本发明涉及一种深空资源开发，尤其涉及的是一种月面表层月壤采集车。
背景技术：
1、月球是距离地球最近的天体，同时也蕴藏着丰富的矿物资源。月球资源的开发与利用是实现地外空间探索的重要途径，而月球资源开发的前提是对月壤的采集。月壤覆盖于月球表面，富集o、si、mg、fe、cu、al和ti等元素，可通过开采月壤并分选钛铁矿制氧、3d打印作为基础建设材料、合成生活用水等手段，为人类活动需求提供保障，也可以通过月壤生产火箭燃料，为继续太空旅行提供动力，使月球成为火星等远航目标的中继站。特别是月球表层土壤长期受太阳风粒子撞击，使表层月壤中钛铁矿表面以玻璃泡形式存储大量氦-3，据统计，月壤中氦-3的资源总量可达100万～150万吨，1吨氦-3可发1万兆瓦电力，可见月球氦-3资源有希望作为人类未来能源，因此，设计适应于月面环境的高效率月壤采矿车具有重大价值。
2、为了更高效的完成月壤的采集与综合利用开发，全球范围内开展了月壤采掘技术研究，产生了一些研究成果，但均存在不同程度的不足，如以下公开的专利中记载：
3、公开号为cn110450985a，名称为一种月面无人月壤采集车，包括挖斗、第一电机、输送槽、液压器缸、转台、连杆、弹性轮、车底盘、车斗、月壤槽、月壤板和第二电机。该专利主要设计了一种电机带动挖斗转动的月壤采集车，但挖斗切割面积小，切削力度有限，影响采集效率且极易产生浮尘，且不适于表面月壤采集。
4、目前全球针对月壤采掘的主要思路是采用高自由度机械臂结合铲斗的方式，与月壤表面呈一定角度开挖，此种方式借鉴于地球土壤开挖，但应用于月面环境存在一定缺陷。月面长期处于高真空、低重力环境，减小的重力直接减小了机械产生的垂直力，因此各种采掘机械形成的开挖力有限，且铲斗上下或左右摆动极易产生浮尘，降低采集效率。月壤表层平均粒径约为72μm，抗剪强度低，由于具有良好的分级效应与沉积能力，因此月壤容重随深度增加而增加的趋势，即深度越深，月壤强度越高。
5、氦-3资源由太阳风粒子撞击而来，主要集中在月壤表层部分，且越靠近表层氦-3丰度越高，因此针对月壤中氦-3资源的开采，有必要仅从月壤表层部分开采，设计出一种不受月面重力限制、高效率、低重心、适用于松软表土的开采设备。
6、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息已构成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于：如何解决针对氦-3资源存在于表层月壤，目前月壤采掘采用机械臂结合铲斗的方式具有一定缺陷，不适应于月球表层月壤采集的问题。
2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
3、一种月面表层月壤采集车，包括表壤采集装置、转载装置、传送装置、机械臂控制装置、车体；
4、所述表壤采集装置包括破碎结构、螺旋采集结构，所述破碎结构的前端为用于破碎月壤的锥端，所述破碎结构的两侧沿锥端向两侧延伸，所述破碎结构的两侧开设收集口，至少两个螺旋采集结构连接所述破碎结构内并沿收集口将破碎后的月壤收拢至破碎结构内；
5、所述转载装置能够转动的连接所述表壤采集装置远离锥端的一侧，所述传送装置位于所述转载装置内且末端深入所述车体内；用于驱动表壤采集装置转动的所述机械臂控制装置分别连接表壤采集装置和车体。
6、本发明针对月面表层月壤特性而设计，以月面低重力环境减少切削工具开挖力为切入点，将表壤采集装置设计为锥端和流线型，即改变传统的开挖式为推刮式；当表壤采集装置固定不动时，仅需车体朝着限定方向运动，即可源源不断的采集月面表层月壤，相比于铲斗在垂直方向上的循环做功，推刮式的采集方式可以更高效率采集表层月壤、更低功耗可以延长采集车使用时间，更低月壤扰动可以优化浮尘环境。且当采集车前方遇到体积较大月岩或坚硬物体时，采集车可结合流线型采集装置与履带移动装置，使坚硬物体随流线型外壁运动至履带外部，达到月面地形自适应避障目的。
