CN112744368A - 星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构及操作方法

技术领域

本发明涉及航天器结构与机构技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明提供了如下方案：

本发明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。

本发明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陆缓冲机构的垂直缓冲系统处于收拢状态，之后第二电磁失电制动器断电，各第二电磁失电制动器的制动盘抱死；伸缩式电磁阀的销插在竖直支撑杆的拦阻孔中，限制地形自适应系统沿竖直滑轨的上下滑动；

S2：快速下降段：星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构与巡视器分离后开始执行着陆程序，此时总控制系统将给各垂直缓冲系统的髋关节、膝关节和踝关节的第二电磁失电制动器供电，各第二电磁失电制动器的制动盘松开，在扭簧受迫变形恢复力的作用下，将驱动髋关节凸台相对髋关节轴、膝关节凸台相对膝关节轴、踝关节凸台相对踝关节轴转动，从而使髋关节、膝关节和踝关节逐渐展开，当髋关节凸台在第一限位槽内、膝关节凸台在第二限位槽内、踝关节凸台在第三限位槽内滑动到限定位置后，髋关节、膝关节和踝关节将不再继续展开，此时的髋关节、膝关节和踝关节之间的夹角即为预定的缓冲初始夹角，各第二电磁失电制动器断电，各第二电磁失电制动器的制动盘抱死；

S3：缓慢下降段：当星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构距星表30m到4m时，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构的下降速度减小，此时伸缩式电磁阀通电，伸缩式电磁阀的销键从竖直支撑杆的拦阻孔中抽出，各垂直缓冲系统上的激光测距传感器实时测量足垫与星表竖直距离，总控制系统将根据各足垫到星表距离来协调驱动第一电机转动，从而使滑动支座上下移动，并且地形自适应系统的单次移动距离为竖直支撑杆上两个拦阻孔间距的整数倍，在距星表4m时，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构的下降速度接近为0，伸缩式电磁阀断电，伸缩式电磁阀的销键重新插入到拦阻孔中，地形自适应系统与本体框架锁死；此时足垫下方星表若有凹陷，则垂直缓冲系统相对本体框架适当下移，相反的，若足垫下方星表若有突起，则垂直缓冲系统相对本体框架适当上移，各垂直缓冲系统相对于星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构本体框架最大程度适应地形，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构开始自由落体；

S4：触地缓冲段：垂直缓冲系统中髋关节、膝关节和踝关节上的第二电磁失电制动器摩擦制动吸收竖直方向的冲击能量，此时髋关节凸台在第一限位槽内、膝关节凸台在第二限位槽内、踝关节凸台在第三限位槽内滑动，各扭簧被进一步压缩，当星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构有微小的水平速度触地时，水平吸能装置上的第一电磁失电制动器摩擦制动吸收星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构的水平方向冲击能量，垂直缓冲系统会绕主转轴的轴向略微转动，编码器记录垂直缓冲系统转过的角位移并传到总控制系统，从而完成整个着陆缓冲过程；

S5：重复着陆段：当星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构完成此着陆点的探测任务后，需前往下一着陆点，反推火箭点火，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构上升前往预定着陆点，此时：伸缩式电磁阀通电，销键从拦阻孔中缩回，总控制系统驱动各地形自适应系统统一调节到竖直支撑杆的中间位置，伸缩式电磁阀断电，销键伸出，地形自适应系统与本体框架再次锁定；第一电磁失电制动器通电，第一电磁失电制动器的制动盘松开，根据编码器反馈到总控制系统的角位移信息，总控制系统驱动第二电机转动，带动主转轴重新转到预定的初始缓冲位置，第一电磁失电制动器断电，第一电磁失电制动器的制动盘抱死；垂直缓冲系统的各第二电磁失电制动器通电，第二电磁失电制动器的制动盘松开，在扭簧受迫变形恢复力的作用下，将驱动髋关节凸台相对髋关节轴、膝关节凸台相对膝关节轴、踝关节凸台相对踝关节轴转动，当髋关节凸台在第一限位槽内、膝关节凸台在第二限位槽内、踝关节凸台在第三限位槽内滑动到限定位置后，髋关节、膝关节和踝关节将不再继续展开，此时髋关节、膝关节和踝关节重新回到缓冲初始位置，各第二电磁失电制动器断电，第二电磁失电制动器的制动盘抱死，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构准备下次着陆。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

