星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构及操作方法技术

本发明专利技术公开了一种星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构及操作方法，涉及航天器结构与机构技术领域，各地形自适应系统均设置于本体框架上且相对于本体框架竖直滑动，各水平吸能装置分别设置于一地形自适应系统上，各垂直缓冲系统分别设置于一水平吸能装置上，垂直缓冲系统为仿生猫腿结构。本发明专利技术的地形自适应系统沿本体框架竖直滑动以适应凹凸不平的星表，水平吸能装置采用摩擦制动吸能原理，可使垂直缓冲系统围绕主转轴转动，在一定程度上吸收着陆时的水平方向冲击能量；垂直缓冲系统运用仿生猫腿结构，通过关节变形吸收垂直方向的冲击能量，也可以参与吸收一定量的水平方向冲击能量。

【技术实现步骤摘要】
星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构及操作方法
本专利技术涉及航天器结构与机构
，特别是涉及一种星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构及操作方法。
技术介绍
探月着陆器的着陆缓冲机构用于缓冲航天器着陆时受到的冲击，着陆器在进行月球或行星着陆探测时，首先通过反推发动机等设备的工作来实现减速，但是在完全接触月球或行星表面前速度难以降低到零，这使得着陆器需要受到巨大的冲击载荷，且在复杂的地形中容易产生翻滚，要保证着陆器最终安全着陆，必须通过着陆缓冲系统吸收剩余能量。截止目前，根据缓冲原理不同，探测器的着陆系统一共有四种类型：腿式着陆缓冲机构着陆系统、气囊形式着陆缓冲系统、“空中吊车+火星车轮”着陆缓冲系统、可压溃缓冲结构着陆系统。其中，腿式着陆缓冲机构着陆系统的着陆姿势易于控制，通过缓冲器阻尼特性的设计可以避免着陆过程中的巨大反弹，已被应用于美国的“勘探者”探测器和“阿波罗”载人登月舱，以及苏联后期的部分“月球”探测器。其着陆缓冲机构一般均匀对称分布在着陆器周围，通过着陆缓冲机构各个支柱内的缓冲元件压缩实现着陆缓冲以及着陆姿态的调节。该系统适合着陆速度较小，或着陆后需要从月面起飞或返回地面的任务。腿式布局一般有“倒三角架式”方案和“悬臂梁式”方案，其组成基本相同，均包括主缓冲器、辅助缓冲器以及足垫等，前者类似倒置的三脚架，在着陆缓冲时位于上面的缓冲器被压缩，位于下面的两个刚性支撑杆绕根部铰链旋转。后者的主缓冲器类似于悬臂梁，在着陆缓冲时主缓冲器被压缩，并承受可能存在的弯矩，辅助缓冲器可以被压缩或拉伸。此外，按着陆后是否锚定在星体表面，可以分为锚定式着陆缓冲机构以及非锚定式着陆缓冲机构。前者主要用于表面重力加速度很小的星体表面的软着陆。为了防止由于着陆瞬时的撞击作用而使着陆器弹离目标星体表面，在着陆缓冲机构的根部位置(靠近中心的部位)设置有相应的锚叉，着陆瞬间通过锚叉把着陆器机构锚定在星体表面。综上所述，目前的绝大多数地外行星着陆器的着陆缓冲系统在展开后会处于固定姿态，且会选择较为平坦的地形后着陆，探测范围非常有限且无法重复使用。然而，在我国未来的探月任务中，可能会在有更多深层物质出露的撞击坑边缘、山脉坡地、碎石区域等复杂地形着陆，在一点探测完成后会再次起飞前往下一探测点，这对着陆器的缓冲方式、地形自适应及可重复使用性提出了更高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构及操作方法，以解决上述现有技术存在的问题，可适应不同的地形，在着陆时吸收能量实现缓冲，实现软着陆。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供了一种星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，包括本体框架、若干地形自适应系统、若干水平吸能装置和若干垂直缓冲系统，各所述地形自适应系统均设置于所述本体框架上且相对于所述本体框架竖直滑动，各所述水平吸能装置分别设置于一所述地形自适应系统上，各所述垂直缓冲系统分别设置于一所述水平吸能装置上且可相对于所述水平吸能装置的主转轴转动，所述垂直缓冲系统为仿生猫腿结构。