CN112874816A - 一种着陆缓冲腿结构 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种着陆缓冲腿结构，包括：大腿部、小腿部以及缓冲机构，其中，所述大腿部与所述小腿部转动连接，所述缓冲机构的第一端与所述大腿部转动连接，所述缓冲机构的第二端与所述小腿部转动连接。本申请通过设置缓冲机构，使其集成缓冲着陆和移动功能，可解决反复着陆以及移动的技术问题；当本申请着陆时可切换为缓冲作用模式，在缓冲机构的作用下为腿提供被动缓冲能力，从而削弱腿上驱动机构受到的冲击载荷峰值；当本申请行走时切换为休眠模式，缓冲机构不工作，进入休眠模式，可提高腿的动态响应能力。

Description

一种着陆缓冲腿结构
技术领域
本申请属于空间探测技术领域，具体涉及一种着陆缓冲腿结构。
背景技术
目前的空间探测使用的腿式着陆器腿常采用铝蜂窝缓冲器或者液压缓冲器，以用于吸收着陆时的冲击能量。铝蜂窝腿着陆时利用铝蜂窝的不可逆变形来吸收能量，液压缓冲腿利用内部阻尼孔产生阻尼力缓冲，由于液压系统的密封和温控问题，现有的腿式着陆器多采用铝蜂窝腿结构。目前铝蜂窝腿结构存在以下限制：一方面着陆后铝蜂窝腿结构发生的不可逆压缩使得腿不具备反复着陆能力；另一方面着陆完成后腿位置锁定，着陆器不具备移动能力。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种着陆缓冲腿结构。
为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：
本申请提出了一种着陆缓冲腿结构，包括：大腿部、小腿部以及缓冲机构，其中，所述大腿部与所述小腿部转动连接，所述缓冲机构的第一端与所述大腿部转动连接，所述缓冲机构的第二端与所述小腿部转动连接。
进一步地，上述的着陆缓冲腿结构，其中，所述缓冲机构包括：套筒、弹簧、第一滑块以及第二滑块，
进一步地，上述的着陆缓冲腿结构，其中，所述第一滑块和所述第二滑块均设置在所述套筒内部并与所述套筒滑动连接；
进一步地，上述的着陆缓冲腿结构，其中，所述弹簧的固定端与所述第二滑块连接，所述弹簧的自由端悬空设置；
进一步地，上述的着陆缓冲腿结构，其中，所述第一滑块通过第一连杆与所述大腿部转动连接，所述第二滑块与所述第二连杆转动连接。
进一步地，上述的着陆缓冲腿结构，其中，所述缓冲机构还包括曲柄调节机构，所述曲柄调节结构设置在所述套筒中的第二滑块与所述小腿部之间。
进一步地，上述的着陆缓冲腿结构，其中，所述曲柄调节机构包括：曲柄、第三连杆以及驱动机构，其中，所述曲柄的第一端与所述驱动机构连接，所述曲柄的第二端与所述第三连杆转动连接，所述第三连杆还与所述第二滑块连接。
进一步地，上述的着陆缓冲腿结构，其中，所述弹簧的自由长度小于所述第一滑块与所述第二滑块的最远距离。
进一步地，上述的着陆缓冲腿结构，其中，还包括大腿驱动机构，所述大腿驱动机构与所述大腿部连接并驱动所述大腿部转动。
进一步地，上述的着陆缓冲腿结构，其中，还包括小腿驱动机构，所述小腿驱动机构与所述小腿部连接并驱动所述小腿部转动。
进一步地，上述的着陆缓冲腿结构，其中，还包括侧摆驱动机构，所述侧摆驱动机构与所述大腿部连接并驱动所述大腿部侧摆。
进一步地，上述的着陆缓冲腿结构，其中，所述套筒上还设有用于对所述第一滑块进行限位的第一限位部。
进一步地，上述的着陆缓冲腿结构，其中，所述套筒上还设有用于对所述第二滑块进行限位的第二限位部。
与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：
