一种刚柔双模式可复用着陆缓冲装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种刚柔双模式可复用着陆缓冲装置，包括伸缩筒、缓冲弹簧、伸缩座；伸缩筒的一端外壁与伸缩座的一端内壁套接在一起，形成缓冲芯体；缓冲弹簧套在缓冲芯体外侧，在外力和的缓冲弹簧共同作用下，伸缩座能够相对于伸缩筒滑动；伸缩筒内表面上设有M个限位球窝和N个缓冲球窝；伸缩筒内部设有M个限位电磁铁组件和N个缓冲电磁铁组件，限位电磁铁组件用于与限位球窝配合，控制缓冲装置工作在刚性工作模式下，缓冲芯体长度固定在指定长度；缓冲电磁铁组件用于与缓冲球窝配合，控制缓冲装置工作在缓冲工作模式下，缓冲过程中依靠缓冲弹簧被压缩来吸收外力产生的冲击能量，能量吸收过程结束后弹簧长度将被自动锁定。

【技术实现步骤摘要】
一种刚柔双模式可复用着陆缓冲装置
本专利技术涉及一种刚柔双模式可复用着陆缓冲装置，属于航天飞行器与机器人着陆及缓冲

技术介绍
飞行器和机器人着陆缓冲技术，是用于保护飞行器和机器人在着陆过程中受地面冲击力作用时不受损坏。由于地貌环境复杂，缓冲装置需要在着陆过程中通过弹性介质吸收冲击能量，能量吸收完全后，通过阻尼器件或材料将能量耗散掉。目前国外已采用过的缓冲装置有气囊缓冲装置、可压缩吸能器、气压缓冲器、液压缓冲装置、磁流变缓冲装置、电磁阻尼缓冲装置和机械式弹簧缓冲装置。在空间环境中，可复用利用的缓冲装置不适宜采用气压缓冲等借助其它介质缓冲的方式，当前绝大多数飞行器及机器人每条腿的缓冲装置都是采用了弹簧-阻尼缓冲装置形式。然而采用此缓冲装置形式的飞行器及机器人，在着陆冲击完成后，在缓冲弹簧的作用下进入往复振动阶段，直至能量耗散完全后达到静止，当飞行器及机器人体积、重量较大时，会引起惯性力过大，尤其是各个着陆腿间的触地表高度落差比较大时，飞行器或机器人会因此倾覆(如图1(a)和图1(b)所示)，飞行器或机器人报废风险会更高。另外，当前的缓冲装置不具备刚性工作模式，缓冲装置为飞行器或机器人行走腿的一部分，使飞行器和机器人在地表行进过程中仍然处于缓冲工作状态，飞行器和机器人本体会因此在重心附近抖动，严重影响飞行器和机器人本体上的探测设备和视觉、避障等智能传感器工作，对周围环境的探测结果带来不确定因素。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种刚柔双模式可复用着陆缓冲装置，克服当前弹簧-阻尼缓冲装置存在使飞行器和机器人着陆倾覆、行进工作过程中使飞行器和机器人抖动的问题。本专利技术解决技术的方案是：一种刚柔双模式可复用着陆缓冲装置，该装置包括伸缩筒、缓冲弹簧、伸缩座；伸缩筒、伸缩座均为空心筒状结构；伸缩筒的一端外壁与伸缩座的一端内壁套接在一起，形成缓冲芯体；缓冲弹簧套在缓冲芯体外侧，在外力和的缓冲弹簧共同作用下，伸缩座能够相对于伸缩筒滑动；伸缩筒内表面上设有M个限位球窝和N个缓冲球窝；伸缩筒内部设有M个限位电磁铁组件和N个缓冲电磁铁组件，限位电磁铁组件用于与限位球窝配合，控制缓冲装置工作在刚性工作模式下，缓冲芯体长度固定在指定长度；缓冲电磁铁组件用于与缓冲球窝配合，控制缓冲装置工作在缓冲工作模式下，缓冲过程中依靠缓冲弹簧被压缩来吸收外力产生的冲击能量，并且能量吸收过程结束后弹簧长度将被自动锁定，长度保持在最短长度不变，将能量存储，M与N的数量不少于2个。最大数量依据被缓冲负载大小设计。上述刚柔双模式可复用着陆缓冲装置还包括外罩、内罩，外罩、内罩也为空心筒状结构；伸缩筒位于外罩内，伸缩筒的另一端端部与外罩的一端端部固定连接在一起；伸缩座位于内罩内，伸缩座的另一端端部与内罩的一端部固定连接在一起；内罩的另一端外壁与外罩另一端内壁贴合套接在一起形成一个封闭壳体，缓冲芯体位于封闭壳体内部；缓冲弹簧位于缓冲芯体与封闭壳体之间，在外力和的缓冲弹簧共同作用下，伸缩座连同内罩能够相对于伸缩筒连通外罩滑动。所述限位球窝为回转体凹槽结构，回转体的轮廓线自上而下分为四段，第一段为斜线，第二段为圆弧，第三段为圆弧，第四段为斜线，将限位球窝工作区域划分为四个工作区域，依次记为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，并第一区域与第四区域对称分布，通过倒角设计形成限位钢球导向斜面，防止钢球将伸缩筒与伸缩座卡住，能够辅助限位钢球进出限位球窝顺利，无运动死点；第二区域、第三区域对称分布，均为与限位钢球接触部分，对钢球进行轴向限位。