CN114013687B - 一种着陆缓冲与附着固定机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种着陆缓冲与附着固定机器人系统，包括机体、着陆缓冲装置、附着固定装置、反推火箭装置、传感器单元、控制单元和电源模块；所述的机体为六棱柱结构；所述着陆缓冲装置包括三条着陆腿，分别均匀分布在所述机体的三个侧面上；所述附着固定装置包括三条锚固腿，分别安装在所述的三条着陆腿上；所述反推火箭装置包括三个喷嘴，分别均匀分布在所述的机体顶面上；所述传感器单元包括电流传感器、力传感器、距离传感器和图像传感器；所述控制单元包括主控制器和电机驱动器；所述电源模块包括电池和电源转换单元。本发明机器人系统可实现崎岖地面或星球表面软着陆和固定，为探测任务奠定基础。

Description

一种着陆缓冲与附着固定机器人系统
技术领域
本发明属于机器人学、控制科学、计算机科学、深空探测技术、传感技术的交叉领域,具体为一种着陆缓冲与附着固定机器人系统。
背景技术
对浩瀚宇宙的追求与探索，一直是人类进行深空探测的源泉和动力。深空探测，一般是指人类对月球及更远空间或天体所开展的探测活动，它是人类保护地球、探索宇宙奥秘和生命起源的一个重要手段。近年来，随着空间科学和航天技术的日趋成熟以及人类在近地空间活动上所取得的巨大成就，世界各国均掀起了一股深空探测的热潮。目前，以美、欧、俄、日为代表的世界航天大国已先后对月球、火星、金星、木星、彗星以及小行星发射了探测器，世界航天事业正蓬勃发展。
如今航空航天科学中已有多种深空探测方法，其中就包括着陆探测。相比较于其他探测方法，着陆探测可对星球的土壤介质、表面环境等一系列星体特性进行更加全面的了解，是一种最直接、有效的探测方法。然而，部分星球如小行星表面的引力非常微弱，属于微重力环境，如何在这种环境下让探测器安全着陆并快速稳定成为了各国深空探测领域的共同难题。此外，目标着陆星球的表面环境是未知的，考虑到星球表面的岩石硬度、岩石脆性以及其表面地形平整度的不确定性，探测器在星球表面的附着固定显得尤为困难，因此研究探测器在星球表面的附着固定技术同样十分重要。
为了解决上述问题，本发明提出一种着陆缓冲与附着固定机器人系统，其可实现崎岖地面或星球表面的缓冲着陆和附着固定，为探测任务奠定基础。
发明内容
为解决上述技术问题，探测机器人难以在崎岖地面或星球表面安全着陆、快速稳定并附着固定的问题。本发明旨在提供一种着陆缓冲与附着固定机器人系统，实现探测机器人在崎岖地面或星球表面的缓冲着陆和附着固定。
本发明一种着陆缓冲与附着固定机器人系统，包括机体、着陆缓冲装置、附着固定装置、反推火箭装置、传感器单元、控制单元和电源模块；
所述的机体上设有着陆缓冲装置、附着固定装置、反推火箭装置、传感器单元、控制单元和电源模块；所述的着陆缓冲装置与附着固定装置相连；所述的着陆缓冲装置、附着固定装置和反推火箭装置均与控制单元相连；所述的传感器单元与控制单元相连；所述的着陆缓冲装置、附着固定装置、反推火箭装置、传感器单元和控制单元均与电源模块相连；
所述的机体为六棱柱结构，位于整个机器人系统正中间，包括骨架和蒙皮；所述的蒙皮安装在骨架的外侧，所述的顶盖安装在上层骨架的上方，通过螺丝与上层骨架连接，所述的底板安装在下层骨架的下方，通过螺丝与下层骨架连接，所述的三块普通侧板和三块着陆腿安装侧板均匀分布在骨架竖直方向的六个面上，通过螺丝与骨架连接，其中三块着陆腿安装侧板的安装位置后方对应有支撑骨架；
所述的着陆缓冲装置包括三条着陆腿着陆腿一、着陆腿二、着陆腿三，三条着陆腿均有相同的结构，分别均匀分布固定在所述的机体三个侧面上，位于所述的三块着陆腿安装侧板前方，通过螺丝与着陆腿安装侧板后方的支撑骨架连接；
所述的附着固定装置包括三条锚固腿分别为锚固腿一、锚固腿二、锚固腿三，三条锚固腿均有相同的结构，分别安装在所述的三条着陆腿上；所述的锚固腿由钻头推进电机架、钻头推进电机、上层菱形座、下层菱形座、滑槽、联轴器三、丝杆、丝杆螺母、钻头驱动电机架、钻头驱动电机、联轴器四、钻头驱动轴、钻头固定件和钻头组成；
所述的反推火箭装置包括三个喷嘴分别为喷嘴一、喷嘴二、喷嘴三，分别均匀分布在所述的机体的顶盖上。
作为本发明机器人系统进一步改进，所述的骨架包括上层骨架、支撑骨架和下层骨架，所述的上层骨架和下层骨架分别位于机体的上部和下部，均为六边形结构，所述的支撑骨架竖直安装在上层骨架和下层骨架中间，通过螺丝与上层骨架和下层骨架连接，所述的蒙皮包括普通侧板一、普通侧板二、普通侧板三、着陆腿安装侧板一、着陆腿安装侧板二、着陆腿安装侧板三、顶盖和底板。
作为本发明机器人系统进一步改进，所述的着陆腿为多连杆结构，由固定座、连接件一、连接轴一、连接杆一、连接件二、连接轴二、连接件三、连接轴三、连接件四、连接杆二、连接件五、连接杆三、连接件六、连接件七、连接轴四、连杆机构连接件、连接轴五、连接件八、连接件九、连接杆四、连接杆四、连接件十、连接件十一、连接轴六、基座、直线轴承、滑套、连接件十二、连接件十三、绳索驱动电机架、绳索驱动电机、绞盘轴、联轴器一、绳索、锚固腿展开驱动电机架、连接杆六、锚固腿展开驱动电机、锚固腿展开轴、联轴器二、连接件十四、连接杆七、连接件十五、连接杆八、缓冲外管固定件、缓冲腔体、缓冲腔体盖子、缓冲材料、缓冲内管连接件、缓冲内管、缓冲外管、力传感器连接件、力传感器、柔性万向关节脚踝、缓冲足垫、扭力弹簧一、扭力弹簧二、扭力弹簧三、扭力弹簧四、扭力弹簧五、扭力弹簧六、扭力弹簧七、扭力弹簧八、扭力弹簧九和扭力弹簧十组成。
