本發(fā)明涉及著陸器緩沖及姿態(tài)控制領(lǐng)域，具體是一種足底力傳感器伸縮保護(hù)裝置。

背景技術(shù)：

星際探測(cè)不僅包括軟著陸，也包括在外星體表面進(jìn)行更深入的科學(xué)考察。隨著這些探測(cè)活動(dòng)的不斷深入，對(duì)緩沖后的著陸器本體姿態(tài)與可探測(cè)的外星體表面范圍提出了越來(lái)越高的要求。

傳統(tǒng)的著陸器在著陸緩沖后即固定在著陸點(diǎn)，探測(cè)范圍的擴(kuò)展只能通過(guò)釋放其所攜帶的巡視器等手段實(shí)現(xiàn)。因此，當(dāng)出現(xiàn)著陸區(qū)域地形地貌凹凸不平、著陸后的姿態(tài)不理想或著陸器緩沖腿在外星體表面下陷等不利工況時(shí)，完成緩沖并固定在著陸點(diǎn)的著陸器將無(wú)法調(diào)整自身的位置和姿態(tài)，可能會(huì)影響到所搭載的科學(xué)儀器等有效載荷的工作狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)后續(xù)探測(cè)任務(wù)的實(shí)施產(chǎn)生不利影響。

目前，在給行星際著陸器賦予姿態(tài)調(diào)整與行走功能的研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)已知的有上海宇航系統(tǒng)工程研究所提出的可行走月球軟著陸機(jī)構(gòu)（cn201510302516.6）和北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部提出的具有著陸緩沖功能的行走機(jī)器人（cn201510616864.0）。前者將主/輔助緩沖支柱的一端連接至可在（安裝于著陸器側(cè)壁上的）滑軌上滑動(dòng)的滑塊，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)滑塊在滑軌上滑動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)主/輔助緩沖支柱的運(yùn)動(dòng)；后者在主緩沖支柱內(nèi)部集成基于開(kāi)合螺母的絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)著陸后對(duì)主緩沖支柱的驅(qū)動(dòng)。

由機(jī)器人學(xué)相關(guān)理論可知，著陸器在實(shí)現(xiàn)行走與姿態(tài)調(diào)整等功能時(shí)，控制系統(tǒng)需要檢測(cè)其機(jī)械腿末端與星表之間的相互作用力，即足底力，作為協(xié)調(diào)各機(jī)械腿運(yùn)動(dòng)的依據(jù)。然而，上述各方案并未述及該部分內(nèi)容。

此外，在為著陸器機(jī)械腿安裝足底力傳感器時(shí)，需要通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)等手段避免著陸器緩沖時(shí)的強(qiáng)烈沖擊對(duì)傳感器造成損壞，且在完成緩沖后，還能順利地接通力傳遞路徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)足底力的檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供了一種足底力傳感器伸縮保護(hù)裝置，可在著陸器緩沖前與緩沖時(shí)，斷開(kāi)力傳遞路徑，在著陸器緩沖后，接通力傳遞路徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)足底力的檢測(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，控制方便，除可行走/可調(diào)姿著陸器外，還可用于腿式機(jī)器人或其他需要對(duì)壓力傳感器進(jìn)行保護(hù)的場(chǎng)合，具備較強(qiáng)的使用靈活性。

本發(fā)明包括機(jī)械腿桿組件以及從上至下依次安裝在機(jī)械腿桿組件內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組件、傳感器上頂板組件、傳感器組件和伸縮滑動(dòng)球鉸組件，伸縮滑動(dòng)球鉸組件下方安裝有足墊；

所述機(jī)械腿桿組件包括機(jī)械腿桿、上滑動(dòng)導(dǎo)軌以及下滑動(dòng)導(dǎo)軌；其中，機(jī)械腿桿內(nèi)部開(kāi)有空腔，空腔中安裝有上滑動(dòng)導(dǎo)軌；機(jī)械腿桿末端為方孔結(jié)構(gòu)，方孔內(nèi)壁四周均布有下滑動(dòng)導(dǎo)軌；

所述傳感器上頂板組件包括傳感器上頂板與彈簧，其中，傳感器上頂板可沿所述機(jī)械腿桿組件中的上滑動(dòng)導(dǎo)軌上下滑動(dòng)，且其上開(kāi)有傳感器上頂板中央通孔；彈簧的上端與傳感器上頂板下端面連接，彈簧的下端與伸縮滑動(dòng)球鉸組件連接；

所述傳感器組件包括從上至下依次固定連接形成一個(gè)整體的傳感器上連接件、壓力傳感器以及傳感器下連接件，各組件均與所述傳感器上頂板組件中的彈簧同軸，傳感器組件在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組件的驅(qū)動(dòng)下沿上滑動(dòng)導(dǎo)軌做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

所述伸縮滑動(dòng)球鉸組件包括滑動(dòng)球鉸上部分與滑動(dòng)球鉸下部分，其中，滑動(dòng)球鉸上部分安裝于所述機(jī)械腿桿組件的機(jī)械腿桿末端的方孔內(nèi)，可沿下滑動(dòng)導(dǎo)軌上下滑動(dòng)。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組件包括從上至下依次連接的電機(jī)、聯(lián)軸器和絲杠，絲杠通過(guò)螺母與螺母安裝座配合連接，螺母安裝座下方有凸出的螺母安裝座螺紋桿，傳感器組件與螺母安裝座螺紋桿固定連接，傳感器組件在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下隨螺母安裝座一并沿上滑動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的機(jī)械腿桿組件中機(jī)械腿桿空腔內(nèi)上滑動(dòng)導(dǎo)軌上方安裝有機(jī)械腿桿加強(qiáng)梁。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的滑動(dòng)球鉸上部分頂端中央開(kāi)有中央沉孔，滑動(dòng)球鉸上部分的底部設(shè)計(jì)有凸緣。

