[發(fā)明專利]星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)及操作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110035144.0
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112744368B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈山;趙建華;胡汝潔;陳金寶;袁英男;周向華;張勝
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B64G1/62
• 分類號: B64G1/62
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385
• 代理人: 鄭萌萌

1.一種星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)，其特征在于：包括本體框架、若干地形自適應(yīng)系統(tǒng)、若干水平吸能裝置和若干垂直緩沖系統(tǒng)，各所述地形自適應(yīng)系統(tǒng)均設(shè)置于所述本體框架上且相對于所述本體框架豎直滑動，各所述水平吸能裝置分別設(shè)置于一所述地形自適應(yīng)系統(tǒng)上，各所述垂直緩沖系統(tǒng)分別設(shè)置于一所述水平吸能裝置上，所述垂直緩沖系統(tǒng)為仿生貓腿結(jié)構(gòu)；

所述本體框架包括兩對平行設(shè)置的上水平主架和兩對平行設(shè)置的下水平主架，所述上水平主架位于所述下水平主架的上方，兩個所述上水平主架的兩端和兩個所述下水平主架的兩端均通過平行設(shè)置的第一水平支架和第二水平支架連接，所述上水平主架和所述下水平主架的各角處均通過一豎直支撐桿連接，所述豎直支撐桿與所述地形自適應(yīng)系統(tǒng)的數(shù)量相同，所述豎直支撐桿沿豎向設(shè)置有若干攔阻孔，各所述豎直支撐桿的兩側(cè)均設(shè)置有一豎直滑軌，各所述豎直滑軌的兩端分別與所述上水平主架和所述下水平主架連接，所述地形自適應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置在所述豎直支撐桿上且沿所述豎直滑軌滑動；

所述地形自適應(yīng)系統(tǒng)包括滑動支座，所述滑動支座能夠沿所述本體框架豎直滑動，所述滑動支座上設(shè)置有伸縮式電磁閥，所述地形自適應(yīng)系統(tǒng)通過所述伸縮式電磁閥實現(xiàn)與所述本體框架的鎖定與釋放，所述滑動支座上還設(shè)置有第一電機(jī)，所述第一電機(jī)的動力輸出端設(shè)置有齒輪，所述齒輪與所述本體框架上的齒條嚙合實現(xiàn)所述地形自適應(yīng)系統(tǒng)沿所述本體框架豎直滑動；

所述地形自適應(yīng)系統(tǒng)還包括激光測距傳感器，所述激光測距傳感器設(shè)置在所述垂直緩沖系統(tǒng)的下部，所述激光測距傳感器用于測量所述垂直緩沖系統(tǒng)與星表的距離；

所述水平吸能裝置包括主轉(zhuǎn)軸，所述主轉(zhuǎn)軸與所述地形自適應(yīng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動連接，所述主轉(zhuǎn)軸的一端固定設(shè)置有第一制動器和編碼器，所述主轉(zhuǎn)軸的另一端與第二電機(jī)的動力輸出端傳動連接，所述垂直緩沖系統(tǒng)與所述主轉(zhuǎn)軸連接；