采用本发明的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构进行小型飞跃着陆任务时，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。本发明缓冲方式简单，可靠性高，降低了对星表着陆点的地形要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构的主视图；

图2为本发明的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构处于收拢状态时示意图；

图3为本发明中的本体框架示意图；

图4为本发明中的地形自适应系统外侧端面示意图；

图5为本发明中的地形自适应系统内侧端面示意图；

图6为本发明中的激光测距传感器安装位置示意图；

图7为本发明中的水平吸能装置示意图；

图8为本发明中的垂直缓冲系统示意图；

图9为本发明中的垂直缓冲系统髋关节剖面示意图；

图10为本发明中的垂直缓冲系统膝关节剖面示意图；

图11为本发明中的垂直缓冲系统踝关节剖面示意图；

图12为本发明的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构在微小水平速度(图中箭头所指方向即为水平速度方向)着陆后的俯视图；

其中：1000-星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，100-本体框架，200-地形自适应系统，300-水平吸能装置，400-垂直缓冲系统，101-上水平主架，102-下水平主架，103-第一水平支架，104-第二水平支架，105-竖直支撑杆，106-竖直滑轨，201-滑动支座，202-伸缩式电磁阀，203-伸缩式电磁阀固定架，204-直线轴承，205-第一电机，206-齿轮，207-齿条，208-激光测距传感器，301-主转轴，302-编码器固定架，303-编码器，304-第一电磁失电制动器，305-轴承，306-联轴器，307-第二电机固定架，308-第二电机，401-第二电磁失电制动器，402-髋关节外，403-大腿杆，404-膝关节外，405-膝关节内，406-小腿杆，407-踝关节外，408-足垫，409-髋关节轴，410-膝关节轴，411-踝关节轴，412-扭簧，413-髋关节内，501-拦阻孔，502-第一限位槽，503-第二限位槽，504-第三限位槽，505-髋关节凸台，506-膝关节凸台，507-踝关节凸台，508-第一固定凸台，509-第二固定凸台，510-第三固定凸台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-图12所示：本实施例提供了一种星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000，包括本体框架100、若干地形自适应系统200、若干水平吸能装置300和若干垂直缓冲系统400，本实施例中，地形自适应系统200、水平吸能装置300和垂直缓冲系统400均为四个，各地形自适应系统200均设置于本体框架100上且相对于本体框架100竖直滑动，各水平吸能装置300分别设置于一地形自适应系统200上，各垂直缓冲系统400分别设置于一水平吸能装置300上，垂直缓冲系统400为仿生猫腿结构。本实施例的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000的地形自适应系统200沿本体框架100竖直滑动以适应凹凸不平的星表，水平吸能装置300采用摩擦制动吸能原理，可使垂直缓冲系统400围绕主转轴301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400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。

具体地，本实施例中，本体框架100包括两对平行设置的上水平主架101和两对平行设置的下水平主架102，上水平主架101位于下水平主架102的上方，两个上水平主架101的两端和两个下水平主架102的两端均通过平行设置的第一水平支架103和第二水平支架104连接，上水平主架101和下水平主架102的各角处均通过一竖直支撑杆105连接，竖直支撑杆105与地形自适应系统200的数量相同，竖直支撑杆105沿竖向设置有若干拦阻孔501，拦阻孔501为长圆孔，此设计是为了防止第一电机205驱动结束后产生的微小误差使伸缩式电磁阀202的销键无法伸出导致滑动支座201和竖直支撑杆105锁定失败，但两个长圆孔的半圆圆心距不宜过长，各竖直支撑杆105的两侧均设置有一竖直滑轨106，各竖直滑轨106的两端分别与上水平主架101和下水平主架102连接，地形自适应系统200设置在竖直支撑杆105上且沿竖直滑轨106滑动。

