一种基于负泊松比结构的记忆合金行星探测着陆器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于负泊松比结构的记忆合金行星探测着陆器，包括着陆器主体和缓冲结构。着陆器主体用于容纳有效载荷，缓冲结构周向等间隔地连接在着陆器主体的侧壁。缓冲结构包括：机械腿组件，主减震器以及足垫；机械腿组件包括着陆支腿，着陆支腿为负泊松比结构的记忆合金。主减震器的一端与着陆器主体连接，另一端与着陆支腿上端的球形铰链相铰接，形成主减震器相对机械腿组件的转动副。本发明专利技术的有益效果是：通过负泊松比结构的记忆合金着陆支撑腿和主减震器相对机械腿组件的转动副，使得行星探测着陆器具备较强的着陆缓冲性能、姿态控制能力以及形状可恢复性，且在缓冲性能和姿态调控能力增强后，着陆器还可以携带较重的载荷。

【技术实现步骤摘要】
一种基于负泊松比结构的记忆合金行星探测着陆器
本专利技术涉及一种行星探测着陆器，具体涉及一种基于负泊松比结构的记忆合金行星探测着陆器。
技术介绍
随着科学技术的发展，人类开始了不断的地外行星探测活动。通过地外行星探测，人类不仅可以通过观测行星及其卫星的地质结构、表面形状、周围环境等，发现行星上的珍贵矿藏，为将来的资源开采打下基础，并且可以通过对行星上的化学元素进行采样分析，了解星系的起源、演变及现状，探索生命的起源。目前，已知的着陆器着陆方式主要分为“硬着陆”和“软着陆”两种。“硬着陆”一般是指着陆器未减速(或未减速到人员或设备允许值)，而以较大速度直接返回地球或击中行星，这是毁坏性的着陆，只能获得在与行星表面撞击前所探测到的数据。“软着陆”是指着陆器在降落过程中，逐渐减低降落速度，使得着陆器在接触行星表面瞬时的垂直速度降低到很小，最后不受损坏地降落到地面或其他星体表面上，同时利用缓冲结构吸收冲击能量，从而实现安全着陆的技术。“软着陆”的着陆方式可以使探测器较长时间地在行星上工作，获得大量精准的数据，故探测器着陆设计时多采用“软着陆”的方式进行着陆。着陆器着陆时，需要搭载一定的有效载荷。当出现着陆区域地形地貌凹凸不平、着陆后的姿态不理想或着陆器缓冲腿在外星体表面下陷等不利工作情况时，现有技术中的缓冲结构的缓冲性能不够，会影响到所搭载的科学仪器等有效载荷的工作状态，进而对后续探测任务的实施产生不利影响。另一方面，若着陆时的冲击力过大，会对着陆器造成难以恢复的形变，造成损坏。此外，由于行星表面形貌凸凹不平，着陆器在行走过程中常常发生倾斜现象，使得着陆器本体失去平稳的姿态，影响有效载荷的工作状态。因此，设计可靠性好、姿态调整能力强、抗冲击能力强以及受到冲击后的能够及时恢复形状的缓冲结构显得尤为重要。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术中着陆器缓冲性能不足、收到较强冲击后难以恢复形状以及着陆器行走过程中姿态调整能力较差的问题，本专利技术提供一种基于负泊松比结构的记忆合金行星探测着陆器。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术提供一种基于负泊松比结构的记忆合金行星探测着陆器，包括着陆器主体和缓冲结构；着陆器主体的底面封闭，其内部用于容纳有效载荷；缓冲结构周向等间隔地连接在着陆器主体的侧壁；缓冲结构包括：机械腿组件，主减震器以及足垫；机械腿组件包括着陆支腿，着陆支腿为负泊松比结构的记忆合金；主减震器的一端与所述着陆器主体连接，另一端与着陆支腿上端的球形铰链相铰接，形成主减震器相对机械腿组件的转动副。根据本专利技术，主减震器通过主减震器连接器与着陆支腿上端的球形铰链相铰接；主减震器连接器包括主减震器连接杆和主减震器球形铰链，主减震器与主减震器连接杆相连接，主减震器连接杆的下端形成容置主减震器球形铰链的球形凹腔，以使主减震器连接杆可绕主减震器球形铰链转动；主减震器球形铰链的下端为实心金属圆柱，与着陆支腿的上端焊接在一起。根据本专利技术，缓冲组件还包括辅助减震器；辅助减震器通过辅助减震器连接器、套设于着陆支腿外部的辅助减震器锁定装置连接至着陆支腿的中部，辅助减震器的另一端通过连接组件连接至着陆器主体。根据本专利技术，辅助减震器包括对称分布的左辅助减震器和右辅助减震器，左辅助减震器和右辅助减震器的一端皆连接至所述辅助减震器连接器，左辅助减震器和右辅助减震器的另一端分别连接至设置在着陆器主体侧壁的连接组件的两端，使得左辅助减震器、右辅助减震器和着陆器主体形成三角形稳定结构。根据本专利技术，主减震器包括顶杆、中杆和伸缩杆；顶杆与着陆器主体螺栓固定，伸缩杆的一端与机械腿组件连接；伸缩杆的另一端安装在中杆内部，可沿中杆内部滑动以实现伸缩。