优选的，所述本体框架包括两对平行设置的上水平主架和两对平行设置的下水平主架，所述上水平主架位于所述下水平主架的上方，两个所述上水平主架的两端和两个所述下水平主架的两端均通过平行设置的第一水平支架和第二水平支架连接，所述上水平主架和所述下水平主架的各角处均通过一竖直支撑杆连接，所述竖直支撑杆与所述地形自适应系统的数量相同，所述竖直支撑杆沿竖向设置有若干拦阻孔，各所述竖直支撑杆的两侧均设置有一竖直滑轨，各所述竖直滑轨的两端分别与所述上水平主架和所述下水平主架连接，所述地形自适应系统设置在所述竖直支撑杆上且沿所述竖直滑轨滑动。优选的，所述地形自适应系统包括滑动支座，所述滑动支座能够沿所述本体框架竖直滑动，所述滑动支座上设置有伸缩式电磁阀，所述地形自适应系统通过所述伸缩式电磁阀实现与所述本体框架的锁定与释放，所述滑动支座上还设置有第一电机，所述第一电机的动力输出端设置有齿轮，所述齿轮与所述本体框架上的齿条啮合实现所述地形自适应系统沿所述本体框架竖直滑动。优选的，所述地形自适应系统还包括激光测距传感器，所述激光测距传感器设置在所述垂直缓冲系统的下部，所述激光测距传感器用于测量所述垂直缓冲系统与星表的距离。优选的，所述水平吸能装置包括主转轴，所述主转轴与所述地形自适应系统转动连接，所述主转轴的一端固定设置有第一制动器和编码器，所述主转轴的另一端与第二电机的动力输出端传动连接，所述垂直缓冲系统与所述主转轴连接。优选的，所述垂直缓冲系统包括依次连接的大腿杆、小腿杆和足垫，所述大腿杆的一端与所述水平吸能装置通过髋关节铰接，所述大腿杆的另一端与所述小腿杆的一端通过膝关节铰接，所述小腿杆的另一端与所述足垫通过踝关节铰接，所述髋关节、所述膝关节和所述踝关节处均设置有一扭簧和一第二电磁失电制动器。优选的，所述髋关节包括髋关节轴、髋关节内和髋关节外，所述髋关节轴的两端通过键与一所述第二电磁失电制动器的制动盘锁定，所述髋关节内与所述水平吸能装置固定连接，所述髋关节外与所述大腿杆的一端固定连接，所述髋关节轴固定穿设在所述髋关节内上，所述髋关节外与所述髋关节轴转动连接，所述髋关节内上开设有弧形的第一限位槽，所述第一限位槽的一端设置有第一固定凸台，所述髋关节外上设置有一髋关节凸台，所述髋关节凸台与所述第一限位槽滑动连接，所述髋关节轴上穿设有一所述扭簧，所述扭簧的一端与一所述第一固定凸台相抵，所述扭簧的另一端与所述髋关节凸台相抵。优选的，所述膝关节包括膝关节轴、膝关节内和膝关节外，所述膝关节轴的两端通过键与一所述第二电磁失电制动器的制动盘锁定，所述膝关节内与所述小腿杆的一端固定连接，所述膝关节外与所述大腿杆的另一端固定连接，所述膝关节轴固定穿设在所述膝关节内上，所述膝关节外与所述膝关节轴转动连接，所述膝关节内上开设有弧形的第二限位槽，所述第二限位槽的一端设置有第二固定凸台，所述膝关节外上设置有一膝关节凸台，所述膝关节凸台与所述第二限位槽滑动连接，所述膝关节轴上穿设有一所述扭簧，所述扭簧的一端与一所述第二固定凸台相抵，所述扭簧的另一端与所述膝关节凸台相抵。优选的，所述踝关节包括踝关节轴和踝关节外，所述踝关节轴的两端通过键与一所述第二电磁失电制动器的制动盘锁定，所述踝关节外与所述小腿杆的另一端固定连接，所述踝关节轴固定穿设在所述足垫上，所述踝关节外与所述踝关节轴转动连接，所述足垫上开设有弧形的第三限位槽，所述第三限位槽的一端设置有第三固定凸台，所述踝关节外上设置有一踝关节凸台，所述踝关节凸台与所述第三限位槽滑动连接，所述踝关节轴上穿设有一所述扭簧，所述扭簧的一端与一所述第三固定凸台相抵，所述扭簧的另一端与所述踝关节凸台相抵。本专利技术还提供了一种所述的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构的操作方法，包括以下步骤：S1：地面发射及地月转移段：将髋关节、膝关节和踝关节的第二电磁失电制动器通电，调节髋关节、膝关节和踝关节角度使星表多点位探测的小型可复用着本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：包括本体框架、若干地形自适应系统、若干水平吸能装置和若干垂直缓冲系统，各所述地形自适应系统均设置于所述本体框架上且相对于所述本体框架竖直滑动，各所述水平吸能装置分别设置于一所述地形自适应系统上，各所述垂直缓冲系统分别设置于一所述水平吸能装置上，所述垂直缓冲系统为仿生猫腿结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：包括本体框架、若干地形自适应系统、若干水平吸能装置和若干垂直缓冲系统，各所述地形自适应系统均设置于所述本体框架上且相对于所述本体框架竖直滑动，各所述水平吸能装置分别设置于一所述地形自适应系统上，各所述垂直缓冲系统分别设置于一所述水平吸能装置上，所述垂直缓冲系统为仿生猫腿结构。


