CN104943875B - 一种可行走的月球软着陆机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可行走的月球软着陆机构，包括均匀安装在一着陆器侧壁的若干着陆缓冲腿组成，每一着陆缓冲腿包括一主缓冲支柱组件、对称安装在主缓冲支柱组件两侧的两辅助缓冲支柱组件、足垫以及连接板；主缓冲支柱组件以及辅助缓冲支柱组件分别包括：缓冲支柱，内部装有缓冲材料，用以双向压缩和拉伸；滑块，铰接在缓冲支柱的上端；滑轨，固定在着陆器的侧壁上，滑块可滑动连接在滑轨上；丝杠，一端连接滑块；驱动传动，连接丝杠的另一端，通过丝杠驱动滑块在滑轨上移动，实现着陆缓冲腿的展开或收拢；主缓冲支柱组件以及辅助缓冲支柱组件的缓冲支柱的下端共同铰接在连接板上，连接板通过球铰连接足垫。

Description

一种可行走的月球软着陆机构

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种使着陆器具备行走功能的软着陆机构。

背景技术

在着陆器的着陆探测中，除了要求着陆器能实现的软着陆外，随着探测任务需求和某些有效载荷对着陆器工作姿态特殊要求的提出，对着陆器在着陆后的移动能力及姿态调整能力的要求也日益凸显，以适应探测任务的需要。

软着陆机构用于着陆器附着探测领域，用以实现着陆器着陆时的能量缓冲吸收，保证着陆器稳定、可靠附着在地面。目前公知的软着陆机构仅能实现软着陆，在着陆后，着陆器只能固定在着陆点不动，然后通过移动车或其他手段对着陆区域附近进行探测，当探测手段不足时将无法开展探测任务。此外，通常的软着陆机构在着陆后只能维持在缓冲后的状态，不具备主动进行姿态调节的能力，因此当着陆器附着区域星表地形地貌不平整(倾斜或存在凸起、凹陷)时，着陆器将出现姿态倾斜等不水平的状态且无法主动控制并调整，可能也会影响后续探测任务的实施。

综上，目前公知的着陆器软着陆机构机动性不足，不能使着陆器在着陆区域有效移动，且多数软着陆机构都只解决了稳定着陆的问题，但未考虑着陆后整器的姿态调整，因此适应复杂探测环境与探测任务需求的能力欠佳。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种可行走的月球软着陆机构。本发明通过以下技术方案实现：

一种可行走的月球软着陆机构，包括均匀安装在一着陆器侧壁的若干着陆缓冲腿组成，每一着陆缓冲腿包括一主缓冲支柱组件、对称安装在主缓冲支柱组件两侧的两辅助缓冲支柱组件、足垫以及连接板；

主缓冲支柱组件以及辅助缓冲支柱组件分别包括：

缓冲支柱，内部装有缓冲材料，用以双向压缩和拉伸；

滑块，铰接在缓冲支柱的上端；

滑轨，固定在着陆器的侧壁上，滑块可滑动连接在滑轨上；

丝杠，一端连接滑块；

驱动传动，连接丝杠的另一端，通过丝杠驱动滑块在滑轨上移动，实现着陆缓冲腿的展开或收拢；

主缓冲支柱组件以及辅助缓冲支柱组件的缓冲支柱的下端共同铰接在连接板上，连接板通过球铰连接足垫；

其中，通过分别展开或收拢若干着陆缓冲腿实现着陆器的行走，通过监测滑块或丝杠的位置来判断缓冲支柱的位置以及每个着陆缓冲腿之间的位置，从而控制对应的驱动传动，实现着陆器的姿态调整。

较佳的，驱动传动包括驱动电机和传动链，在驱动电机的驱动下，动力经由传动链传至丝杠和滑块，使滑块相对于滑轨有一沿着着陆器的侧壁纵向的平动自由度。

较佳的，足垫内包括一触地敏感器，用以在着陆时给出触地信号，以及在移动时给出动作完成信号。

本发明优点在于：1、可通过并联腿式机构来实现着陆器在要求范围内的展开与收拢动作，并可以缓冲吸能元件有效缓冲着陆瞬间的冲击载荷，保证着陆过程稳定、防止着陆器倾覆；2、在着陆器着陆后，可借助并联腿式机构来实现着陆器在地面一定区域内的行走，或按需要来进行着陆器位姿调整。