本实施例中，地形自适应系统200包括滑动支座201，滑动支座201能够沿本体框架100竖直滑动，滑动支架套设在竖直滑轨106上并与竖直滑轨106之间通过直线轴承204连接，滑动支座201上设置有伸缩式电磁阀202，伸缩式电磁阀202通过伸缩式电磁阀固定架203固定于滑动支座201的内侧端面，地形自适应系统200通过伸缩式电磁阀202实现与本体框架100的锁定与释放，具体地，伸缩式电磁阀202的销键伸入或伸出竖直支撑杆105的拦阻孔501中实现地形自适应系统200与本体框架100的锁定与释放，滑动支座201上还设置有第一电机205，第一电机205的动力输出端设置有齿轮206，齿轮206与本体框架100上的齿条207啮合实现地形自适应系统200沿本体框架100竖直滑动，齿条207设置在竖直支撑杆105的两侧，各第一电机205的输出端驱动一齿轮206转动并与一齿条207啮合实现地形自适应系统200沿竖直方向的移动。

本实施例中，水平吸能装置300包括主转轴301，主转轴301与地形自适应系统200的滑动支座201通过轴承305转动连接，主转轴301的一端固定设置有第一制动器和编码器303，具体地，第一电磁失电制动器304通过螺栓固定在滑动支座201的上端，主转轴301与第一电磁失电制动器304的制动盘由键锁定，编码器固定架302固定于滑动支座201上端，编码器303固定于编码器固定架302上且与主转轴301同轴锁定，主转轴301的另一端与第二电机308的动力输出端传动连接，具体地，第二电机固定架307固定在滑动支座201下端，第二电机308固定于第二电机固定架307上，第二电机308与主转轴301通过联轴器306同轴锁定，垂直缓冲系统400与主转轴301连接。

本实施例中，垂直缓冲系统400包括依次连接的大腿杆403、小腿杆406和足垫408，大腿杆403的一端与水平吸能装置300通过髋关节铰接，大腿杆403的另一端与小腿杆406的一端通过膝关节铰接，小腿杆406的另一端与足垫408通过踝关节铰接，髋关节、膝关节和踝关节处均设置有一扭簧412和一第二电磁失电制动器401。

本实施例中，髋关节包括髋关节轴409、髋关节内413和髋关节外402，髋关节轴409的两端通过键与一第二电磁失电制动器401的制动盘锁定，髋关节内413与水平吸能装置300固定连接，髋关节外402与大腿杆403的一端固定连接，髋关节轴409固定穿设在髋关节内413上，髋关节外402与髋关节轴409转动连接，髋关节内413上开设有弧形的第一限位槽502，第一限位槽502的角度由髋关节相对于本体框架100的初始角度和最大缓冲行程确定，第一限位槽502的一端设置有第一固定凸台508，髋关节外402上设置有一髋关节凸台505，髋关节凸台505与第一限位槽502滑动连接，髋关节轴409上穿设有一扭簧412，扭簧412的一端与一第一固定凸台508相抵，扭簧412的另一端与髋关节凸台505相抵，第一固定凸台508和髋关节凸台505使扭簧412在星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000着陆缓冲前就处于受迫夹紧状态。