本申请通过设置缓冲机构，使其集成缓冲着陆和移动功能，可解决反复着陆以及移动的技术问题；
本申请通过大腿驱动机构、小腿驱动机构以及侧摆驱动机构的设置，可使得本申请在三维空间内运动，三者协同运动控制足尖的移动，使得着陆时腿具备缓冲压缩行程，移动作业时，可以在空间任意方向运动。
当本申请着陆时可切换为缓冲作用模式，可在曲柄调节机构的驱动作用下，使弹簧向第一滑块的设置方向移动，此时，第一滑块会压缩弹簧，为腿提供被动缓冲能力，从而削弱腿上驱动机构受到的冲击载荷峰值；缓冲作业时，冲击载荷作用线通过曲柄原点，对其不产生扭矩，使得驱动机构(如采用较小功率和体积的小电机等)不需要输出扭矩，利用曲柄滑块的机械结构承受着陆冲击载荷，实现小电机控制大机构的目的，有显著经济价值。
当本实施例行走时切换为休眠模式，不影响腿移动作业，在曲柄调节机构的驱动作用下，使得弹簧背离第一滑块的设置方向移动，弹簧远离第一滑块设置，该状态弹簧不起作用；在上述移动作业时，缓冲机构不工作，进入休眠模式，可提高腿的动态响应能力。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1：本申请一实施例着陆缓冲腿结构的结构示意图一；
图2：本申请一实施例着陆缓冲腿结构的结构示意图二；
图3：本申请一实施例着陆缓冲腿结构的结构示意图三。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1至图3所示，在本申请的其中一个实施例中，一种着陆缓冲腿结构，包括：大腿部10、小腿部20以及缓冲机构30，其中，所述大腿部10与所述小腿部20转动连接，所述缓冲机构30的第一端与所述大腿部10转动连接，所述缓冲机构30的第二端与所述小腿部20转动连接。通过设置缓冲机构30，使本实施例集成缓冲着陆和移动功能，可解决反复着陆以及移动的技术问题，克服了现有技术的不足。
在本实施例中，所述大腿部10和所述小腿部20转动连接方式包括但不限于通过转动轴、转动副、球头组件等现有技术手段实现转动连接。
可选地，本实施例还包括大腿驱动机构60，所述大腿驱动机构60与所述大腿部10连接并驱动所述大腿部10转动。所述大腿驱动机构60可以是驱动电机、驱动气缸等动力机构，其用于驱动所述大腿部10发生转动。
可选地，本实施例还包括小腿驱动机构70，所述小腿驱动机构70与所述小腿部20连接并驱动所述小腿部20转动。同样地，所述小腿驱动机构70包括但不限于驱动电机、驱动气缸等动力机构，所述小腿驱动机构70用于驱动所述小腿部20发生转动。
可选地，本实施例还包括侧摆驱动机构80，所述侧摆驱动机构80与所述大腿部10连接并驱动所述大腿部10侧摆。同样地，所述侧摆驱动机构80包括但不限于驱动电机、驱动气缸等动力机构，所述侧摆驱动机构80用于驱动所述大腿部10发生转动。
其中，在本实施例中，通过上述大腿驱动机构60、小腿驱动机构70以及侧摆驱动机构80的设置，可使得本实施例在三维空间内运动，三者协同运动控制足尖I移动，使得着陆时腿具备缓冲压缩行程，移动作业时，可以在空间任意方向运动。当然，在满足动力需求的基础上，上述大腿驱动机构60、小腿驱动机构70以及侧摆驱动机构80中的动力机构可采用同一结构，以减少零部件的设置数量且可降低其整体质量，使其运动等过程更加轻便灵活、可控。
在本实施例中，所述小腿部20的端部还设有足尖I。
进一步地，如图2所示，所述缓冲机构30包括：套筒31、弹簧32、第一滑块33以及第二滑块34，
所述第一滑块33和所述第二滑块34均设置在所述套筒31内部并与所述套筒31滑动连接；
所述弹簧32的固定端321与所述第二滑块34连接，所述弹簧32的自由端322悬空设置；