附图说明

图1所示的是本发明所有着陆缓冲腿在展开状态下的立体图；

图2所示的是本发明着陆缓冲腿的结构示意图；

图3所示的是本发明所有着陆缓冲腿在收拢状态下的侧视图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，本发明提供的可行走的月球软着陆机构包括四个均匀安装在着陆器侧壁的着陆缓冲腿1组成，每一着陆缓冲腿1包括一主缓冲支柱组件2、对称安装在主缓冲支柱组件2两侧的两个辅助缓冲支柱组件3、足垫14以及连接板13。在本实施例中是以四个着陆缓冲腿1为例，但本发明并不以此为限，着陆缓冲腿1可以为三个或者更多。

如图2所示，主缓冲支柱组件2包括主缓冲支柱15、主滑块4、主滑轨6、主驱动传动11、主轴丝杠5组成；两个辅缓冲支柱组件3完全一致，对称安装于主缓冲支柱组件2的两侧，包括辅缓冲支柱（12/16）、辅滑块（9/18）、辅滑轨（10/17）、辅驱动传动（7/20）、辅轴丝杠（8/19）组成。

在四个陆缓冲腿1的共同作用下，本发明可以实现软着陆和着陆后的行走及调姿功能。

各部分的连接关系如下：

主缓冲支柱15内部装有缓冲材料，可实现双向的压缩和拉伸动作，主缓冲支柱15上端通过铰链与主滑块4连接，下端同样通过铰链与连接板13连接；与主滑块4配合的主滑轨6固定安装于着陆器侧壁；主滑块4另与主驱动传动11输出的主轴丝杠5固连，主驱动传动11包括了驱动电机和传动链，在电机驱动下，动力经传动链传至主轴丝杠5和主滑块4，能使主滑块4相对主滑轨6有一个沿着陆器侧壁纵向的平动自由度。

辅缓冲支柱12和辅缓冲支柱16完全一致，对称安装于主缓冲支柱15两侧；辅缓冲支柱（12/16）内部装有缓冲材料，可实现双向的压缩和拉伸；其上端分别通过铰链与辅滑块9、辅滑块18连接，下端通过铰链与连接板13连接；与辅滑块9配合的辅滑轨10、与辅滑块18配合的辅滑轨17均固定安装于着陆器侧壁，其安装位置与主滑轨6存在一定的几何关系；辅滑块9另与辅驱动传动7输出的辅轴丝杠8固连、辅滑块18另与辅驱动传动20输出的辅轴丝杠19固连，辅驱动传动7与辅驱动传动20部分均包括了驱动电机和传动链，在电机驱动下，动力经传动链分别传至两路辅轴丝杠和辅滑块，能使两路辅滑块分别相对对应的辅滑轨有一个沿着陆器侧壁纵向的平动自由度。

足垫14通过球铰与连接板13相连；足垫14底部与地面接触部分安装有触地敏感器，用于给出着陆时的触地信号或移动时的动作完成信号。

下面对本发明的工作过程进行描述。

如图2和图3所示，当主驱动传动11和辅驱动传动7、辅驱动传动20的电机正转时，分别驱动主滑块4与主轴丝杠5相对着陆器侧壁纵向向上平动、辅滑块9和辅滑块18相对着陆器侧壁纵向向下平动，此时，着陆缓冲腿1在着陆器上可实现向外展开功能，四个着陆缓冲腿1的驱动电机同时动作，可以实现四个着陆缓冲腿1一起展开；当四个着陆缓冲腿1上主驱动传动11和辅驱动传动7、辅驱动传动20的电机反转时，可实现向内收拢的功能（如图3所示）。由此，通过电机驱动可实现软着陆机构缓冲支撑腿的展开、收拢动作。