本实施例中，膝关节包括膝关节轴410、膝关节内405和膝关节外404，膝关节轴410的两端通过键与一第二电磁失电制动器401的制动盘锁定，膝关节内405与小腿杆406的一端固定连接，膝关节外404与大腿杆403的另一端固定连接，膝关节轴410固定穿设在膝关节内405上，膝关节外404与膝关节轴410转动连接，膝关节内405上开设有弧形的第二限位槽503，第二限位槽503的角度由膝关节相对于本体框架100的初始角度和最大缓冲行程确定，第二限位槽503的一端设置有第二固定凸台509，膝关节外404上设置有一膝关节凸台506，膝关节凸台506与第二限位槽503滑动连接，膝关节轴410上穿设有一扭簧412，扭簧412的一端与一第二固定凸台509相抵，扭簧412的另一端与膝关节凸台506相抵，第二固定凸台509和膝关节凸台506使扭簧412在星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000着陆缓冲前就处于受迫夹紧状态。

本实施例中，踝关节包括踝关节轴411和踝关节外407，踝关节轴411的两端通过键与一第二电磁失电制动器401的制动盘锁定，踝关节外407与小腿杆406的另一端固定连接，踝关节轴411固定穿设在足垫408上，踝关节外407与踝关节轴411转动连接，足垫408上开设有弧形的第三限位槽504，第三限位槽504的角度由踝关节相对于本体框架100的初始角度和最大缓冲行程确定，第三限位槽504的一端设置有第三固定凸台510，踝关节外407上设置有一踝关节凸台507，踝关节凸台507与第三限位槽504滑动连接，踝关节轴411上穿设有一扭簧412，扭簧412的一端与一第三固定凸台510相抵，扭簧412的另一端与踝关节凸台507相抵，第三固定凸台510和踝关节凸台507使扭簧412在星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000着陆缓冲前就处于受迫夹紧状态。

本实施例中，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000还包括激光测距传感器208，激光测距传感器208固定于踝关节上的第二电磁失电制动器401上，激光测距传感器208用于测量足垫408到星表的距离，根据激光测距传感器208测得的距离来协调驱动第一电机205转动，从而使滑动支座201上下移动。

采用本实施例的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000进行小型飞跃着陆任务时，本实施例在火箭发射阶段和着陆前四条着陆腿(垂直缓冲系统400)处于收拢状态，有效减少的空间体积的占用；在地形自适应系统200中，地形自适应系统200根据激光测距传感器208测量到的足垫408与星表距离使滑动支座201上第一电机205驱动齿轮206相对齿条207上下滑动可实现对星表地形的快速自适应；通过巧妙利用伸缩式电磁阀202和电磁失电制动器的工作模式、地形自适应系统200和水平吸能装置300上的驱动组件以及垂直缓冲系统400中的扭簧412，可以实现星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000的可重复使用；水平吸能装置300采用摩擦制动吸能原理，可吸收星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000着陆时的水平方向冲击能量；垂直缓冲系统400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。本实施例缓冲方式简单，可靠性高，降低了着陆器对星表着陆点的地形要求。

实施例二

本实施例提供了一种实施例一的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000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401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陆缓冲机构1000的垂直缓冲系统400处于收拢状态，之后第二电磁失电制动器401断电，各第二电磁失电制动器401的制动盘抱死，使月着陆器适应整流罩内部尺寸并减少外包络的空间占用；伸缩式电磁阀202的销插在竖直支撑杆105的拦阻孔501中，限制地形自适应系统200沿竖直滑轨106的上下滑动；

S2：快速下降段：星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000与巡视器分离后开始执行着陆程序，此时总控制系统将给各垂直缓冲系统400的髋关节、膝关节和踝关节的第二电磁失电制动器401供电，各第二电磁失电制动器401的制动盘松开，在扭簧412受迫变形恢复力的作用下，将驱动髋关节凸台505相对髋关节轴409、膝关节凸台506相对膝关节轴410、踝关节凸台507相对踝关节轴411转动，从而使髋关节、膝关节和踝关节逐渐展开，当髋关节凸台505在第一限位槽502内、膝关节凸台506在第二限位槽503内、踝关节凸台507在第三限位槽504内滑动到限定位置后，髋关节、膝关节和踝关节将不再继续展开，此时的髋关节、膝关节和踝关节之间的夹角即为预定的缓冲初始夹角，各第二电磁失电制动器401断电，各第二电磁失电制动器401的制动盘抱死；