作为本发明机器人系统进一步改进，所述的固定座通过螺丝固定在支撑骨架上；所述的连接件一位于固定座的前方，其上端通过连接轴一与固定座相连，构成转动副，下端通过连接杆一与连接件二的上端相连；所述的连接件二的下端通过连接轴二与连接件三的后端相连，构成转动副；所述的连接件三的前端通过连接轴三与连接件四的下端相连，构成转动副；所述的连接件四的上端通过连接杆二与连接件五的下端相连；所述的连接件五的上端通过连接杆三与连接件六的左端和连接件七的右端相连；所述的连接件六和连接件七的上端通过连接轴四分别与连杆机构连接件的右前端和左前端相连，构成转动副；所述的连杆机构连接件的左后端与右后端通过连接轴五分别与连接件八和连接件九的上端相连，构成转动副；所述的连接件八和连接件九的下端分别通过连接杆四和连接杆四与连接件十和连接件十一的上端相连；所述的连接件十和连接件十一的下端通过连接轴六与基座相连，构成转动副；所述的基座位于固定座的正下方，通过螺丝固定在支撑骨架上；
作为本发明机器人系统进一步改进，所述的直线轴承套于连接杆一上，安装在滑套内，用于在着陆腿展开和收拢时减小滑套在连接杆一上滑动的摩擦；所述的滑套左端与右端分别与连接件十二和连接件十三相连；所述的连接件十二和连接件十三分别固定在连接杆四和连接杆四上；所述的绳索驱动电机架位于机体内部、着陆腿安装侧板后方，其通过螺丝与支撑骨架相连；所述的绳索驱动电机固定在绳索驱动电机架上；所述的绞盘轴与联轴器一位于绳索驱动电机架内部，绞盘轴一端通过联轴器一与绳索驱动电机输出轴连接，另一端缠绕绳索；所述的绳索一端缠绕在绞盘轴上，另一端缠绕在连接杆二上，通过所述的绳索驱动电机带动绞盘轴旋转，以此实现绳索的拉紧与放松。
作为本发明机器人系统进一步改进，所述的十个扭力弹簧中，每个扭力弹簧的两根力臂的初始夹角均为120度；所述的扭力弹簧一和扭力弹簧二分别套于连接轴二的右端和左端，两个扭力弹簧中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件二和连接件三上；所述的扭力弹簧三、扭力弹簧四、扭力弹簧五、扭力弹簧六均套于连接轴四上，其中扭力弹簧三和扭力弹簧四中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件六和连杆机构连接件上，扭力弹簧五和扭力弹簧六中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件七和连杆机构连接件上；所述的扭力弹簧七、扭力弹簧八、扭力弹簧九、扭力弹簧十均套于连接轴五上，其中扭力弹簧七和扭力弹簧八中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件八和连杆机构连接件上，扭力弹簧九和扭力弹簧十中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件九和连杆机构连接件上。
作为本发明机器人系统进一步改进，所述的钻头推进电机架位于所述的着陆腿的锚固腿展开驱动电机架右侧，通过螺丝将其固定在所述的锚固腿展开轴上；所述的钻头推进电机固定在钻头推进电机架上；所述的上层菱形座位于钻头推进电机架下方；所述的下层菱形座位于上层菱形座下方；所述的滑槽为空心结构，位于上层菱形座和下层菱形座中间，滑槽上端与上层菱形座、钻头推进电机架通过螺丝固定在一起，滑槽下端通过螺丝固定在下层菱形座上；所述的联轴器三位于钻头推进电机架和上层菱形座中间；所述的丝杆表面具有螺纹，丝杆位于滑槽的中心，其上端穿过上层菱形座通过联轴器三与钻头推进电机输出轴连接，下端穿过下层菱形座；所述的丝杆螺母内部具有螺纹；所述的钻头驱动电机架一端固定于丝杆螺母下方，另一端位于滑槽外侧，中间的连接部分穿过滑槽；所述的钻头驱动电机固定在钻头驱动电机架上；所述的联轴器四位于钻头驱动电机架内部；所述的钻头驱动轴的一端通过联轴器四与钻头驱动电机输出轴连接，另一端与钻头固定件连接；所述的钻头固定件位于钻头驱动电机架下方，其上端通过螺丝固定在钻头驱动轴上；所述的钻头固定在钻头固定件下方，通过使用螺丝加紧将其和钻头固定件连接。
作为本发明机器人系统进一步改进，所述的传感器单元包括电流传感器、力传感器、距离传感器和图像传感器；所述的电流传感器用于检测绳索驱动电机、锚固腿展开驱动电机、钻头推进电机和钻头驱动电机工作时的电流；所述的力传感器共有三个，分别安装在三条着陆腿上，固定于力传感器连接件与柔性万向关节脚踝中间；所述的距离传感器固定于机体的底板上；所述的图像传感器固定于机体的底板正中心。
作为本发明机器人系统进一步改进，所述的控制单元包括主控制器和电机驱动器；所述的主控制器用于接收传感器单元发送的电流、力、距离、图像信息，并对接收到的信息进行处理，同时对着陆缓冲装置、附着固定装置、反推火箭装置发出控制命令；所述的电机驱动器在接收到主控制器的控制命令后，驱动各电机做相应的转动，所述的电源模块包括电池和电源转换单元；所述的电池为锂电池；所述的电源转换单元将电池的电压转换为多种不同基准的电压，以满足不同模块的用电需求。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的一种着陆缓冲与附着固定机器人系统及其控制方法，基于多连杆结构的着陆腿设计方案，采用绳索驱动、扭力弹簧和缓冲材料相结合，以实现着陆碰撞缓冲和能量吸收，达到安全着陆并快速稳定的效果；针对机器人在崎岖地面固定困难，采用缓冲足垫的足刺结构、反推火箭装置和钻头旋转推进扎入地面深处相结合的技术方案，实现机器人在崎岖地面的可靠附着固定；本发明可以为星球探测任务奠定基础，也可用于未知危险环境的探测。