所述回转体的轮廓线第一段与第二段、第三段与第四段之间的连接处通过一个折线连接，在第一区域与第二区域、第三区域与第四区域之间形成一个凹槽，一个方面，用于去除两个区域之间形成的尖角，另一个方面，用于减小限位钢球进入限位球窝之后沿装置轴线方向的受力；第二段、第三段的连接处通过一喇叭形状的曲线连接，在第二区域、第三区域之间形成一个截面为喇叭形的凹槽结构，用于减少接触区域，降低钢球出入球窝的摩擦阻力。所述限位电磁铁组件包括限位钢球、限位推杆、限位推杆压簧、限位电磁铁、限位紧固螺钉；伸缩筒侧壁上垂直于伸缩筒中心轴线方向设有一个通向伸缩筒的电磁铁安装块，电磁铁安装块内设有导通伸缩筒内外的导向孔，限位电磁铁位于伸缩筒内部，固定在电磁铁安装块上，限位电磁铁内部设有一个安装槽，安装槽与伸缩筒内表面上的电磁铁安装块匹配安装，电磁铁内的通孔与安装块内部的导向孔同轴，限位推杆的为T型杆，限位推杆杆身部分位于限位电磁铁通孔的内，另一部分位于伸缩筒侧壁上的导向孔内，在导向孔内，限位推杆压簧套在限位推杆的外侧，限位推杆压簧一端抵在限位电磁铁安装槽底面上，另一端抵在限位推杆的T型头端部内侧，限位推杆的T型头端部外侧面为限位钢球；当限位电磁铁断电时，推杆压簧始终推动推杆，推杆将限位钢球压向伸缩筒外侧并与伸缩座接触；当限位电磁铁上电后，推杆受电磁吸力向筒中心方向移动，推杆压簧被压缩，限位钢球此时也会被推杆上的吸力和伸缩座的推力共同作用下进入伸缩筒的导向孔内，与伸缩座分离不再接触；限位电磁铁再次断电后，推杆压簧推动推杆向筒外侧移动，限位钢球此时再次被推杆压紧在伸缩座表面，遇到缓冲球窝会自动进入缓冲球窝，此时限位钢球受伸缩座的推力小于推杆受推杆压簧作用给予的推力，限位钢球会限位球窝内第二区域、第三区域卡住，限制住缓冲装置不能沿轴向运动，能够稳定在限位球窝内，此时，缓冲装置转变为刚性结构。所述缓冲球窝为回转体凹槽结构，回转体的轮廓线自上而下分为四段，第一段为斜线，第二段为圆弧，第三段为圆弧，第四段为斜线，将缓冲球窝工作区域划分为四个工作区域，依次记为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，第一区域是限位钢球导向部分；第二区域、第三区域为与限位钢球接触部分；第四区域为导向部分并与第三区域接触区相切，第一区域与第四区域通过倒角设计形成限位钢球导向斜面，防止钢球将伸缩筒与伸缩座卡住，能够辅助限位钢球进出限位球窝顺利，无运动死点；第二区域为与限位钢球接触部分，对钢球进行轴向限位；第三区域为过渡段，用于限位钢球迅速滑向第四区域的导向段。所述回转体的轮廓线第一段与第二段之间的连接处通过一个折线连接，在第一区域与第二区域之间形成一个凹槽，用于去除两个区域之间形成的尖角，同时用于减小限位钢球进入限位球窝之后沿装置轴线方向的受力；第二段、第三段的连接处通过一喇叭形状的曲线连接，在第二区域、第三区域之间形成一个截面为喇叭形的凹槽结构，用于减少接触区域，降低钢球出入球窝的摩擦阻力。所述回转体的轮廓线第四段与回转轴之间的夹角为20度至40度之间。所述缓冲电磁铁组件包括缓冲钢球、缓冲推杆、缓冲推杆压簧、缓冲电磁铁、缓冲紧固螺钉；伸缩筒侧壁上垂直于伸缩筒中心轴线方向设有一个通向伸缩筒的电磁铁安装块，电磁铁安装块内设有导通伸缩筒内外的导向孔，限位电磁铁位于伸缩筒内部，固定在电磁铁安装块上，限位电磁铁内部设有一个安装槽，安装槽与伸缩筒内表面上的电磁铁安装块匹配安装，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种刚柔双模式可复用着陆缓冲装置，其特征在于包括伸缩筒(3)、缓冲弹簧(5)、伸缩座(6)；伸缩筒(3)、伸缩座(6)均为空心筒状结构；/n伸缩筒(3)的一端外壁与伸缩座(6)的一端内壁套接在一起，形成缓冲芯体；缓冲弹簧(5)套在缓冲芯体外侧，在外力和的缓冲弹簧(5)共同作用下，伸缩座(6)能够相对于伸缩筒(3)滑动；/n伸缩筒(6)内表面上设有M个限位球窝和N个缓冲球窝；伸缩筒(3)内部设有M个限位电磁铁组件(7)和N个缓冲电磁铁组件(12)，限位电磁铁组件(7)用于与限位球窝配合，控制缓冲装置工作在刚性工作模式下，缓冲芯体长度固定在指定长度；缓冲电磁铁组件(12)用于与缓冲球窝配合，控制缓冲装置工作在缓冲工作模式下，缓冲过程中依靠缓冲弹簧(5)被压缩来吸收外力产生的冲击能量，并且能量吸收过程结束后弹簧长度将被自动锁定，长度保持在最短长度不变，将能量存储，M与N的数量不少于2个。最大数量依据被缓冲负载大小设计。/n