7、优选的，所述破碎结构包括破碎底板和破碎侧板，所述破碎底板为锥状板，所述破碎侧板沿所述破碎底板的侧边连接，所述破碎侧板与所述破碎底板的锥端连接的一端也呈尖端，所述破碎侧板与所述破碎底板连接处的中部包括收集口，所述收集口呈长条状。
8、优选的，所述螺旋采集结构为两个，两个螺旋采集结构沿所述破碎结构的竖直对称面对称布置，两个所述螺旋采集结构分别为顺时针和逆时针转动，且两个所述螺旋采集结构转动方向均由所述破碎机构外部转向内部。
9、优选的，两个所述螺旋采集结构均包括第一转动端以及均匀间隔连接在第一转动端上的第一螺旋臂，所述第一螺旋臂的端部伸出收集口外，所述第一螺旋臂呈弯曲状。
10、破碎结构的一端呈尖端用于破碎分流车身前方松散月壤，底部与侧边封闭且光滑，表壤采集装置的破碎侧板两侧设有对称分布的孔洞，用于收集锥形头部破碎之后继续移动的月壤。其中对称设有流线型破碎侧板，配合履带移动装置约束月壤的运动轨迹，使破碎后的月壤沿着流线型外壁侧边运动至尾部采集口，达到分流收集的目的。
11、优选的，所述转载装置包括转载底板、螺旋转载结构，所述转载底板呈锥形板，所述传送装置沿所述转载底板的竖直对称面连接在转载底板上，所述螺旋转载结构能够转动的连接所述转载底板上并位于所述传送装置的两侧。
12、优选的，两个所述螺旋转载结构分别为顺时针和逆时针转动，且两个所述螺旋转载结构转动方向均向传送装置处收拢，所述螺旋转载结构包括第二转动端以及均匀间隔连接在第二转动端上的第二螺旋臂，所述第二螺旋臂呈弯曲状。
13、月壤首先由锥形破碎结构破碎分流，然后在采集车前进过程中随着流线型外壁孔洞进入表壤采集装置，紧接着由螺旋采集结构抛射至转载装置中，螺旋采集结构与螺旋转载结构均为由外向内收集聚拢月壤的目的，将月壤抛射到中间安置的传送装置，保证采集的月壤全部进入传送装置，再由传送装置转运月壤至车体中。
14、优选的，所述机械臂控制装置包括两个连杆以及多个控制机械臂，两个所述连杆连接所述表壤采集装置远离锥端的一端，两个所述连杆上下平行布置，多个所述控制机械臂的两端分别连接所述车体与所述连杆上。
15、控制机械臂的弯曲与连杆合作实现表壤采集装置能够在竖直方向内转动至合适角度，主要用于调整表壤采集装置的垂直方向上的倾斜角度，进而控制采集装置切入月壤的深度，自由调节月壤采集速率以及适应月面地形环境。
16、优选的，所述车体包括驱动仓、设备安置仓、储料仓，所述车体内中部为月壤通道，所述传送装置的末端与月壤通道内的传输带连接，所述月壤通道的两侧通过隔板隔开与车体形成驱动仓、设备安装仓，所述车体的尾端为储料仓，储料仓与所述月壤通道连通。
17、优选的，所述车体的两侧还连接履带移动装置，所述驱动仓内安装齿轮箱与驱动电机，所述驱动电机与所述齿轮箱连接，齿轮箱与履带移动装置连接；
18、所述设备安置仓内包括储能系统与通讯系统，所述储能系统与所述驱动电机、传送装置、机械臂控制装置、通讯系统连接，用于车体移动、传送装置传送月壤、机械臂控制装置动作、通讯系统工作提供能源；所述通讯系统用于接收地形位置信息，并发射位置信号至地面信号站，实时监测与反馈。
19、优选的，所述储料仓的末端还连接卸料仓门，当储料仓满载时，打开卸料仓门，完成卸料。
20、本发明的优点在于：
21、(1)本发明针对月面表层月壤特性而设计，以月面低重力环境减少切削工具开挖力为切入点，将表壤采集装置设计为锥端和流线型，即改变传统的开挖式为推刮式；当表壤采集装置固定不动时，仅需车体朝着限定方向运动，即可源源不断的采集月面表层月壤，相比于铲斗在垂直方向上的循环做功，推刮式的采集方式可以更高效率采集氦-3丰度高的表层月壤、更低功耗可以延长采集车使用时间，更低月壤扰动可以优化浮尘环境。且当采集车前方遇到体积较大月岩或坚硬物体时，采集车可结合流线型采集装置与履带移动装置，使坚硬物体随流线型外壁运动至履带外部，达到月面地形自适应避障目的；