附图说明
图1为本发明的系统组成示意图；
图2为本发明的机器人系统立体视图；
图3为本发明的机体立体视图1；
图4为本发明的机体立体视图2；
图5为本发明的机体爆炸视图；
图6为本发明的着陆腿立体视图1；
图7为本发明的着陆腿立体视图2；
图8为本发明的锚固腿立体视图；
图9为本发明的锚固腿上部分结构的爆炸视图；
具体部件名称如下：
1、机体；1-1、上层骨架；1-2、支撑骨架；1-3、下层骨架；1-4、普通侧板一；1-5、普通侧板二；1-6、普通侧板三；1-7、着陆腿安装侧板一；1-8、着陆腿安装侧板二；1-9、着陆腿安装侧板三；1-10、顶盖；1-11、底板；2、着陆缓冲装置；2-1、着陆腿一；2-1-1、固定座；2-1-2、连接件一；2-1-3、连接轴一；2-1-4、连接杆一；2-1-5、连接件二；2-1-6、连接轴二；2-1-7、连接件三；2-1-8、连接轴三；2-1-9、连接件四；2-1-10、连接杆二；2-1-11、连接件五；2-1-12、连接杆三；2-1-13、连接件六；2-1-14、连接件七；2-1-15、连接轴四；2-1-16、连杆机构连接件；2-1-17、连接轴五；2-1-18、连接件八；2-1-19、连接件九；2-1-20、连接杆四；2-1-21、连接杆五；2-1-22、连接件十；2-1-23、连接件十一；2-1-24、连接轴六；2-1-25、基座；2-1-26、直线轴承；2-1-27、滑套；2-1-28、连接件十二；2-1-29、连接件十三；2-1-30、绳索驱动电机架；2-1-31、绳索驱动电机；2-1-32、绞盘轴；2-1-33、联轴器一；2-1-34、绳索；2-1-35、锚固腿展开驱动电机架；2-1-36、连接杆六；2-1-37、锚固腿展开驱动电机；2-1-38、锚固腿展开轴；2-1-39、联轴器二；2-1-40、连接件十四；2-1-41、连接杆七；2-1-42、连接件十五；2-1-43、连接杆八；2-1-44、缓冲外管固定件；2-1-45、缓冲腔体；2-1-46、缓冲腔体盖子；2-1-47、缓冲材料；2-1-48、缓冲内管连接件；2-1-49、缓冲内管；2-1-50、缓冲外管；2-1-51、力传感器连接件；2-1-52、柔性万向关节脚踝；2-1-53、缓冲足垫；2-1-54、扭力弹簧一；2-1-55、扭力弹簧二；2-1-56、扭力弹簧三；2-1-57、扭力弹簧四；2-1-58、扭力弹簧五；2-1-59、扭力弹簧六；2-1-60、扭力弹簧七；2-1-61、扭力弹簧八；2-1-62、扭力弹簧九；2-1-63、扭力弹簧十；2-2、着陆腿二；2-3、着陆腿三；3、附着固定装置；3-1、锚固腿一；3-1-1、钻头推进电机架；3-1-2、钻头推进电机；3-1-3、上层菱形座；3-1-4、下层菱形座；3-1-5、滑槽；3-1-6、联轴器三；3-1-7、丝杆；3-1-8、丝杆螺母；3-1-9、钻头驱动电机架；3-1-10、钻头驱动电机；3-1-11、联轴器四；3-1-12、钻头驱动轴；3-1-13、钻头固定件；3-1-14、钻头；3-2、锚固腿二；3-3、锚固腿三；4、反推火箭装置；4-1、喷嘴一；4-2、喷嘴二；4-3、喷嘴三；5、传感器单元；5-1、电流传感器；5-2、力传感器；5-3、距离传感器；5-4、图像传感器；6、控制单元；7、电源模块。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明旨在提供一种着陆缓冲与附着固定机器人系统，实现探测机器人在崎岖地面或星球表面的缓冲着陆和附着固定。
参照图1和图2，一种着陆缓冲与附着固定机器人系统包括机体1、着陆缓冲装置2、附着固定装置3、反推火箭装置4、传感器单元5、控制单元6和电源模块7。
所述的机体1上设有着陆缓冲装置2、附着固定装置3、反推火箭装置4、传感器单元5、控制单元6和电源模块7；所述的着陆缓冲装置2与附着固定装置3相连；所述的着陆缓冲装置2、附着固定装置3和反推火箭装置4均与控制单元6相连；所述的传感器单元5与控制单元6相连；所述的着陆缓冲装置2、附着固定装置3、反推火箭装置4、传感器单元5和控制单元6均与电源模块7相连。
参照图3、图4和图5，所述的机体1为六棱柱结构，位于整个机器人系统正中间，包括骨架和蒙皮；所述的骨架包括上层骨架1-1、支撑骨架1-2和下层骨架1-3，所述的上层骨架1-1和下层骨架1-3分别位于机体1的上部和下部，均为六边形结构，所述的支撑骨架1-2竖直安装在上层骨架1-1和下层骨架1-3中间，通过螺丝与上层骨架1-1和下层骨架1-3连接；所述的蒙皮安装在骨架的外侧，包括普通侧板一1-4、普通侧板二1-5、普通侧板三1-6、着陆腿安装侧板一1-7、着陆腿安装侧板二1-8、着陆腿安装侧板三1-9、顶盖1-10和底板1-11，所述的顶盖1-10安装在上层骨架1-1的上方，通过螺丝与上层骨架1-1连接，所述的底板1-11安装在下层骨架1-3的下方，通过螺丝与下层骨架1-3连接，所述的三块普通侧板和三块着陆腿安装侧板均匀分布在骨架竖直方向的六个面上，通过螺丝与骨架连接，其中三块着陆腿安装侧板的安装位置后方对应有支撑骨架1-2。
