用于星球表面岩石采样的超声波钻进取心器.pdf

第 47 卷第 12 期 中南大学学报( 自然科学版) Vol.47 No.12 2016 年 12 月 Journal of Central South University (Science and Technology) Dec. 2016 DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2016.12.017 用于星球表面岩石采样的超声波钻进取心器 全齐全，李贺，邓宗全，王鑫剑，姜生元 (哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨，150001) 摘要：基于超声波纵振原理提出一种可搭载在漫游车或机械臂末端的岩石钻进取心器。该装置利用高频纵向振动 达到破碎岩石的目的，无需驱动钻具作回转运动。研究结果表明：所研制超声波钻进取心器具有较高的岩石钻进 效率且断心取心可靠。 关键词：深空探测；采样机构；压电驱动；岩石取心 中图分类号：TP24 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2016)12−4081−09 An ultrasonic coring tool for rock-sampling on extraterrestrial planets QUAN Qiquan, LI He, DENG Zongquan, WANG Xinjian, JIANG Shengyuan (State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) Abstract: Based on ultrasonic longitudinal vibration theory, a kind of rock coring tool was proposed. This tool can be easily mounted on planetary rover or end effector of robotic arm. The coring tool can break rocks using high-frequency vibration, even when no rotary motion was provided. The results indicate that the tool has relative high drilling efficiency and high reliability of breaking and coring rocks. Key words: deep space exploration; sampling device; piezoelectric drive; rock coring 由于地外天体的岩石内部蕴含着大量原始的地质 式将面临更严峻的挑战。回转冲击钻进装置的动力一 和生物学信息，岩石样本的采集和就位分析已成为外 般由电磁电机提供，而电磁电机在真空、高温环境下 星体探测任务的一个重要环节。为获取未经风化和侵 工作将面临着温升的问题，需采用特种材料和工业提 蚀的岩石内部样本，通常采用回转冲击钻进的方式钻 高电机的耐温等级或采取温控措施，以保证电机正常 取具有一定直径和长度的岩心。回转冲击钻进装置一 工作。在真空环境下钻进装置运动副的润滑和密封变 般安装在着陆器的工作平台或漫游车车载机械臂的末 得更加困难，其传动部件容易发生失效[2] 。在引力场 端。外星体表面岩石钻进过程不仅需要较大的能耗， 比较小的星体(如小行星