S3：缓慢下降段：当星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000距星表30m到4m时，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000的下降速度减小，此时伸缩式电磁阀202通电，伸缩式电磁阀202的销键从竖直支撑杆105的拦阻孔501中抽出，各垂直缓冲系统400上的激光测距传感器208实时测量足垫408与星表竖直距离，总控制系统将根据各足垫408到星表距离来协调驱动第一电机205转动，从而使滑动支座201上下移动，并且地形自适应系统200的单次移动距离为竖直支撑杆105上两个拦阻孔501间距的整数倍，在距星表4m时，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000的下降速度接近为0，伸缩式电磁阀202断电，伸缩式电磁阀202的销键重新插入到拦阻孔501中，地形自适应系统200与本体框架100锁死；此时足垫408下方星表若有凹陷，则垂直缓冲系统400相对本体框架100适当下移，相反的，若足垫408下方星表若有突起，则垂直缓冲系统400相对本体框架100适当上移，各垂直缓冲系统400相对于星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000本体框架100最大程度适应地形，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000开始自由落体；

S4：触地缓冲段：垂直缓冲系统400中髋关节、膝关节和踝关节上的第二电磁失电制动器401摩擦制动吸收竖直方向的冲击能量，此时髋关节凸台505在第一限位槽502内、膝关节凸台506在第二限位槽503内、踝关节凸台507在第三限位槽504内滑动，各扭簧412被进一步压缩，当星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000有微小的水平速度触地时，水平吸能装置300上的第一电磁失电制动器304摩擦制动吸收星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000的水平方向冲击能量，垂直缓冲系统400会绕主转轴301的轴向略微转动，编码器303记录垂直缓冲系统400转过的角位移并传到总控制系统，从而完成整个着陆缓冲过程；

S5：重复着陆段：当星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000完成此着陆点的探测任务后，需前往下一着陆点，反推火箭点火，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000上升前往预定着陆点，此时：伸缩式电磁阀202通电，销键从拦阻孔501中缩回，总控制系统驱动各地形自适应系统200统一调节到竖直支撑杆105的中间位置，伸缩式电磁阀202断电，销键伸出，地形自适应系统200与本体框架100再次锁定；第一电磁失电制动器304通电，第一电磁失电制动器304的制动盘松开，根据编码器303反馈到总控制系统的角位移信息，总控制系统驱动第二电机308转动，带动主转轴301重新转到预定的初始缓冲位置，第一电磁失电制动器304断电，第一电磁失电制动器304的制动盘抱死；垂直缓冲系统400的各第二电磁失电制动器401通电，第二电磁失电制动器401的制动盘松开，在扭簧412受迫变形恢复力的作用下，将驱动髋关节凸台505相对髋关节轴409、膝关节凸台506相对膝关节轴410、踝关节凸台507相对踝关节轴411转动，当髋关节凸台505在第一限位槽502内、膝关节凸台506在第二限位槽503内、踝关节凸台507在第三限位槽504内滑动到限定位置后，髋关节、膝关节和踝关节将不再继续展开，此时髋关节、膝关节和踝关节重新回到缓冲初始位置，各第二电磁失电制动器401断电，第二电磁失电制动器401的制动盘抱死，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构1000准备下次着陆。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

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。

10.一种如权利要求1-9任一项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，其特征在于：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陆缓冲机构的垂直缓冲系统处于收拢状态，之后第二电磁失电制动器断电，各第二电磁失电制动器的制动盘抱死；伸缩式电磁阀的销插在竖直支撑杆的拦阻孔中，限制地形自适应系统沿竖直滑轨的上下滑动；

