[發明專利]基于變剛度緩沖器的仿貓構型月球著陸器及其著陸方法

在審

• 申請號: 202210366439.0
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114802823A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 王宸;朱錦耀;陳金寶;賴少杰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64G1/62
• 分類號: B64G1/62
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發明提供了一種基于變剛度緩沖器的仿貓構型月球著陸器及其著陸方法，著陸器包含著陸器機體、股骨仿貓腿結構、變剛度緩沖器、脛骨仿貓腿結構、跖骨仿貓腿結構、緩沖彈簧、仿貓足墊、肩胛骨仿貓腿結構、肱骨仿貓腿結構、橈骨仿貓腿結構。當仿貓足墊、跖骨仿貓腿結構和橈骨仿貓腿結構觸地后，各結構帶動變剛度緩沖器工作，通過變剛度緩沖器拉/壓運動，實現著陸器緩沖減速。同時，在著陸過程中，通過對變剛度緩沖器進行剛度調整，完成著陸器緩沖力及整體姿態控制，最終實現著陸器安全穩定著陸。本發明可廣泛應用于各類航天著陸器，具有緩沖效果好、著陸范圍廣、著陸姿態可控等優點。

技術領域

本發明涉及航空航天技術領域，具體是一種基于變剛度緩沖器的仿貓構型月球著陸器及其著陸方法。

背景技術

在我國“繞、落、回”三步走的無人月球探測計劃結束之際，又提出了構建無人月球科研站的基本設想。目前已經成熟的被動軟著陸技術所采用的著陸緩沖機構，大多在著陸前實現鎖定，不能根據月面的起伏情況做適應性調整，著陸過程中緩沖力的大小也不能隨沖擊載荷的變化做適應性的主動變化，因此難以滿足未來月球探測安全著陸要求，必須突破主動軟著陸方法，根據著陸過程中的沖擊力學特性主動調整緩沖力性能，確保裝備姿態的穩定性。著陸器的布局與構型決定了緩沖方法的性能能夠得到充分發揮，決定了機構的基本性能，是著陸緩沖機構的核心研究內容之一。

發明內容

本發明為了解決現有技術的問題，提供了一種基于變剛度緩沖器的仿貓構型月球著陸器及其著陸方法，通過仿生學手段進行著陸緩沖機構的設計，將仿生機器人的技術成果應用到著陸器的設計中，實現了穩定高效著陸，能夠適用于我國未來月球探測。

本發明提供了一種基于變剛度緩沖器的仿貓構型月球著陸器，包括著陸器機體以及連接在著陸器機體上的一對前腿和一對后腿。

所述前腿包括肩胛骨仿貓腿結構、肱骨仿貓腿結構、橈骨仿貓腿結構、變剛度緩沖器，其中，著陸機體與肩胛骨仿貓腿結構之間通過銷軸進行鉸接，肩胛骨仿貓腿結構與肱骨仿貓腿結構通過銷軸進行鉸接；肩胛骨仿貓腿結構上設有第二限位孔，肩胛骨仿貓腿結構上的第二限位孔分別鉸接有變剛度緩沖器FS和變剛度緩沖器FD，變剛度緩沖器FS和變剛度緩沖器FD分別置與肱骨仿貓腿結構的倆側，變剛度緩沖器FS與橈骨仿貓腿結構通過銷軸進行鉸接，橈骨仿貓腿結構上存在第二限位孔與肱骨仿貓腿結構及變剛度緩沖器FD通過銷軸進行鉸接。

所述后腿包括股骨仿貓腿結構、脛骨仿貓腿結構、跖骨仿貓腿結構、變剛度緩沖器，其中，著陸機體與股骨仿貓腿結構之間通過銷軸進行鉸接，股骨仿貓腿結構與脛骨仿貓腿結構通過銷軸進行鉸接，股骨仿貓腿結構上設有第二限位孔，股骨仿貓腿結構上的第二限位孔分別鉸接有變剛度緩沖器HS和變剛度緩沖器HD，變剛度緩沖器HS和變剛度緩沖器HD分別置與脛骨仿貓腿結構的倆側，變剛度緩沖器HS與跖骨仿貓腿結構通過銷軸進行鉸接，跖骨仿貓腿結構上存在第二限位孔與脛骨仿貓腿結構及變剛度緩沖器HD通過銷軸進行鉸接。

進一步改進，所述變剛度緩沖器為現有的磁流變液緩沖器。

進一步改進，所述橈骨仿貓腿結構和跖骨仿貓腿結構底部分別鉸接有仿貓足墊，鉸接處設有扭簧，在緩沖著陸時起到一定的緩沖效果。

進一步改進，所述的著陸器機體安裝有加速度傳感器、用于測量俯仰角的角度傳感器和用于測量滾轉角的角度傳感器。

進一步改進，所述的肩胛骨仿貓腿結構、肱骨仿貓腿結構、橈骨仿貓腿結構之間的長度比為571:912:852，所述股骨仿貓腿結構、脛骨仿貓腿結構、跖骨仿貓腿結構之間的長度比為892:912:562。

本發明還提供了一種基于變剛度緩沖器的仿貓構型月球著陸器的著陸方法，著陸器著陸時，前腿的的足墊首先觸地，通過傳感器獲得著陸器加速度、加速度變化量、俯仰角、滾轉角，對分布于前后腿的八個變剛度緩沖器進行緩沖力控制，根據不同著陸姿態來調整前后著陸腿上的變剛度緩沖器的阻尼力，實現最優著陸姿態，著陸完成后通過變剛度緩沖器實現著陸腿狀態的復位。