所述第一滑块33通过第一连杆40与所述大腿部10转动连接，所述第二滑块34与所述第二连杆36转动连接。
所述缓冲机构30还包括曲柄调节机构，所述曲柄35调节结构设置在所述套筒31中的第二滑块34与所述小腿部20之间。
其中，上述的缓冲机构30通过两个旋转副连接在大腿部10和小腿部20之间，当腿运动时，直线FH的距离改变引起第一滑块33沿着套筒31的轴线滑动；弹簧32的固定端321和第二滑块34安装在套筒31中，其中，所述第二滑块34的设置位置通过下文所述曲柄调节机构进行调节。
其中，在本实施例中，为避免第一滑块33或第二滑块34在滑动过程中脱离所述套筒31，可选地，在所述套筒31的第一端还设有用于对所述第一滑块33进行限位的第一限位部，所述套筒31上还设有用于对所述第二滑块34进行限位的第二限位部。
可选地，在上述第一限位部和所述第二限位部设置时保证缓冲机构30的正常作业，具体地，在第一限位部上设有供所述第一连杆40通过的第一通孔，所述第一通孔的设置尺寸远大于所述第一连杆40的外径尺寸，当然，所述第一限位部除了可设置为环形结构外，还可设置为至少两个安装块，其中，所述安装块优选地对称安装在套筒31内，用于对所述第一滑块33进行限位；当然，所述第一限位部还可通过其他现有技术手段实现。
同样地，在第二限位部上设有供所述第二连杆50通过的第二通孔，所述第二通孔的设置尺寸远大于所述第二连杆50的外径尺寸，当然，所述第二限位部除了可设置为环形结构外，还可设置为至少两个安装块，其中，所述安装块优选地对称安装在套筒31内，用于对所述第二滑块34进行限位；当然，所述第二限位部还可通过其他现有技术手段实现。
如图1至图3所示，所述曲柄调节机构包括：曲柄35、第三连杆36以及驱动机构(图中未示意)，其中，所述曲柄35的第一端与所述驱动机构连接，所述曲柄35的第二端与所述第三连杆36转动连接，所述第三连杆36还与所述第二滑块34连接。在所述驱动机构的驱动作用下，所述曲柄35带动与所述曲柄35连接的第三连杆36转动，从而可对所述第二滑块34的位置进行调节，使得所述第二滑块34可沿所述套筒31的内部进行上下滑动，从而满足本实施例在着陆或行走时的不同需求，具体地控制过程见下文描述。
其中，上文所述的缓冲机构30可以通过曲柄调节机构调节锁定位置，实现模式切换，利用曲柄调节机构的死点可以抵抗着陆时大的冲击载荷。
需要说明地是，所述弹簧32的自由长度小于所述第一滑块33与所述第二滑块34的最远距离。即，在所述缓冲机构30工作过程中，存在所述弹簧32与所述第一滑块33分离的状态。
本实施例的工作原理如下所示：
如图1所示，本实施例中的缓冲机构30通过两个旋转副连接在大腿部10和小腿部20处，当腿运动时，直线FH的距离改变引起第一滑块33沿着套筒31轴线滑动；弹簧32固定端321和第二滑块34安装在套筒31中，其位置通过曲柄调节机构调节，其中，如图1所示的结构为：在所述曲柄调节机构的调节作用下所述曲柄35处于中间位置B时的结构图，此时，第二滑块34处于位置C处。
如图2所示，当腿着陆时，曲柄35运动到第一死点B1锁住，第二滑块34运动到上极限位置C1处，此时的曲柄35和第三连杆36重合，曲柄35可以承受大的冲击载荷。因为弹簧32的自由端322和第一滑块33很接近，在着陆时，腿压缩导致FH间距离变小，第一滑块33会压缩弹簧32，从而为腿提供被动缓冲能力。即，在本实施例中，当着陆时切换为缓冲作用模式，在所述曲柄调节机构的驱动作用下，所述弹簧32向所述第一滑块33的设置方向移动，此时，第一滑块33会压缩弹簧32，为腿提供被动缓冲能力，从而削弱腿上驱动机构受到的冲击载荷峰值。缓冲作业时，冲击载荷作用线通过曲柄35原点A，对其不产生扭矩，使得驱动机构(如小采用较小功率和体积的小电机等)不需要输出扭矩，利用曲柄35滑块的机械结构承受着陆冲击载荷，实现小电机控制大机构的目的，有显著经济价值。