参照图2、图6和图7，所述的着陆缓冲装置2包括三条着陆腿(着陆腿一2-1、着陆腿二2-2、着陆腿三2-3)，三条着陆腿均有相同的结构，分别均匀分布固定在所述的机体1三个侧面上，位于所述的三块着陆腿安装侧板前方，通过螺丝与着陆腿安装侧板后方的支撑骨架1-2连接；所述的着陆腿为多连杆结构，由固定座2-1-1、连接件一2-1-2、连接轴一2-1-3、连接杆一2-1-4、连接件二2-1-5、连接轴二2-1-6、连接件三2-1-7、连接轴三2-1-8、连接件四2-1-9、连接杆二2-1-10、连接件五2-1-11、连接杆三2-1-12、连接件六2-1-13、连接件七2-1-14、连接轴四2-1-15、连杆机构连接件2-1-16、连接轴五2-1-17、连接件八2-1-18、连接件九2-1-19、连接杆四2-1-20、连接杆四2-1-21、连接件十2-1-22、连接件十一2-1-23、连接轴六2-1-24、基座2-1-25、直线轴承2-1-26、滑套2-1-27、连接件十二2-1-28、连接件十三2-1-29、绳索驱动电机架2-1-30、绳索驱动电机2-1-31、绞盘轴2-1-32、联轴器一2-1-33、绳索2-1-34、锚固腿展开驱动电机架2-1-35、连接杆六2-1-36、锚固腿展开驱动电机2-1-37、锚固腿展开轴2-1-38、联轴器二2-1-39、连接件十四2-1-40、连接杆七2-1-41、连接件十五2-1-42、连接杆八2-1-43、缓冲外管固定件2-1-44、缓冲腔体2-1-45、缓冲腔体盖子2-1-46、缓冲材料2-1-47、缓冲内管连接件2-1-48、缓冲内管2-1-49、缓冲外管2-1-50、力传感器连接件2-1-51、力传感器5-2、柔性万向关节脚踝2-1-52、缓冲足垫2-1-53、扭力弹簧一2-1-54、扭力弹簧二2-1-55、扭力弹簧三2-1-56、扭力弹簧四2-1-57、扭力弹簧五2-1-58、扭力弹簧六2-1-59、扭力弹簧七2-1-60、扭力弹簧八2-1-61、扭力弹簧九2-1-62和扭力弹簧十2-1-63组成。
参照图6和图7，所述的固定座2-1-1通过螺丝固定在支撑骨架1-2上；所述的连接件一2-1-2位于固定座2-1-1的前方，其上端通过连接轴一2-1-3与固定座2-1-1相连，构成转动副，下端通过连接杆一2-1-4与连接件二2-1-5的上端相连；所述的连接件二2-1-5的下端通过连接轴二2-1-6与连接件三2-1-7的后端相连，构成转动副；所述的连接件三2-1-7的前端通过连接轴三2-1-8与连接件四2-1-9的下端相连，构成转动副；所述的连接件四2-1-9的上端通过连接杆二2-1-10与连接件五2-1-11的下端相连；所述的连接件五2-1-11的上端通过连接杆三2-1-12与连接件六2-1-13的左端和连接件七2-1-14的右端相连；所述的连接件六2-1-13和连接件七2-1-14的上端通过连接轴四2-1-15分别与连杆机构连接件2-1-16的右前端和左前端相连，构成转动副；所述的连杆机构连接件2-1-16的左后端与右后端通过连接轴五2-1-17分别与连接件八2-1-18和连接件九2-1-19的上端相连，构成转动副；所述的连接件八2-1-18和连接件九2-1-19的下端分别通过连接杆四2-1-20和连接杆四2-1-21与连接件十2-1-22和连接件十一2-1-23的上端相连；所述的连接件十2-1-22和连接件十一2-1-23的下端通过连接轴六2-1-24与基座2-1-25相连，构成转动副；所述的基座2-1-25位于固定座2-1-1的正下方，通过螺丝固定在支撑骨架1-2上。
参照图6和图7，所述的直线轴承2-1-26套于连接杆一2-1-4上，安装在滑套2-1-27内，用于在着陆腿展开和收拢时减小滑套2-1-27在连接杆一2-1-4上滑动的摩擦；所述的滑套2-1-27左端与右端分别与连接件十二2-1-28和连接件十三2-1-29相连；所述的连接件十二2-1-28和连接件十三2-1-29分别固定在连接杆四2-1-20和连接杆四2-1-21上；所述的绳索驱动电机架2-1-30位于机体1内部、着陆腿安装侧板后方，其通过螺丝与支撑骨架1-2相连；所述的绳索驱动电机2-1-31固定在绳索驱动电机架2-1-30上；所述的绞盘轴2-1-32与联轴器一2-1-33位于绳索驱动电机架2-1-30内部，绞盘轴2-1-32一端通过联轴器一2-1-33与绳索驱动电机2-1-31输出轴连接，另一端缠绕绳索2-1-34；所述的绳索2-1-34一端缠绕在绞盘轴2-1-32上，另一端缠绕在连接杆二2-1-10上，通过所述的绳索驱动电机2-1-31带动绞盘轴2-1-32旋转，以此实现绳索2-1-34的拉紧与放松，进而带动整个多连杆机构完成着陆腿的收拢与展开。
参照图6和图7，所述的锚固腿展开驱动电机架2-1-35上端通过连接杆六2-1-36与连接件六2-1-13的下端相连；所述的锚固腿展开驱动电机2-1-37固定在锚固腿展开驱动电机架2-1-35上；所述的锚固腿展开轴2-1-38与联轴器二2-1-39位于锚固腿展开驱动电机架2-1-35内部，锚固腿展开轴2-1-38一端通过联轴器二2-1-39与锚固腿展开驱动电机2-1-37输出轴连接，另一端穿过锚固腿展开驱动电机架2-1-35与锚固腿上的钻头推进电机架3-1-1连接，通过所述的锚固腿展开驱动电机2-1-37带动锚固腿展开轴2-1-38旋转，以此实现锚固腿的展开与收起。