22、(2)破碎结构的一端呈尖端用于破碎分流车身前方松散月壤，底部与侧边封闭且光滑，表壤采集装置的破碎侧板两侧设有对称分布的孔洞，用于收集锥形头部破碎之后继续移动的月壤。其中对称设有流线型破碎侧板，配合履带移动装置约束月壤的运动轨迹，使破碎后的月壤沿着流线型外壁侧边运动至尾部采集口，达到分流收集的目的；
23、(3)月壤首先由锥形破碎结构破碎分流，然后在采集车前进过程中随着流线型外壁孔洞进入表壤采集装置，紧接着由螺旋采集结构抛射至转载装置中，螺旋采集结构与螺旋转载结构均为由外向内收集聚拢月壤的目的，将月壤抛射到中间安置的传送装置，保证采集的月壤全部进入传送装置，再由传送装置转运月壤至车体中；
24、(4)控制机械臂的弯曲与连杆合作实现表壤采集装置能够在竖直方向内转动至合适角度，主要用于调整表壤采集装置的垂直方向上的倾斜角度，进而控制采集装置切入月壤的深度，自由调节月壤采集速率以及适应月面地形环境。
1.一种月面表层月壤采集车，其特征在于，包括表壤采集装置、转载装置、传送装置、机械臂控制装置、车体；
2.根据权利要求1所述的一种月面表层月壤采集车，其特征在于，所述破碎结构包括破碎底板和破碎侧板，所述破碎底板为锥状板，所述破碎侧板沿所述破碎底板的侧边连接，所述破碎侧板与所述破碎底板的锥端连接的一端也呈尖端，所述破碎侧板与所述破碎底板连接处的中部包括收集口，所述收集口呈长条状。
3.根据权利要求1所述的一种月面表层月壤采集车，其特征在于，所述螺旋采集结构为两个，两个螺旋采集结构沿所述破碎结构的竖直对称面对称布置，两个所述螺旋采集结构分别为顺时针和逆时针转动，且两个所述螺旋采集结构转动方向均由所述破碎机构外部转向内部。
4.根据权利要求3所述的一种月面表层月壤采集车，其特征在于，两个所述螺旋采集结构均包括第一转动端以及均匀间隔连接在第一转动端上的第一螺旋臂，所述第一螺旋臂的端部伸出收集口外，所述第一螺旋臂呈弯曲状。
5.根据权利要求1所述的一种月面表层月壤采集车，其特征在于，所述转载装置包括转载底板、螺旋转载结构，所述转载底板呈锥形板，所述传送装置沿所述转载底板的竖直对称面连接在转载底板上，所述螺旋转载结构能够转动的连接所述转载底板上并位于所述传送装置的两侧。
6.根据权利要求5所述的一种月面表层月壤采集车，其特征在于，两个所述螺旋转载结构分别为顺时针和逆时针转动，且两个所述螺旋转载结构转动方向均向传送装置处收拢，所述螺旋转载结构包括第二转动端以及均匀间隔连接在第二转动端上的第二螺旋臂，所述第二螺旋臂呈弯曲状。
7.根据权利要求1所述的一种月面表层月壤采集车，其特征在于，所述机械臂控制装置包括两个连杆以及多个控制机械臂，两个所述连杆连接所述表壤采集装置远离锥端的一端，两个所述连杆上下平行布置，多个所述控制机械臂的两端分别连接所述车体与所述连杆上。
8.根据权利要求1所述的一种月面表层月壤采集车，其特征在于，所述车体包括驱动仓、设备安置仓、储料仓，所述车体内中部为月壤通道，所述传送装置的末端与月壤通道内的传输带连接，所述月壤通道的两侧通过隔板隔开与车体形成驱动仓、设备安装仓，所述车体的尾端为储料仓，储料仓与所述月壤通道连通。
9.根据权利要求8所述的一种月面表层月壤采集车，其特征在于，所述车体的两侧还连接履带移动装置，所述驱动仓内安装齿轮箱与驱动电机，所述驱动电机与所述齿轮箱连接，齿轮箱与履带移动装置连接；
10.根据权利要求8所述的一种月面表层月壤采集车，其特征在于，所述储料仓的末端还连接卸料仓门，当储料仓满载时，打开卸料仓门，完成卸料。