S2：快速下降段：星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构与巡视器分离后开始执行着陆程序，此时总控制系统将给各垂直缓冲系统的髋关节、膝关节和踝关节的第二电磁失电制动器供电，各第二电磁失电制动器的制动盘松开，在扭簧受迫变形恢复力的作用下，将驱动髋关节凸台相对髋关节轴、膝关节凸台相对膝关节轴、踝关节凸台相对踝关节轴转动，从而使髋关节、膝关节和踝关节逐渐展开，当髋关节凸台在第一限位槽内、膝关节凸台在第二限位槽内、踝关节凸台在第三限位槽内滑动到限定位置后，髋关节、膝关节和踝关节将不再继续展开，此时的髋关节、膝关节和踝关节之间的夹角即为预定的缓冲初始夹角，各第二电磁失电制动器断电，各第二电磁失电制动器的制动盘抱死；

S3：缓慢下降段：当星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构距星表30m到4m时，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构的下降速度减小，此时伸缩式电磁阀通电，伸缩式电磁阀的销键从竖直支撑杆的拦阻孔中抽出，各垂直缓冲系统上的激光测距传感器实时测量足垫与星表竖直距离，总控制系统将根据各足垫到星表距离来协调驱动第一电机转动，从而使滑动支座上下移动，并且地形自适应系统的单次移动距离为竖直支撑杆上两个拦阻孔间距的整数倍，在距星表4m时，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构的下降速度接近为0，伸缩式电磁阀断电，伸缩式电磁阀的销键重新插入到拦阻孔中，地形自适应系统与本体框架锁死；此时足垫下方星表若有凹陷，则垂直缓冲系统相对本体框架适当下移，相反的，若足垫下方星表若有突起，则垂直缓冲系统相对本体框架适当上移，各垂直缓冲系统相对于星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构本体框架最大程度适应地形，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构开始自由落体；

S4：触地缓冲段：垂直缓冲系统中髋关节、膝关节和踝关节上的第二电磁失电制动器摩擦制动吸收竖直方向的冲击能量，此时髋关节凸台在第一限位槽内、膝关节凸台在第二限位槽内、踝关节凸台在第三限位槽内滑动，各扭簧被进一步压缩，当星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构有微小的水平速度触地时，水平吸能装置上的第一电磁失电制动器摩擦制动吸收星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构的水平方向冲击能量，垂直缓冲系统会绕主转轴的轴向略微转动，编码器记录垂直缓冲系统转过的角位移并传到总控制系统，从而完成整个着陆缓冲过程；

S5：重复着陆段：当星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构完成此着陆点的探测任务后，需前往下一着陆点，反推火箭点火，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构上升前往预定着陆点，此时：伸缩式电磁阀通电，销键从拦阻孔中缩回，总控制系统驱动各地形自适应系统统一调节到竖直支撑杆的中间位置，伸缩式电磁阀断电，销键伸出，地形自适应系统与本体框架再次锁定；第一电磁失电制动器通电，第一电磁失电制动器的制动盘松开，根据编码器反馈到总控制系统的角位移信息，总控制系统驱动第二电机转动，带动主转轴重新转到预定的初始缓冲位置，第一电磁失电制动器断电，第一电磁失电制动器的制动盘抱死；垂直缓冲系统的各第二电磁失电制动器通电，第二电磁失电制动器的制动盘松开，在扭簧受迫变形恢复力的作用下，将驱动髋关节凸台相对髋关节轴、膝关节凸台相对膝关节轴、踝关节凸台相对踝关节轴转动，当髋关节凸台在第一限位槽内、膝关节凸台在第二限位槽内、踝关节凸台在第三限位槽内滑动到限定位置后，髋关节、膝关节和踝关节将不再继续展开，此时髋关节、膝关节和踝关节重新回到缓冲初始位置，各第二电磁失电制动器断电，第二电磁失电制动器的制动盘抱死，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构准备下次着陆。

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