【技术特征摘要】
1.一种刚柔双模式可复用着陆缓冲装置，其特征在于包括伸缩筒(3)、缓冲弹簧(5)、伸缩座(6)；伸缩筒(3)、伸缩座(6)均为空心筒状结构；
伸缩筒(3)的一端外壁与伸缩座(6)的一端内壁套接在一起，形成缓冲芯体；缓冲弹簧(5)套在缓冲芯体外侧，在外力和的缓冲弹簧(5)共同作用下，伸缩座(6)能够相对于伸缩筒(3)滑动；
伸缩筒(6)内表面上设有M个限位球窝和N个缓冲球窝；伸缩筒(3)内部设有M个限位电磁铁组件(7)和N个缓冲电磁铁组件(12)，限位电磁铁组件(7)用于与限位球窝配合，控制缓冲装置工作在刚性工作模式下，缓冲芯体长度固定在指定长度；缓冲电磁铁组件(12)用于与缓冲球窝配合，控制缓冲装置工作在缓冲工作模式下，缓冲过程中依靠缓冲弹簧(5)被压缩来吸收外力产生的冲击能量，并且能量吸收过程结束后弹簧长度将被自动锁定，长度保持在最短长度不变，将能量存储，M与N的数量不少于2个。最大数量依据被缓冲负载大小设计。