所述垂直緩沖系統(tǒng)包括依次連接的大腿桿、小腿桿和足墊，所述大腿桿的一端與所述水平吸能裝置通過髖關(guān)節(jié)鉸接，所述大腿桿的另一端與所述小腿桿的一端通過膝關(guān)節(jié)鉸接，所述小腿桿的另一端與所述足墊通過踝關(guān)節(jié)鉸接，所述髖關(guān)節(jié)、所述膝關(guān)節(jié)和所述踝關(guān)節(jié)處均設(shè)置有一扭簧和一第二電磁失電制動器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述髖關(guān)節(jié)包括髖關(guān)節(jié)軸、髖關(guān)節(jié)內(nèi)和髖關(guān)節(jié)外，所述髖關(guān)節(jié)軸的兩端通過鍵與一所述第二電磁失電制動器的制動盤鎖定，所述髖關(guān)節(jié)內(nèi)與所述水平吸能裝置固定連接，所述髖關(guān)節(jié)外與所述大腿桿的一端固定連接，所述髖關(guān)節(jié)軸固定穿設(shè)在所述髖關(guān)節(jié)內(nèi)上，所述髖關(guān)節(jié)外與所述髖關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動連接，所述髖關(guān)節(jié)內(nèi)上開設(shè)有弧形的第一限位槽，所述第一限位槽的一端設(shè)置有第一固定凸臺，所述髖關(guān)節(jié)外上設(shè)置有一髖關(guān)節(jié)凸臺，所述髖關(guān)節(jié)凸臺與所述第一限位槽滑動連接，所述髖關(guān)節(jié)軸上穿設(shè)有一所述扭簧，所述扭簧的一端與一所述第一固定凸臺相抵，所述扭簧的另一端與所述髖關(guān)節(jié)凸臺相抵。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述膝關(guān)節(jié)包括膝關(guān)節(jié)軸、膝關(guān)節(jié)內(nèi)和膝關(guān)節(jié)外，所述膝關(guān)節(jié)軸的兩端通過鍵與一所述第二電磁失電制動器的制動盤鎖定，所述膝關(guān)節(jié)內(nèi)與所述小腿桿的一端固定連接，所述膝關(guān)節(jié)外與所述大腿桿的另一端固定連接，所述膝關(guān)節(jié)軸固定穿設(shè)在所述膝關(guān)節(jié)內(nèi)上，所述膝關(guān)節(jié)外與所述膝關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動連接，所述膝關(guān)節(jié)內(nèi)上開設(shè)有弧形的第二限位槽，所述第二限位槽的一端設(shè)置有第二固定凸臺，所述膝關(guān)節(jié)外上設(shè)置有一膝關(guān)節(jié)凸臺，所述膝關(guān)節(jié)凸臺與所述第二限位槽滑動連接，所述膝關(guān)節(jié)軸上穿設(shè)有一所述扭簧，所述扭簧的一端與一所述第二固定凸臺相抵，所述扭簧的另一端與所述膝關(guān)節(jié)凸臺相抵。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述踝關(guān)節(jié)包括踝關(guān)節(jié)軸和踝關(guān)節(jié)外，所述踝關(guān)節(jié)軸的兩端通過鍵與一所述第二電磁失電制動器的制動盤鎖定，所述踝關(guān)節(jié)外與所述小腿桿的另一端固定連接，所述踝關(guān)節(jié)軸固定穿設(shè)在所述足墊上，所述踝關(guān)節(jié)外與所述踝關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動連接，所述足墊上開設(shè)有弧形的第三限位槽，所述第三限位槽的一端設(shè)置有第三固定凸臺，所述踝關(guān)節(jié)外上設(shè)置有一踝關(guān)節(jié)凸臺，所述踝關(guān)節(jié)凸臺與所述第三限位槽滑動連接，所述踝關(guān)節(jié)軸上穿設(shè)有一所述扭簧，所述扭簧的一端與一所述第三固定凸臺相抵，所述扭簧的另一端與所述踝關(guān)節(jié)凸臺相抵。

5.一種如權(quán)利要求1-4任一項所述的星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)的操作方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：地面發(fā)射及地月轉(zhuǎn)移段：將髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的第二電磁失電制動器通電，調(diào)節(jié)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角度使星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)的垂直緩沖系統(tǒng)處于收攏狀態(tài)，之后第二電磁失電制動器斷電，各第二電磁失電制動器的制動盤抱死；伸縮式電磁閥的銷插在豎直支撐桿的攔阻孔中，限制地形自適應(yīng)系統(tǒng)沿豎直滑軌的上下滑動；

S2：快速下降段：星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)與巡視器分離后開始執(zhí)行著陸程序，此時總控制系統(tǒng)將給各垂直緩沖系統(tǒng)的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的第二電磁失電制動器供電，各第二電磁失電制動器的制動盤松開，在扭簧受迫變形恢復(fù)力的作用下，將驅(qū)動髖關(guān)節(jié)凸臺相對髖關(guān)節(jié)軸、膝關(guān)節(jié)凸臺相對膝關(guān)節(jié)軸、踝關(guān)節(jié)凸臺相對踝關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，從而使髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)逐漸展開，當(dāng)髖關(guān)節(jié)凸臺在第一限位槽內(nèi)、膝關(guān)節(jié)凸臺在第二限位槽內(nèi)、踝關(guān)節(jié)凸臺在第三限位槽內(nèi)滑動到限定位置后，髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)將不再繼續(xù)展開，此時的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)之間的夾角即為預(yù)定的緩沖初始夾角，各第二電磁失電制動器斷電，各第二電磁失電制動器的制動盤抱死；