参照图6和图7，所述的连接件十四2-1-40的上端通过连接杆七2-1-41与锚固腿展开驱动电机架2-1-35的下端相连；所述的连接件十五2-1-42的上端通过连接杆八2-1-43与连接件七2-1-14的下端相连；所述的缓冲外管固定件2-1-44固定于连接件十四2-1-40和连接件十五2-1-42的中间；所述的缓冲腔体2-1-45位于缓冲外管固定件2-1-44上方，为空心结构；所述的缓冲腔体盖子2-1-46位于缓冲腔体2-1-45与缓冲外管固定件2-1-44中间，通过螺丝固定在缓冲腔体2-1-45上；所述的缓冲材料2-1-47与缓冲内管连接件2-1-48安装于缓冲腔体2-1-45内部；所述的缓冲内管2-1-49的上端与缓冲内管连接件2-1-48相连；所述的缓冲外管2-1-50穿过缓冲外管固定件2-1-44套于缓冲内管2-1-49上；所述的力传感器连接件2-1-51的上端与缓冲内管2-1-49的下端相连，下端与力传感器5-2相连；所述的力传感器5-2固定于力传感器连接件2-1-51与柔性万向关节脚踝2-1-52中间；所述的柔性万向关节脚踝2-1-52的上端与力传感器5-2相连，下端与缓冲足垫2-1-53相连，其内部包含一个球面副，用于为缓冲足垫2-1-53提供向下方各个方向的旋转；所述的缓冲足垫2-1-53是整个机器人系统与地面接触的机构，其底部均匀分布有足刺结构，可以在着陆后增加其与地面之间的摩擦力，提供固定力；在机器人系统着陆的瞬间，缓冲足垫2-1-53受到的向上的力将作用于缓冲内管2-1-49及缓冲内管连接件2-1-48，进而作用于缓冲腔体2-1-45内的缓冲材料2-1-47上，通过缓冲材料2-1-47来实现缓冲效果。
参照图6和图7，所述的十个扭力弹簧中，每个扭力弹簧的两根力臂的初始夹角均为120度；所述的扭力弹簧一2-1-54和扭力弹簧二2-1-55分别套于连接轴二2-1-6的右端和左端，两个扭力弹簧中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件二2-1-5和连接件三2-1-7上；所述的扭力弹簧三2-1-56、扭力弹簧四2-1-57、扭力弹簧五2-1-58、扭力弹簧六2-1-59均套于连接轴四2-1-15上，其中扭力弹簧三2-1-56和扭力弹簧四2-1-57中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件六2-1-13和连杆机构连接件2-1-16上，扭力弹簧五2-1-58和扭力弹簧六2-1-59中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件七2-1-14和连杆机构连接件2-1-16上；所述的扭力弹簧七2-1-60、扭力弹簧八2-1-61、扭力弹簧九2-1-62、扭力弹簧十2-1-63均套于连接轴五2-1-17上，其中扭力弹簧七2-1-60和扭力弹簧八2-1-61中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件八2-1-18和连杆机构连接件2-1-16上，扭力弹簧九2-1-62和扭力弹簧十2-1-63中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件九2-1-19和连杆机构连接件2-1-16上。在初始状态下，各扭力弹簧的两根力臂均保持着初始夹角120度，此时着陆腿呈展开状态；所述的绳索驱动电机2-1-31正转时，绳索2-1-34缠绕在绳索驱动电机2-1-31输出轴上被逐渐拉紧，所述的扭力弹簧一2-1-54和扭力弹簧二2-1-55的力臂夹角被逐渐压缩至60度，其余扭力弹簧的力臂夹角被逐渐压缩至90度，此时着陆腿呈收拢状态；当所述的绳索驱动电机2-1-31反转时，绳索2-1-34被逐渐放松，着陆腿在扭力弹簧的驱动下再次展开，通过控制绳索驱动电机2-1-31的正反转运动，即可实现着陆腿的收拢和展开运动。
参照图2、图8和图9，所述的附着固定装置3包括三条锚固腿(锚固腿一3-1、锚固腿二3-2、锚固腿三3-3)，三条锚固腿均有相同的结构，分别安装在所述的三条着陆腿上；所述的锚固腿由钻头推进电机架3-1-1、钻头推进电机3-1-2、上层菱形座3-1-3、下层菱形座3-1-4、滑槽3-1-5、联轴器三3-1-6、丝杆3-1-7、丝杆螺母3-1-8、钻头驱动电机架3-1-9、钻头驱动电机3-1-10、联轴器四3-1-11、钻头驱动轴3-1-12、钻头固定件3-1-13和钻头3-1-14组成。
参照图2、图8和图9，所述的钻头推进电机架3-1-1位于所述的着陆腿的锚固腿展开驱动电机架2-1-35右侧，通过螺丝将其固定在所述的锚固腿展开轴2-1-38上，当着陆腿上所述的锚固腿展开驱动电机2-1-37工作时，电机输出轴会带动锚固腿展开轴2-1-38旋转，进而带动钻头推进电机架3-1-1做圆周运动，从而实现锚固腿的展开与收起；所述的钻头推进电机3-1-2固定在钻头推进电机架3-1-1上；所述的上层菱形座3-1-3位于钻头推进电机架3-1-1下方；所述的下层菱形座3-1-4位于上层菱形座3-1-3下方；所述的滑槽3-1-5为空心结构，位于上层菱形座3-1-3和下层菱形座3-1-4中间，滑槽3-1-5上端与上层菱形座3-1-3、钻头推进电机架3-1-1通过螺丝固定在一起，滑槽3-1-5下端通过螺丝固定在下层菱形座3-1-4上；所述的联轴器三3-1-6位于钻头推进电机架3-1-1和上层菱形座3-1-3中间；所述的丝杆3-1-7表面具有螺纹，丝杆3-1-7位于滑槽3-1-5的中心，其上端穿过上层菱形座3-1-3通过联轴器三3-1-6与钻头推进电机3-1-2输出轴连接，下端穿过下层菱形座3-1-4；所述的丝杆螺母3-1-8内部具有螺纹，其旋拧于丝杆3-1-7上，可在丝杆3-1-7旋转时做上下运动；所述的钻头驱动电机架3-1-9一端固定于丝杆螺母3-1-8下方，另一端位于滑槽3-1-5外侧，中间的连接部分穿过滑槽3-1-5；所述的钻头驱动电机3-1-10固定在钻头驱动电机架3-1-9上；所述的联轴器四3-1-11位于钻头驱动电机架3-1-9内部；所述的钻头驱动轴3-1-12的一端通过联轴器四3-1-11与钻头驱动电机3-1-10输出轴连接，另一端与钻头固定件3-1-13连接；所述的钻头固定件3-1-13位于钻头驱动电机架3-1-9下方，其上端通过螺丝固定在钻头驱动轴3-1-12上；所述的钻头3-1-14固定在钻头固定件3-1-13下方，通过使用螺丝加紧将其和钻头固定件3-1-13连接。