根据本专利技术，着陆器还包括温度控制系统，用于调节记忆合金的温度，使其恢复形状；温度控制系统包括设置在负泊松比结构内部的电热丝，用于对记忆合金加热，使记忆合金达到相变温度，从而实现形状回复。根据本专利技术，缓冲组件的数量为3-4组。根据本专利技术，连接组件与所述缓冲结构对应设置，以将每组缓冲结构中的辅助减震器均匀地周向等间隔连接在着陆器主体的侧壁；每组连接组件包括若干组内连接板和若干组外连接板，每组内连接板包括2个，对称且垂直地焊接在着陆器主体的侧壁，外连接板的两端通过螺栓分别与内连接板固定在一起；左辅助减振器和右辅助减震器通过螺栓与外连接板固定在一起。根据本专利技术，机械腿组件还包括小腿杆，小腿杆的上端为实心圆柱，与着陆支腿的下端连接；小腿杆的下端为球形铰链，与足垫相铰接，形成小腿杆相对足垫的转动副。根据本专利技术，足垫上设置足垫孔。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的基于负泊松比结构的记忆合金行星探测着陆器，通过负泊松比结构的记忆合金着陆支撑腿、主减震器和足垫的共同作用，使得行星探测着陆器具备较强的着陆缓冲性能、姿态控制能力以及形状可恢复性，且在缓冲性能和姿态调控能力增强后，着陆器还可以携带较重的载荷。(2)本专利技术通过多组主减震器的配合，使得着陆器在着陆过程中，着陆支撑腿相对于着陆器本体具有多个可调节的自由度，使得行星探测着陆器能够相对灵活地控制本体姿态。另外，本专利技术在各个主减震器与着陆支撑腿相连接的部位球形铰接，使得着陆支撑腿有多个自由度，有利于着陆器在凸凹不平的行星表面运动过程中保持着陆器本体姿态的平稳。(3)本专利技术采用记忆合金作为陆支撑腿的材料，记忆合金本身具有高弹性以及形状记忆效应，可以增强探测着陆器的抗冲击吸能的能力，使得机械腿组件具有外摆、内收、伸展以及曲屈等自由度。另一方面，记忆合金的采用，还能在着陆时受到冲击能量过大时，着陆支撑腿的结构发生塑性形变后，着陆支腿能够在智能温度控制系统的控制下，恢复形状。有利于行星探测器的安全着陆，以及结构后续的回收使用。(4)本专利技术将着陆支撑腿设计为负泊松比结构，一方面，增强了着陆器的抗冲击能力，另一方面，减轻了着陆器的整体质量。(5)本专利技术弥补了传统的可行走着陆器在运动灵活性和使用便利性等方面的不足，具备较强的落地时着陆器本体姿态控制能力和抗冲击的能力。附图说明图1为本专利技术中基于负泊松比结构的记忆合金行星探测着陆器的整体结构示意图；图2为本专利技术中机械腿组件的结构示意图；图3为本专利技术中机械腿组件的剖视图；图4为着陆支撑腿所采用的负泊松比结构；图5为着陆支撑腿的结构示意图；图6为着陆支撑腿的整体示意图；图7为主减震器的结构示意图。【附图标记说明】1：缓冲组件；2：机械腿组件；21：着陆支腿；211：着陆支腿外壁；212：记忆合金负泊松比结构；22：辅助减震器连接器；23：辅助减震器连接杆；24：小腿杆；3：辅助减震器锁定装置；4：足垫；41：足垫球形铰链；42：足垫孔；5：主减震器；51：主减震器连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于负泊松比结构的记忆合金行星探测着陆器，其特征在于，包括着陆器主体(9)和缓冲结构(1)；/n所述着陆器主体(9)的底面封闭，其内部用于容纳有效载荷；/n所述缓冲结构(1)周向等间隔地连接在所述着陆器主体(9)的侧壁；/n所述缓冲结构(1)包括：机械腿组件(2)，主减震器(5)以及足垫(4)；/n所述机械腿组件(2)包括着陆支腿(21)，/n所述着陆支腿(21)为负泊松比结构的记忆合金；/n所述主减震器(5)的一端与所述着陆器主体(9)连接，另一端与着陆支腿(21)上端的球形铰链相铰接，形成主减震器(5)相对机械腿组件(2)的转动副。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于负泊松比结构的记忆合金行星探测着陆器，其特征在于，包括着陆器主体(9)和缓冲结构(1)；
所述着陆器主体(9)的底面封闭，其内部用于容纳有效载荷；
所述缓冲结构(1)周向等间隔地连接在所述着陆器主体(9)的侧壁；
所述缓冲结构(1)包括：机械腿组件(2)，主减震器(5)以及足垫(4)；
所述机械腿组件(2)包括着陆支腿(21)，
所述着陆支腿(21)为负泊松比结构的记忆合金；
所述主减震器(5)的一端与所述着陆器主体(9)连接，另一端与着陆支腿(21)上端的球形铰链相铰接，形成主减震器(5)相对机械腿组件(2)的转动副。


