与第三圆柱齿轮组115使用键槽、卡簧固定，取芯轴84末端设有螺纹，与取芯螺母管85顶端采用传动螺纹连接。取芯螺母管85外壁为椭圆形，内部为圆形。取芯内管83外部为圆形，内部为椭圆形，取芯螺母管85嵌套于取芯内管83内部末端，整体呈为活塞状。取芯螺母管85外壁与取芯内管83内部设计为椭圆形，用于约束取芯螺母管85的旋转运动，使得取芯螺母管85，只能沿取芯内管83的轴向做往复运动，取芯控制电机81动力，通过第三圆柱齿轮组115传递给取芯轴84，取芯轴84随取芯控制电机81转动而旋转，取芯螺母管85在取芯轴84的旋转运动下，以及取芯内管83椭圆形内壁的约束下，取芯螺母管85能够轴向进给实现取芯，取芯结束后，取芯螺母管85回程至取芯内管83中实现样本保存。

实施例5

以下为本发明一种星壤掘进机器人的第四实施例，本实施例与实施例3类似，所不同之处在于，如图8所示，还包括取芯装置5，取芯装置5位于旋转机构内且穿过冲击装置4设置，取芯装置5包括设有凹槽的取芯内管83、取芯螺母管85、取芯轴84、取芯堵头86、取芯控制电机81，取芯控制电机81与取芯内管83均固定于旋转机构，取芯螺母管85与取芯轴84均套设于取芯内管83中，取芯轴84一端与取芯控制电机81连接，另一端与取芯螺母管85一端螺纹连接，取芯螺母管85另一端与取芯堵头86连接，取芯内管83从冲击锤101中穿过还与钻头65插接，取芯内管83靠近取芯堵头86端裸露于钻头65表面。

冲击电机段63用于连接储存岩屑段62与冲击段64，冲击电机段63上端与储存岩屑段62固定，下端与冲击段64承接，冲击电机段63外围设有螺旋叶片，其与储存岩屑段62以及冲击段64的螺旋叶片衔接，冲击电机段63内部设有固定凹槽，为冲击装置4、取芯段装置提供支撑；冲击段64上端与冲击电机段63末端经由螺钉固定，为方便冲击的各机构安装，冲击段64中段部分围绕圆周旋转外壳均匀分布三个开口，开口处设有开口盖板119，开口盖板119与开口使用螺钉固定，冲击段64整体近似为带螺旋叶片的空心圆柱，外围螺旋叶片与冲击电机段63衔接，冲击段64末端设有内螺纹与用于切削的钻头65装配；钻头65整体近似为圆台，圆台侧面均匀分布有三个用于切削岩土的切削刀头，以及为冲击装置4镐头121预留的三个凹槽，顶部为取芯装置5预留有圆形开口。旋转电机段61，储存岩屑段62，冲击电机段63，冲击段64，钻头65依次连接固定，构成旋转装置旋转外壳；储存岩屑段62、冲击电机段63、冲击段64、钻头65相互固定，在连接轴66带动下，随着旋转控制电机69不断回转钻进，同时实现取芯，运输，存储岩屑等的功能。控制信号经滑环67与取芯装置5、冲击装置4相连接。

取芯内管83贯穿整个冲击锤101，砧板105与取芯内管83末端嵌套，滑轨117与从动偏心圆锥齿轮114处还设有第五轴承123，滑轨117通过第五轴承123与冲击段64内壁的纵向导轨配合，限制滑轨117的旋转运动，在取芯内管83的约束下，冲击锤101只能沿取芯内管83进行上下纵向运动。

本发明的一种星壤掘进机器人，利用冲击装置4与旋转装置，对岩土进行破碎和掘进。在破碎的过程中，依靠锚定装置1，在微重力环境下为钻头65提供足够的钻压力。在进给装置2的配合下，带动机器人向更深层次的岩土掘进，到达指定位置后，利用取芯装置5完成定点的岩土取芯采集。相比于多杆接卸式的钻机，本发明不依赖漫游车或着陆器的重量，可自主提供钻压力。同时，采用回转冲击的方式钻进，掘进效率高，也可以满足定点岩芯采集的需求。具备集成化程度高，体型小，自主化强的特点。