所述的钻头推进电机3-1-2工作时，电机输出轴会带动丝杆3-1-7旋转，由于丝杆3-1-7及丝杆螺母3-1-8内部具有螺纹，丝杆螺母3-1-8会带动钻头驱动电机架3-1-9做上下运动，以此实现钻头3-1-14的上下推进；所述的钻头驱动电机3-1-10工作时，电机输出轴会带动钻头驱动轴3-1-12旋转，进而带动钻头固定件3-1-13和钻头3-1-14旋转，以此实现钻头3-1-14的高速转动。
参照图2、图3和图5，所述的反推火箭装置4包括三个喷嘴(喷嘴一4-1、喷嘴二4-2、喷嘴三4-3)，分别均匀分布在所述的机体1的顶盖1-10上，用于向上喷出气流以调节机器人平衡，提供固定力。
参照图1、图4、图5、图6和图7，所述的传感器单元5包括电流传感器5-1、力传感器5-2、距离传感器5-3和图像传感器5-4；所述的电流传感器5-1用于检测绳索驱动电机2-1-31、锚固腿展开驱动电机2-1-37、钻头推进电机3-1-2和钻头驱动电机3-1-10工作时的电流；所述的力传感器5-2共有三个，分别安装在三条着陆腿上，固定于力传感器连接件2-1-51与柔性万向关节脚踝2-1-52中间，用于测量着陆腿和地面之间的接触力；所述的距离传感器5-3固定于机体1的底板1-11上，用于测量机器人系统和地面之间的距离；所述的图像传感器5-4固定于机体1的底板1-11正中心，用于对机器人系统下方的地面环境进行监测。
参照图1，所述的控制单元6包括主控制器和电机驱动器；所述的主控制器用于接收传感器单元5发送的电流、力、距离、图像信息，并对接收到的信息进行处理，同时对着陆缓冲装置2、附着固定装置3、反推火箭装置4发出控制命令；所述的电机驱动器在接收到主控制器的控制命令后，驱动各电机做相应的转动。
参照图1，所述的电源模块7包括电池和电源转换单元，用于为整个机器人系统提供能源；所述的电池为锂电池；所述的电源转换单元将电池的电压转换为多种不同基准的电压，以满足不同模块的用电需求。
该着陆缓冲与附着固定机器人系统在着陆瞬间，基于着陆腿结构，采用绳索2-1-34驱动、扭力弹簧(2-1-54～2-1-63)和缓冲材料2-1-47相结合，以实现着陆碰撞缓冲和能量吸收；该机器人系统着陆于地面后，依靠缓冲足垫2-1-53的足刺结构、反推火箭装置4和钻头3-1-14旋转推进扎入地面深处来共同提供在地面上的固定力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种着陆缓冲与附着固定机器人系统，包括机体（1）、着陆缓冲装置（2）、附着固定装置（3）、反推火箭装置（4）、传感器单元（5）、控制单元（6）和电源模块（7），其特征在于；
所述的机体（1）上设有着陆缓冲装置（2）、附着固定装置（3）、反推火箭装置（4）、传感器单元（5）、控制单元（6）和电源模块（7）；所述的着陆缓冲装置（2）与附着固定装置（3）相连；所述的着陆缓冲装置（2）、附着固定装置（3）和反推火箭装置（4）均与控制单元（6）相连；所述的传感器单元（5）与控制单元（6）相连；所述的着陆缓冲装置（2）、附着固定装置（3）、反推火箭装置（4）、传感器单元（5）和控制单元（6）均与电源模块（7）相连；
所述的机体（1）为六棱柱结构，位于整个机器人系统正中间，包括骨架和蒙皮；
所述的骨架包括上层骨架（1-1）、支撑骨架（1-2）和下层骨架（1-3），所述的上层骨架（1-1）和下层骨架（1-3）分别位于机体（1）的上部和下部，均为六边形结构，所述的支撑骨架（1-2）竖直安装在上层骨架（1-1）和下层骨架（1-3）中间，通过螺丝与上层骨架（1-1）和下层骨架（1-3）连接，所述的蒙皮包括普通侧板一（1-4）、普通侧板二（1-5）、普通侧板三（1-6）、着陆腿安装侧板一（1-7）、着陆腿安装侧板二（1-8）、着陆腿安装侧板三（1-9）、顶盖（1-10）和底板（1-11）；
所述的着陆腿为多连杆结构，由固定座（2-1-1）、连接件一（2-1-2）、连接轴一（2-1-3）、连接杆一（2-1-4）、连接件二（2-1-5）、连接轴二（2-1-6）、连接件三（2-1-7）、连接轴三（2-1-8）、连接件四（2-1-9）、连接杆二（2-1-10）、连接件五（2-1-11）、连接杆三（2-1-12）、连接件六（2-1-13）、连接件七（2-1-14）、连接轴四（2-1-15）、连杆机构连接件（2-1-16）、连接轴五（2-1-17）、连接件八（2-1-18）、连接件九（2-1-19）、连接杆四（2-1-20）、连接杆四（2-1-21）、连接件十（2-1-22）、连接件十一（2-1-23）、连接轴六（2-1-24）、基座（2-1-25）、直线轴承（2-1-26）、滑套（2-1-27）、连接件十二（2-1