如上所述，在着陆器发射前，可通过12个驱动电机的驱动，将四个着陆缓冲腿1收拢至收拢位置并锁定，以保证其在运载内的包络（如图3所示）；在着陆准备阶段，可通过电机驱动四个着陆缓冲腿1展开至着陆位置并锁定，做好着陆准备；在着陆阶段，在着陆位置锁定的四个着陆缓冲腿1与地面接触，通过四个着陆缓冲腿1的主缓冲支柱15、辅缓冲支柱（12/16）的缓冲材料吸能缓冲，因着陆缓冲腿1具有全向的自由度，可适应着陆纵向和横向的着陆冲击，保证着陆器以稳定的姿态着陆。

在着陆器有移动需要时，通过如下步骤实现：单独控制移动方向的一个着陆缓冲腿1（前向腿）抬起并向外展开至合适位置后落地；之后单独控制对应的后面的着陆缓冲腿1（后向腿）抬起并向内收拢至合适位置后落地；随后分别单独控制侧向的着陆缓冲腿1抬起并侧向前身后落地；完成整个动作后，着陆器在本发明四个着陆缓冲腿1共同作用下，可移动一定距离，重复如上步骤，可实现着陆器在着陆范围一定区域内的行走。

在需要对着陆器姿态调整时：通过监测滑块或丝杠位置等手段来判断每个着陆缓冲腿1内部辅缓冲支柱12和辅缓冲支柱16间的位置信息和每个着陆缓冲腿1间的位置信息，实时监测探测器的姿态信息，并分别通过控制对应的驱动电机对需要调整的主缓冲支柱或辅缓冲支柱进行调整，来实现对着陆器的姿态调整。

通过四个着陆缓冲腿1和主、辅缓冲支柱内的缓冲材料，可实现着陆器的软着陆要求；通过每个着陆缓冲腿1上驱动传动装置的协同工作，可实现着陆缓冲腿1的展开与收拢动作；具有收拢后包络小、展开后支撑面积大、着陆稳定性好、着陆后可行走（移动、避障）和调整着陆器姿态等优点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种可行走的月球软着陆机构，其特征在于，包括均匀安装在一着陆器侧壁的若干着陆缓冲腿组成，每一所述着陆缓冲腿包括一主缓冲支柱组件、对称安装在所述主缓冲支柱组件两侧的两辅助缓冲支柱组件、足垫以及连接板；

所述主缓冲支柱组件以及所述辅助缓冲支柱组件分别包括：

缓冲支柱，内部装有缓冲材料，用以双向压缩和拉伸；

滑块，铰接在所述缓冲支柱的上端；

滑轨，固定在所述着陆器的侧壁上，所述滑块可滑动连接在所述滑轨上；

丝杠，一端连接所述滑块；

驱动传动，连接所述丝杠的另一端，通过所述丝杠驱动所述滑块在所述滑轨上移动，实现所述着陆缓冲腿的展开或收拢；

所述主缓冲支柱组件以及所述辅助缓冲支柱组件的缓冲支柱的下端共同铰接在所述连接板上，所述连接板通过球铰连接所述足垫；

其中，通过分别展开或收拢所述若干着陆缓冲腿实现所述着陆器的行走，通过监测所述滑块或丝杠的位置来判断所述缓冲支柱的位置以及每个所述着陆缓冲腿之间的位置，从而控制对应的所述驱动传动，实现所述着陆器的姿态调整。

2.根据权利要求1所述的可行走的月球软着陆机构，其特征在于，所述驱动传动包括驱动电机和传动链，在所述驱动电机的驱动下，动力经由所述传动链传至所述丝杠和所述滑块，使所述滑块相对于滑轨有一沿着所述着陆器的侧壁纵向的平动自由度。

3.根据权利要求1所述的可行走的月球软着陆机构，其特征在于，所述足垫内包括一触地敏感器，用以在着陆时给出触地信号，以及在移动时给出动作完成信号。