如图13所示，本发明的具体使用方法如下：

本发明工作时主要分为四种工作状态，掘进状态，推进状态、冲击状态、取芯状态以及回收状态。

当机器人处于掘进状态时，第一锚定装置11处于伸展状态，第二锚定装置12处于收缩状态，进给装置2与旋转机构同时启动，进给控制电机46动力输出至第二丝杠41，第二螺母42与进给段壳体33通过螺钉固定，第二轴承44安装于第二螺母42上，第二螺母42与第二丝杠41配合，第二轴承44穿过第二光轴43，在第二光轴43的约束下，实现了进给装置2沿第二丝杠41轴向方向往复运动。此时第一锚定装置11处于伸展固定状态，进给装置2推动第二锚定装置12向下运动。旋转控制电机69动力通过减速箱，连接轴66，向后方的储存岩屑段62传递。储存岩屑段62、冲击电机段63、冲击段64、钻头65相互固定，在连接轴66带动下，随着旋转控制电机69不断旋转钻探，同时实现钻探，运输，存储岩屑等的功能。进给装置2向下推进，旋转机构不断切削，实现机器人的向下掘进。

当机器人处于推进状态时，第一锚定装置11处于收缩状态，第二锚定装置12处于伸展状态，进给装置2启动，此时第二锚定装置12处于伸展固定状态，第一锚定装置11处于收缩状态，在进给装置2的推进下，第一锚定装置11向下收缩，机器人实现向下推进。

当机器人在遭遇硬岩时，机器人将启动冲击状态，此时第一锚定装置11处于伸展状态，第二锚定装置12处于收缩状态，进给装置2、旋转机构、冲击装置4、均处于工作状态，冲击控制电机120旋转，带动冲击锤101沿着取芯内管83轴向的做周期性的冲击运动，冲击锤101不断敲击砧板105，冲击锤101向下敲击时，镐头121向外伸出，实现对硬岩的冲击破碎，冲击锤101向上回程时，镐头121在弹簧的作用下实现复位。冲击装置4以此往复实现对硬岩破碎的目的。

机器人到达指定地点时，将启动取芯程序，此时第一锚定装置11处于伸展状态，第二锚定装置12处于收缩状态，取芯装置5和旋转机构3工作。取芯控制电机81动力传递给取芯轴84，取芯轴84随取芯控制电机81转动而旋转，取芯螺母管85在取芯轴84的旋转运动下，以及取芯内管83椭圆形内壁的约束下，向下运动，将一定质量的岩土采集至取芯螺母管85中，采集结束后，取芯控制电机81反转将采集的样本运回取芯内管83中。完成取芯操作。

在完成任务后，机器人将处于回收状态，此时进给装置2缩回，第一锚定装置11、第二锚定装置12均处于收缩状态，通过与机器人顶端固定的绳索将机器人拉回，完成机器人的回收。

当机器人由当前状态，欲将切换为下一个状态时，会检测当前姿态与下一姿态是否匹配，若不匹配，机器人将会调整至适合姿态执行下一任务，例如：当前姿态第一锚定装置11处于收缩状态，下一状态需要第一锚定装置11需处于伸展状态，此时机器人将控制第一锚定装置11工作，第一锚定装置11的第一锚定控制电机26动力输出至第一丝杆，动力经由第一丝杠28旋转，输出至第一螺母27，第一轴承22安装于第一螺母27上，第一光轴24穿过第一轴承22，第一螺母27在第一光轴24的约束下，沿第一丝杆轴向方向进行往复运动。通过连杆机构30，推动支撑板23进行伸展或收缩运动。实现第一锚定装置11的伸展。在达到下一状态的执行姿态时，机器人才会执行下一状态的程序。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。