-28）、连接件十三（2-1-29）、绳索驱动电机架（2-1-30）、绳索驱动电机（2-1-31）、绞盘轴（2-1-32）、联轴器一（2-1-33）、绳索（2-1-34）、锚固腿展开驱动电机架（2-1-35）、连接杆六（2-1-36）、锚固腿展开驱动电机（2-1-37）、锚固腿展开轴（2-1-38）、联轴器二（2-1-39）、连接件十四（2-1-40）、连接杆七（2-1-41）、连接件十五（2-1-42）、连接杆八（2-1-43）、缓冲外管固定件（2-1-44）、缓冲腔体（2-1-45）、缓冲腔体盖子（2-1-46）、缓冲材料（2-1-47）、缓冲内管连接件（2-1-48）、缓冲内管（2-1-49）、缓冲外管（2-1-50）、力传感器连接件（2-1-51）、力传感器（5-2）、柔性万向关节脚踝（2-1-52）、缓冲足垫（2-1-53）、扭力弹簧一（2-1-54）、扭力弹簧二（2-1-55）、扭力弹簧三（2-1-56）、扭力弹簧四（2-1-57）、扭力弹簧五（2-1-58）、扭力弹簧六（2-1-59）、扭力弹簧七（2-1-60）、扭力弹簧八（2-1-61）、扭力弹簧九（2-1-62）和扭力弹簧十（2-1-63）组成；
所述的直线轴承（2-1-26）套于连接杆一（2-1-4）上，安装在滑套（2-1-27）内，用于在着陆腿展开和收拢时减小滑套（2-1-27）在连接杆一（2-1-4）上滑动的摩擦；所述的滑套（2-1-27）左端与右端分别与连接件十二（2-1-28）和连接件十三（2-1-29）相连；所述的连接件十二（2-1-28）和连接件十三（2-1-29）分别固定在连接杆四（2-1-20）和连接杆四（2-1-21）上；所述的绳索驱动电机架（2-1-30）位于机体（1）内部、着陆腿安装侧板后方，其通过螺丝与支撑骨架（1-2）相连；所述的绳索驱动电机（2-1-31）固定在绳索驱动电机架（2-1-30）上；所述的绞盘轴（2-1-32）与联轴器一（2-1-33）位于绳索驱动电机架（2-1-30）内部，绞盘轴（2-1-32）一端通过联轴器一（2-1-33）与绳索驱动电机（2-1-31）输出轴连接，另一端缠绕绳索（2-1-34）；所述的绳索（2-1-34）一端缠绕在绞盘轴（2-1-32）上，另一端缠绕在连接杆二（2-1-10）上，通过所述的绳索驱动电机（2-1-31）带动绞盘轴（2-1-32）旋转，实现绳索（2-1-34）的拉紧与放松；
所述的蒙皮安装在骨架的外侧，所述的顶盖（1-10）安装在上层骨架（1-1）的上方，通过螺丝与上层骨架（1-1）连接，所述的底板（1-11）安装在下层骨架（1-3）的下方，通过螺丝与下层骨架（1-3）连接，三块所述的普通侧板和三块着陆腿安装侧板均匀分布在骨架竖直方向的六个面上，通过螺丝与骨架连接，其中三块着陆腿安装侧板的安装位置后方对应有支撑骨架（1-2）；
所述的着陆缓冲装置（2）包括三条着陆腿分别为着陆腿一（2-1）、着陆腿二（2-2）、着陆腿三（2-3），三条着陆腿均有相同的结构，分别均匀分布固定在所述的机体（1）三个侧面上，位于所述的三块着陆腿安装侧板前方，通过螺丝与着陆腿安装侧板后方的支撑骨架（1-2）连接；
所述的附着固定装置（3）包括三条锚固腿分别为锚固腿一（3-1）、锚固腿二（3-2）、锚固腿三（3-3），三条锚固腿均有相同的结构，分别安装在所述的三条着陆腿上；所述的锚固腿由钻头推进电机架（3-1-1）、钻头推进电机（3-1-2）、上层菱形座（3-1-3）、下层菱形座（3-1-4）、滑槽（3-1-5）、联轴器三（3-1-6）、丝杆（3-1-7）、丝杆螺母（3-1-8）、钻头驱动电机架（3-1-9）、钻头驱动电机（3-1-10）、联轴器四（3-1-11）、钻头驱动轴（3-1-12）、钻头固定件（3-1-13）和钻头（3-1-14）组成；
所述的反推火箭装置（4）包括三个喷嘴分别为喷嘴一（4-1）、喷嘴二（4-2）、喷嘴三（4-3），分别均匀分布在所述的机体（1）的顶盖（1-10）上。
2.根据权利要求1所述的一种着陆缓冲与附着固定机器人系统，其特征在于：所述的固定座（2-1-1）通过螺丝固定在支撑骨架（1-2）上；所述的连接件一（2-1-2）位于固定座（2-1-1）的前方，其上端通过连接轴一（2-1-3）与固定座（2-1-1）相连，构成转动副，下端通过连接杆一（2-1-4）与连接件二（2-1-5）的上端相连；所述的连接件二（2-1-5）的下端通过连接轴二（2-1-6）与连接件三（2-1-7）的后端相连，构成转动副；所述的连接件三（2-1-7）的前端通过连接轴三（2-1-8）与连接件四（2-1-9）的下端相连，构成转动副；所述的连接件四（2-1-9）的上端通过连接杆二（2-1-10）与连接件五（2-1-11）的下端相连；所述的连接件五（2-1-11）的上端通过连接杆三（2-1-12）与连接件六（2-1-13）的左端和连接件七（2-1-14）的右端相连；所述的连接件六（2-1-13）和连接件七（2-1-14）的上端通过连接轴四（2-1-15）分别与连杆机构连接件（2-1-16）的右前端和左前端相连，构成转动副；所述的连杆机构连接件（2-1-16）的左后端与右后端通过连接轴五（2-1-17）分别与连接件八（2-1-18）和连接件九（2-1-19）的上端相连，构成转动副；所述的连接件八（2-1-18）和连接件九（2-1-19）的下端分别通过连接杆四（2-1-20）和连接杆四（2-1-21）与连接件十（2-1-22）和连接件十一（2-1-23）的上端相连；所述的连接件十（2-1-22）和连接件十一（2-1-23）的下端通过连接轴六（2-1-24）与基座（2-1-25）相连，构成转动副；所述的基座（2-1-25）位于固定座（2-1-1）的正下方，通过螺丝固定在支撑骨架（1-2）上。