2.如权利要求1所述的行星探测着陆器，其特征在于，所述主减震器(5)通过主减震器连接器(8)与着陆支腿(21)上端的球形铰链相铰接；
所述主减震器连接器(8)包括主减震器连接杆(81)和主减震器球形铰链(82)，所述主减震器(5)与所述主减震器连接杆(81)相连接，所述主减震器连接杆(81)的下端形成容置主减震器球形铰链(82)的球形凹腔，以使主减震器连接杆(81)可绕主减震器球形铰链(82)转动；所述主减震器球形铰链(82)的下端为实心金属圆柱，与所述着陆支腿(21)的上端焊接在一起。


3.如权利要求1所述的行星探测着陆器，其特征在于，所述缓冲组件(1)还包括辅助减震器；
所述辅助减震器通过辅助减震器连接器(22)、套设于着陆支腿(21)外部的辅助减震器锁定装置(3)连接至所述着陆支腿(21)的中部，所述辅助减震器的另一端通过连接组件连接至着陆器主体(9)。


4.如权利要求3所述的行星探测着陆器，其特征在于，所述辅助减震器包括对称分布的左辅助减震器(61)和右辅助减震器(62)，所述左辅助减震器(61)和右辅助减震器(62)的一端皆连接至所述辅助减震器连接器(22)，所述左辅助减震器(61)和右辅助减震器(62)的另一端分别连接至设置在所述着...

【专利技术属性】
技术研发人员：于征磊，信仁龙，张立新，谢鑫宇，张晓龙，张志辉，任露泉，徐泽州，李行，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22