如图3所示，当缓冲结束后，着陆器作为巡视器移动作业时，为了提高腿控制时的响应速度，尽可能地降低或完全避免行走时受弹簧32的弹性影响。曲柄35运动到第二死点B2位置锁定，第二滑块34运动到下极限位置C2处，此时弹簧32游离端和第一滑块33之间距离会很大，腿行走时FH间距离压缩时，第一滑块33和弹簧32上端面始终分离，弹簧32不起作用。即，在本实施例中，当行走时切换为休眠模式，不影响腿移动作业，在所述曲柄调节机构的驱动作用下，所述弹簧32背离所述第一滑块33的设置方向移动，所述弹簧32远离所述第一滑块33设置，该状态弹簧32不起作用。在上述移动作业时，缓冲机构30不工作，进入休眠模式，可提高腿的动态响应能力。
本申请可应用于着陆器中，其中，可设置多个如本实施例着陆缓冲腿结构，如可设置4个，呈正方形对称分布固联在着陆器四周，就可以变成一台四足反复着陆行走一体化机器人，完成空间探测任务。
本申请着陆缓冲腿结构安装到着陆器后，一方面可以实现着陆器的反复着陆，因为着陆时腿的结构不会损坏，另一方面可以实现着陆器和巡视器的一体化设计，节约运载火箭的尺寸，减少发射成本。综上，本申请具有广阔的市场应用前景。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种着陆缓冲腿结构，其特征在于，包括：大腿部、小腿部以及缓冲机构，其中，所述大腿部与所述小腿部转动连接，所述缓冲机构的第一端与所述大腿部转动连接，所述缓冲机构的第二端与所述小腿部转动连接。
2.根据权利要求1所述的着陆缓冲腿结构，其特征在于，
所述缓冲机构包括：套筒、弹簧、第一滑块以及第二滑块，
所述第一滑块和所述第二滑块均设置在所述套筒内部并与所述套筒滑动连接；
所述弹簧的固定端与所述第二滑块连接，所述弹簧的自由端悬空设置；
所述第一滑块通过第一连杆与所述大腿部转动连接，所述第二滑块与所述第二连杆转动连接。
3.根据权利要求2所述的着陆缓冲腿结构，其特征在于，所述缓冲机构还包括曲柄调节机构，所述曲柄调节结构设置在所述套筒中的第二滑块与所述小腿部之间。
4.根据权利要求3所述的着陆缓冲腿结构，其特征在于，所述曲柄调节机构包括：曲柄、第三连杆以及驱动机构，其中，所述曲柄的第一端与所述驱动机构连接，所述曲柄的第二端与所述第三连杆转动连接，所述第三连杆还与所述第二滑块连接。
5.根据权利要求2所述的着陆缓冲腿结构，其特征在于，所述弹簧的自由长度小于所述第一滑块与所述第二滑块的最远距离。
6.根据权利要求1至5任一项所述的着陆缓冲腿结构，其特征在于，还包括大腿驱动机构，所述大腿驱动机构与所述大腿部连接并驱动所述大腿部转动。
7.根据权利要求1至5任一项所述的着陆缓冲腿结构，其特征在于，还包括小腿驱动机构，所述小腿驱动机构与所述小腿部连接并驱动所述小腿部转动。
8.根据权利要求1至5任一项所述的着陆缓冲腿结构，其特征在于，还包括侧摆驱动机构，所述侧摆驱动机构与所述大腿部连接并驱动所述大腿部侧摆。
9.根据权利要求2至5任一项所述的着陆缓冲腿结构，其特征在于，所述套筒上还设有用于对所述第一滑块进行限位的第一限位部。
10.根据权利要求2至5任一项所述的着陆缓冲腿结构，其特征在于，所述套筒上还设有用于对所述第二滑块进行限位的第二限位部。
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