3.根据权利要求2所述的一种着陆缓冲与附着固定机器人系统，其特征在于：所述的十个扭力弹簧中，每个扭力弹簧的两根力臂的初始夹角均为120度；所述的扭力弹簧一（2-1-54）和扭力弹簧二（2-1-55）分别套于连接轴二（2-1-6）的右端和左端，两个扭力弹簧中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件二（2-1-5）和连接件三（2-1-7）上；所述的扭力弹簧三（2-1-56）、扭力弹簧四（2-1-57）、扭力弹簧五（2-1-58）、扭力弹簧六（2-1-59）均套于连接轴四（2-1-15）上，其中扭力弹簧三（2-1-56）和扭力弹簧四（2-1-57）中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件六（2-1-13）和连杆机构连接件（2-1-16）上，扭力弹簧五（2-1-58）和扭力弹簧六（2-1-59）中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件七（2-1-14）和连杆机构连接件（2-1-16）上；所述的扭力弹簧七（2-1-60）、扭力弹簧八（2-1-61）、扭力弹簧九（2-1-62）、扭力弹簧十（2-1-63）均套于连接轴五（2-1-17）上，其中扭力弹簧七（2-1-60）和扭力弹簧八（2-1-61）中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件八（2-1-18）和连杆机构连接件（2-1-16）上，扭力弹簧九（2-1-62）和扭力弹簧十（2-1-63）中每个扭力弹簧的两根力臂分别固定在连接件九（2-1-19）和连杆机构连接件（2-1-16）上。
4.根据权利要求2所述的一种着陆缓冲与附着固定机器人系统，其特征在于：所述的钻头推进电机架（3-1-1）位于所述的着陆腿的锚固腿展开驱动电机架（2-1-35）右侧，通过螺丝将其固定在所述的锚固腿展开轴（2-1-38）上；所述的钻头推进电机（3-1-2）固定在钻头推进电机架（3-1-1）上；所述的上层菱形座（3-1-3）位于钻头推进电机架（3-1-1）下方；所述的下层菱形座（3-1-4）位于上层菱形座（3-1-3）下方；所述的滑槽（3-1-5）为空心结构，位于上层菱形座（3-1-3）和下层菱形座（3-1-4）中间，滑槽（3-1-5）上端与上层菱形座（3-1-3）、钻头推进电机架（3-1-1）通过螺丝固定在一起，滑槽（3-1-5）下端通过螺丝固定在下层菱形座（3-1-4）上；所述的联轴器三（3-1-6）位于钻头推进电机架（3-1-1）和上层菱形座（3-1-3）中间；所述的丝杆（3-1-7）表面具有螺纹，丝杆（3-1-7）位于滑槽（3-1-5）的中心，其上端穿过上层菱形座（3-1-3）通过联轴器三（3-1-6）与钻头推进电机（3-1-2）输出轴连接，下端穿过下层菱形座（3-1-4）；所述的丝杆螺母（3-1-8）内部具有螺纹；所述的钻头驱动电机架（3-1-9）一端固定于丝杆螺母（3-1-8）下方，另一端位于滑槽（3-1-5）外侧，中间的连接部分穿过滑槽（3-1-5）；所述的钻头驱动电机（3-1-10）固定在钻头驱动电机架（3-1-9）上；所述的联轴器四（3-1-11）位于钻头驱动电机架（3-1-9）内部；所述的钻头驱动轴（3-1-12）的一端通过联轴器四（3-1-11）与钻头驱动电机（3-1-10）输出轴连接，另一端与钻头固定件（3-1-13）连接；所述的钻头固定件（3-1-13）位于钻头驱动电机架（3-1-9）下方，其上端通过螺丝固定在钻头驱动轴（3-1-12）上；所述的钻头（3-1-14）固定在钻头固定件（3-1-13）下方，通过使用螺丝加紧将其和钻头固定件（3-1-13）连接。
5.根据权利要求1所述的一种着陆缓冲与附着固定机器人系统，其特征在于：所述的传感器单元（5）包括电流传感器（5-1）、力传感器（5-2）、距离传感器（5-3）和图像传感器（5-4）；所述的电流传感器（5-1）用于检测绳索驱动电机（2-1-31）、锚固腿展开驱动电机（2-1-37）、钻头推进电机（3-1-2）和钻头驱动电机（3-1-10）工作时的电流；所述的力传感器（5-2）共有三个，分别安装在三条着陆腿上，固定于力传感器连接件（2-1-51）与柔性万向关节脚踝（2-1-52）中间；所述的距离传感器（5-3）固定于机体（1）的底板（1-11）上；所述的图像传感器（5-4）固定于机体（1）的底板（1-11）正中心。
6.根据权利要求1所述的一种着陆缓冲与附着固定机器人系统，其特征在于：所述的控制单元（6）包括主控制器和电机驱动器；所述的主控制器用于接收传感器单元（5）发送的电流、力、距离、图像信息，并对接收到的信息进行处理，同时对着陆缓冲装置（2）、附着固定装置（3）、反推火箭装置（4）发出控制命令；所述的电机驱动器在接收到主控制器的控制命令后，驱动各电机做相应的转动，所述的电源模块（7）包括电池和电源转换单元；所述的电池为锂电池；所述的电源转换单元将电池的电压转换为多种不同基准的电压，以满足不同模块的用电需求。
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