2.根据权利要求1所述的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：所述本体框架包括两对平行设置的上水平主架和两对平行设置的下水平主架，所述上水平主架位于所述下水平主架的上方，两个所述上水平主架的两端和两个所述下水平主架的两端均通过平行设置的第一水平支架和第二水平支架连接，所述上水平主架和所述下水平主架的各角处均通过一竖直支撑杆连接，所述竖直支撑杆与所述地形自适应系统的数量相同，所述竖直支撑杆沿竖向设置有若干拦阻孔，各所述竖直支撑杆的两侧均设置有一竖直滑轨，各所述竖直滑轨的两端分别与所述上水平主架和所述下水平主架连接，所述地形自适应系统设置在所述竖直支撑杆上且沿所述竖直滑轨滑动。


3.根据权利要求1所述的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：所述地形自适应系统包括滑动支座，所述滑动支座能够沿所述本体框架竖直滑动，所述滑动支座上设置有伸缩式电磁阀，所述地形自适应系统通过所述伸缩式电磁阀实现与所述本体框架的锁定与释放，所述滑动支座上还设置有第一电机，所述第一电机的动力输出端设置有齿轮，所述齿轮与所述本体框架上的齿条啮合实现所述地形自适应系统沿所述本体框架竖直滑动。


4.根据权利要求1所述的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：所述地形自适应系统还包括激光测距传感器，所述激光测距传感器设置在所述垂直缓冲系统的下部，所述激光测距传感器用于测量所述垂直缓冲系统与星表的距离。


5.根据权利要求1所述的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：所述水平吸能装置包括主转轴，所述主转轴与所述地形自适应系统转动连接，所述主转轴的一端固定设置有第一制动器和编码器，所述主转轴的另一端与第二电机的动力输出端传动连接，所述垂直缓冲系统与所述主转轴连接。


6.根据权利要求1所述的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：所述垂直缓冲系统包括依次连接的大腿杆、小腿杆和足垫，所述大腿杆的一端与所述水平吸能装置通过髋关节铰接，所述大腿杆的另一端与所述小腿杆的一端通过膝关节铰接，所述小腿杆的另一端与所述足垫通过踝关节铰接，所述髋关节、所述膝关节和所述踝关节处均设置有一扭簧和一第二电磁失电制动器。


7.根据权利要求6所述的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：所述髋关节包括髋关节轴、髋关节内和髋关节外，所述髋关节轴的两端通过键与一所述第二电磁失电制动器的制动盘锁定，所述髋关节内与所述水平吸能装置固定连接，所述髋关节外与所述大腿杆的一端固定连接，所述髋关节轴固定穿设在所述髋关节内上，所述髋关节外与所述髋关节轴转动连接，所述髋关节内上开设有弧形的第一限位槽，所述第一限位槽的一端设置有第一固定凸台，所述髋关节外上设置有一髋关节凸台，所述髋关节凸台与所述第一限位槽滑动连接，所述髋关节轴上穿设有一所述扭簧，所述扭簧的一端与一所述第一固定凸台相抵，所述扭簧的另一端与所述髋关节凸台相抵。


8.根据权利要求6所述的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：所述膝关节包括膝关节轴、膝关节内和膝关节外，所述膝关节轴的两端通过键与一所述第二电磁失电制动器的制动盘锁定，所述膝关节内与所述小腿杆的一端固定连接，所述膝关节外与所述大腿杆的另一端固定连接，所述膝关节轴固定穿设在所述膝关节内上，所述膝关节外与所述膝关节轴转动连接，所述膝关节内上开设有弧形的第二限位槽，所述第二限位槽的一端设置有第二固定凸台，所述膝关节外上设置有一膝关节凸台，所述膝关节凸台与所述第二限位槽滑动连接，所述膝关节轴上穿设有一所述扭簧，所述扭簧的一端与一所述第二固定凸台相抵，所述扭簧的另一端与所述膝关节凸台相抵。


9.根据权利要求6所述的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：所述踝关节包括踝关节轴和踝关节外，所述踝关节轴的两端通过键与一所述第二电磁失电制动器的制动盘锁定，所述踝关节外与所述小腿杆的另一端固定连接，所述踝关节轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾山，赵建华，胡汝洁，陈金宝，袁英男，周向华，张胜，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32