S3：緩慢下降段：當(dāng)星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)距星表30m到4m時，星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)的下降速度減小，此時伸縮式電磁閥通電，伸縮式電磁閥的銷鍵從豎直支撐桿的攔阻孔中抽出，各垂直緩沖系統(tǒng)上的激光測距傳感器實時測量足墊與星表豎直距離，總控制系統(tǒng)將根據(jù)各足墊到星表距離來協(xié)調(diào)驅(qū)動第一電機(jī)轉(zhuǎn)動，從而使滑動支座上下移動，并且地形自適應(yīng)系統(tǒng)的單次移動距離為豎直支撐桿上兩個攔阻孔間距的整數(shù)倍，在距星表4m時，星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)的下降速度接近為0，伸縮式電磁閥斷電，伸縮式電磁閥的銷鍵重新插入到攔阻孔中，地形自適應(yīng)系統(tǒng)與本體框架鎖死；此時足墊下方星表若有凹陷，則垂直緩沖系統(tǒng)相對本體框架適當(dāng)下移，相反的，若足墊下方星表若有突起，則垂直緩沖系統(tǒng)相對本體框架適當(dāng)上移，各垂直緩沖系統(tǒng)相對于星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)本體框架最大程度適應(yīng)地形，星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)開始自由落體；

S4：觸地緩沖段：垂直緩沖系統(tǒng)中髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)上的第二電磁失電制動器摩擦制動吸收豎直方向的沖擊能量，此時髖關(guān)節(jié)凸臺在第一限位槽內(nèi)、膝關(guān)節(jié)凸臺在第二限位槽內(nèi)、踝關(guān)節(jié)凸臺在第三限位槽內(nèi)滑動，各扭簧被進(jìn)一步壓縮，當(dāng)星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)有微小的水平速度觸地時，水平吸能裝置上的第一電磁失電制動器摩擦制動吸收星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)的水平方向沖擊能量，垂直緩沖系統(tǒng)會繞主轉(zhuǎn)軸的軸向略微轉(zhuǎn)動，編碼器記錄垂直緩沖系統(tǒng)轉(zhuǎn)過的角位移并傳到總控制系統(tǒng)，從而完成整個著陸緩沖過程；

S5：重復(fù)著陸段：當(dāng)星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)完成此著陸點的探測任務(wù)后，需前往下一著陸點，反推火箭點火，星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)上升前往預(yù)定著陸點，此時：伸縮式電磁閥通電，銷鍵從攔阻孔中縮回，總控制系統(tǒng)驅(qū)動各地形自適應(yīng)系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)節(jié)到豎直支撐桿的中間位置，伸縮式電磁閥斷電，銷鍵伸出，地形自適應(yīng)系統(tǒng)與本體框架再次鎖定；第一電磁失電制動器通電，第一電磁失電制動器的制動盤松開，根據(jù)編碼器反饋到總控制系統(tǒng)的角位移信息，總控制系統(tǒng)驅(qū)動第二電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動主轉(zhuǎn)軸重新轉(zhuǎn)到預(yù)定的初始緩沖位置，第一電磁失電制動器斷電，第一電磁失電制動器的制動盤抱死；垂直緩沖系統(tǒng)的各第二電磁失電制動器通電，第二電磁失電制動器的制動盤松開，在扭簧受迫變形恢復(fù)力的作用下，將驅(qū)動髖關(guān)節(jié)凸臺相對髖關(guān)節(jié)軸、膝關(guān)節(jié)凸臺相對膝關(guān)節(jié)軸、踝關(guān)節(jié)凸臺相對踝關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)髖關(guān)節(jié)凸臺在第一限位槽內(nèi)、膝關(guān)節(jié)凸臺在第二限位槽內(nèi)、踝關(guān)節(jié)凸臺在第三限位槽內(nèi)滑動到限定位置后，髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)將不再繼續(xù)展開，此時髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)重新回到緩沖初始位置，各第二電磁失電制動器斷電，第二電磁失電制動器的制動盤抱死，星表多點位探測的小型可復(fù)用著陸緩沖機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備下次著陸。