[發(fā)明專利]用于上升器發(fā)射返回支架的自主調(diào)姿著陸器

有效

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• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113342021B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓有承;郭為忠
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種用于上升器發(fā)射返回支架的自主調(diào)姿著陸器，包括：具有雙軸傾角傳感器和控制器的主結(jié)構(gòu)箱體、四套兼具自主調(diào)姿功能和著陸緩沖功能的腿機構(gòu)及其調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)，四套腿機構(gòu)均布于主結(jié)構(gòu)箱體外部，調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)位于主結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)部；控制器提取雙軸傾角傳感器反饋的機身姿態(tài)信息并分析實際著陸工況，在著陸緩沖階段，調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)抱死以使得腿機構(gòu)安裝板牢固地貼合在主結(jié)構(gòu)箱體配合面上；在自主調(diào)姿階段，調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)能夠控制整個腿機構(gòu)繞著安裝板上的轉(zhuǎn)動鉸鏈軸線作整體旋轉(zhuǎn)；本發(fā)明通過利用兩套動力源配備四套離合器，即可使著陸器具備自主調(diào)姿能力從而滿足上升器的最佳發(fā)射角要求，由于調(diào)節(jié)上升器發(fā)射角的本質(zhì)是調(diào)節(jié)機身的橫滾角和俯仰角，機身只需要兩個自由度即可，因此兩套動力源的設(shè)計方案更為經(jīng)濟合理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種空間探測器領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種用于上升器發(fā)射返回支架的自主調(diào)姿著陸器。

背景技術(shù)

外星著陸、自主采樣和反射返回，是了解宇宙、認知星球起源和演化的重要技術(shù)手段和前提。目前，要求著陸器不僅能在外星表面安全著陸，還要利用著陸器(或者巡視器)上搭載的探測設(shè)備進行外星表面鉆探和采樣。特別是，為了進一步分析外星地表構(gòu)成、深化天體化學(xué)和宇宙演化學(xué)研究，需要利用著陸器上面搭載的上升器攜帶樣品在著陸器上發(fā)射返回，并與在軌衛(wèi)星對接進而將樣品轉(zhuǎn)運到地球。然而，考慮到著陸地形坡度、緩沖器形變帶來的姿態(tài)變化、在軌衛(wèi)星相對參數(shù)、以及最小發(fā)射能耗等因素，亟需著陸器具備自主調(diào)姿能力以在最佳角度發(fā)射上升器。現(xiàn)有技術(shù)大多在成熟的著陸器技術(shù)基礎(chǔ)上，額外搭載多自由度并聯(lián)機構(gòu)平臺來調(diào)節(jié)上升器的發(fā)射角。這種技術(shù)由于附加額外搭載平臺，具有電機數(shù)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、體積大等特點，帶來了更加高昂的發(fā)射和運載成本。另外，搭載平臺使著陸器的主結(jié)構(gòu)高度和質(zhì)心高度增加，因此也給著陸穩(wěn)定性帶來極大風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種用于上升器發(fā)射返回支架的自主調(diào)姿著陸器，通過利用兩套動力源配備四套離合器，即可使著陸器具備自主調(diào)姿能力從而滿足上升器的最佳發(fā)射角要求，其中：由于調(diào)節(jié)上升器發(fā)射角的本質(zhì)是調(diào)節(jié)機身的橫滾角和俯仰角，機身只需要兩個自由度即可，因此兩套動力源的設(shè)計方案更為經(jīng)濟合理。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種用于上升器發(fā)射返回支架的自主調(diào)姿著陸器，包括：具有雙軸傾角傳感器和控制器的主結(jié)構(gòu)箱體、四套兼具自主調(diào)姿功能和著陸緩沖功能的腿機構(gòu)及其調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)，其中：四套腿機構(gòu)均布于主結(jié)構(gòu)箱體外部，調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)位于主結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)部；控制器提取雙軸傾角傳感器反饋的機身姿態(tài)信息并分析實際著陸工況，在著陸緩沖階段，調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)抱死以使得腿機構(gòu)安裝板牢固地貼合在主結(jié)構(gòu)箱體配合面上；在自主調(diào)姿階段，調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)能夠控制整個腿機構(gòu)繞著安裝板上的轉(zhuǎn)動鉸鏈軸線作整體旋轉(zhuǎn)。

所述的腿機構(gòu)包括：腿機構(gòu)安裝板、一套主緩沖支柱、兩套輔緩沖支柱、腿機構(gòu)動平臺和足墊，其中：腿機構(gòu)安裝板通過底邊的轉(zhuǎn)動鉸鏈與主結(jié)構(gòu)箱體側(cè)面連接，腿機構(gòu)安裝板的上端通過轉(zhuǎn)動鉸鏈與調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)連接，腿機構(gòu)安裝板的底邊通過兩個虎克鉸與兩個輔緩沖支柱的外套筒分別連接，腿機構(gòu)安裝板的上端通過虎克鉸與主支柱外套筒連接，腿機構(gòu)動平臺與主緩沖支柱外套筒剛性固連，并通過兩個球鉸與輔緩沖支柱的活塞桿連接。

所述的調(diào)姿驅(qū)動機構(gòu)包括：豎直安裝的兩套齒輪傳動裝置和四套換位執(zhí)行裝置，其中：齒輪傳動裝置設(shè)置于主結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)部并用于傳遞動力，四套換位執(zhí)行裝置與四套腿機構(gòu)一一連接，相對安裝的兩套換位執(zhí)行裝置和腿機構(gòu)為一組，在兩套齒輪傳動裝置的分別驅(qū)動下，兩組換位執(zhí)行裝置和腿機構(gòu)分別受控調(diào)節(jié)橫滾角和俯仰角這兩個自由度，對于每組中的兩套換位執(zhí)行裝置和腿機構(gòu)，其中一套用于順時針調(diào)節(jié)某一自由度，而另一套則用于逆時針調(diào)節(jié)該自由度。

所述的齒輪傳動裝置包括：第一套齒輪傳動裝置和第二套齒輪傳動裝置，每套齒輪傳動裝置包括：驅(qū)動小齒輪、兩個傳動小齒輪、傳動大齒輪，所有齒輪均定軸轉(zhuǎn)動，驅(qū)動小齒輪與動力源連接，且與傳動大齒輪相互嚙合，傳動小齒輪與換位執(zhí)行裝置的離合器連接，且與傳動大齒輪相互嚙合。