2.根据权利要求1所述的一种刚柔双模式可复用着陆缓冲装置，其特征在于还包括外罩(4)、内罩(8)，外罩(4)、内罩(8)也为空心筒状结构；伸缩筒(3)位于外罩(4)内，伸缩筒(3)的另一端端部与外罩(4)的一端端部固定连接在一起；伸缩座(6)位于内罩(8)内，伸缩座(6)的另一端端部与内罩(8)的一端部固定连接在一起；内罩(8)的另一端外壁与外罩(4)另一端内壁贴合套接在一起形成一个封闭壳体，缓冲芯体位于封闭壳体内部；缓冲弹簧(5)位于缓冲芯体与封闭壳体之间，在外力和的缓冲弹簧(5)共同作用下，伸缩座(6)连同内罩(8)能够相对于伸缩筒(3)连通外罩(4)滑动。


3.根据权利要求1所述的一种刚柔双模式可复用着陆缓冲装置，其特征在于所述限位球窝为回转体凹槽结构，回转体的轮廓线自上而下分为四段，第一段为斜线，第二段为圆弧，第三段为圆弧，第四段为斜线，将限位球窝工作区域划分为四个工作区域，依次记为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，并第一区域与第四区域对称分布，通过倒角设计形成限位钢球导向斜面，防止钢球将伸缩筒(3)与伸缩座(6)卡住，能够辅助限位钢球进出限位球窝顺利，无运动死点；第二区域、第三区域对称分布，均为与限位钢球接触部分，对钢球进行轴向限位。


4.根据权利要求3所述的一种刚柔双模式可复用着陆缓冲装置，其特征在于回转体的轮廓线第一段与第二段、第三段与第四段之间的连接处通过一个折线连接，在第一区域与第二区域、第三区域与第四区域之间形成一个凹槽，一个方面，用于去除两个区域之间形成的尖角，另一个方面，用于减小限位钢球进入限位球窝之后沿装置轴线方向的受力；第二段、第三段的连接处通过一喇叭形状的曲线连接，在第二区域、第三区域之间形成一个截面为喇叭形的凹槽结构，用于减少接触区域，降低钢球出入球窝的摩擦阻力。


5.根据权利要求1所述的一种刚柔双模式可复用着陆缓冲装置，其特征在于所述限位电磁铁组件(12)包括限位钢球(12-1)、限位推杆(12-5)、限位推杆压簧(12-2)、限位电磁铁(12-3)、限位紧固螺钉(12-4)；
伸缩筒(3)侧壁上垂直于伸缩筒(3)中心轴线方向设有一个通向伸缩筒(3)的电磁铁安装块，电磁铁安装块内设有导通伸缩筒(3)内外的导向孔，限位电磁铁(12-3)位于伸缩筒(3)内部，固定在电磁铁安装块上，限位电磁铁(12-3)内部设有一个安装槽，安装槽与伸缩筒(3)内表面上的电磁铁安装块匹配安装，电磁铁内的通孔与安装块内部的导向孔同轴，限位推杆(12-5)的为T型杆，限位推杆(12-5)杆身部分位于限位电磁铁(12-3)通孔的内，另一部分位于伸缩筒(3)侧壁上的导向孔内，在导向孔内，限位推杆压簧(12-2)套在限位推杆(12-5)的外侧，限位推杆压簧(12-2)一端抵在限位电磁铁(12-3)安装槽底面上，另一端抵在限位推杆(12-5)的T型头端部内侧，限位推杆(12-5)的T型头端部外侧面为限位钢球(12-1)；
当限位电磁铁(12-3)断电时，推杆压簧始终推动推杆，推杆将限位钢球压向伸缩筒(3)外侧并与伸缩座(6)接触；当限位电磁铁(12-3)上电后，推杆受电磁吸力向筒中心方向移动，推杆压簧被压缩，限位钢球此时也会被推杆上的吸力和伸缩座(6)的推力共同作用下进入伸缩筒(3)的导向孔内，与伸缩座(6)分离不再接触；限位电磁铁(12-3)再次断电后，推杆压簧推动推杆向筒外侧移动，限位钢球此时再次被推杆压紧在...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵靖超，周晓东，李晓辉，刘维惠，文闻，张强，李刚，周元子，王晗，高卫青，马海龙，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11