傳感器組件中的傳感器下連接件下端面與伸縮滑動(dòng)球鉸組件中的滑動(dòng)球鉸上部分中央沉孔接觸時(shí)，傳感器上頂板組件中的彈簧為自然長(zhǎng)度，且傳感器上頂板與傳感器上連接件為臨界接觸；

傳感器組件沿上滑動(dòng)導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)通過(guò)傳感器上頂板與傳感器上連接件的接觸帶動(dòng)傳感器上頂板組件一并向上運(yùn)動(dòng)，在滑動(dòng)球鉸上部分底部上端面與機(jī)械腿桿末端接觸后，彈簧將被拉伸，使得傳感器下連接件與滑動(dòng)球鉸上部分中央沉孔完全分離，實(shí)現(xiàn)傳感器力傳遞路徑的可靠斷開(kāi)；

傳感器組件沿上滑動(dòng)導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在傳感器下連接件與滑動(dòng)球鉸上部分中央沉孔接觸后，彈簧恢復(fù)為自然長(zhǎng)度，使得傳感器上頂板組件與伸縮滑動(dòng)球鉸組件一并向下運(yùn)動(dòng)，在滑動(dòng)球鉸上部分與機(jī)械腿桿末端分離后，實(shí)現(xiàn)傳感器力傳遞路徑的可靠接通。

本發(fā)明有益效果在于：

1、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)傳感器向上運(yùn)動(dòng)，在滑動(dòng)球鉸上部分底部上端面與機(jī)械腿桿末端下端面接觸后，可通過(guò)彈簧的拉伸變形，使得傳感器下連接件下端面與滑動(dòng)球鉸上部分中央沉孔底面完全分離，實(shí)現(xiàn)力傳遞路徑的可靠斷開(kāi)；可在著陸器緩沖前與緩沖時(shí)，將足底力傳感器縮回，斷開(kāi)力傳遞路徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的保護(hù)。

2、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)傳感器向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)傳感器下連接件下端面與滑動(dòng)球鉸上部分中央沉孔底面接觸時(shí)，彈簧恢復(fù)為自然長(zhǎng)度，使得傳感器上頂板下端面與傳感器上連接件上端面為臨界接觸，此時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)傳感器繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，使得滑動(dòng)球鉸上部分底部上端面與機(jī)械腿桿末端下端面完全分離，實(shí)現(xiàn)力傳感器路徑的可靠接通。在著陸器緩沖后，將足底力傳感器伸出，接通力傳遞路徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)足底力的檢測(cè)。

3、通過(guò)引入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了被保護(hù)的傳感器的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，控制方便，除可行走/可調(diào)姿著陸器外，還可用于腿式機(jī)器人或其他需要對(duì)壓力傳感器進(jìn)行保護(hù)的場(chǎng)合，具備較強(qiáng)的使用靈活性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種足底力傳感器伸縮保護(hù)裝置的整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種足底力傳感器伸縮保護(hù)裝置的整機(jī)分解示意圖；

圖3為本發(fā)明一種足底力傳感器伸縮保護(hù)裝置的回縮狀態(tài)示意圖；

圖4為本發(fā)明一種足底力傳感器伸縮保護(hù)裝置的外伸狀態(tài)示意圖。

其中，1-機(jī)械腿桿組件，11-機(jī)械腿桿，111-機(jī)械腿桿加強(qiáng)梁，1111-電機(jī)安裝孔，112-機(jī)械腿桿末端下端面，12-上滑動(dòng)導(dǎo)軌，13-下滑動(dòng)導(dǎo)軌，2-驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組件，21-電機(jī)，22-聯(lián)軸器，23-絲杠，24-螺母，25-螺母安裝座，251-螺母安裝座螺紋桿，3-傳感器上頂板組件，31-傳感器上頂板，311-傳感器上頂板中央通孔，312-傳感器上頂板下端面，32-彈簧，4-傳感器組件，41-傳感器上連接件，411-傳感器上連接件中央螺紋孔，412-傳感器上連接件上端面，42-壓力傳感器，43-傳感器下連接件，431-傳感器下連接件下端面，5-伸縮滑動(dòng)球鉸組件，51-滑動(dòng)球鉸上部分，511-滑動(dòng)鉸鏈上部分中央沉孔，512-滑動(dòng)球鉸上部分上端面，513-滑動(dòng)球鉸上部分底部上端面，514-滑動(dòng)球鉸上部分中央沉孔底面，52-滑動(dòng)球鉸下部分，6-足墊。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖并舉實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)指出此處所描述的具體實(shí)施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明整機(jī)結(jié)構(gòu)和分解結(jié)構(gòu)分別如圖1和圖2所示，包括機(jī)械腿桿組件1以及從上至下依次安裝在機(jī)械腿桿組件1內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組件2、傳感器上頂板組件3、傳感器組件4和伸縮滑動(dòng)球鉸組件5，伸縮滑動(dòng)球鉸組件5下方安裝有足墊6；

所述機(jī)械腿桿組件1包括機(jī)械腿桿11、上滑動(dòng)導(dǎo)軌12以及下滑動(dòng)導(dǎo)軌13；其中，機(jī)械腿桿11內(nèi)部開(kāi)有空腔，空腔中安裝有上滑動(dòng)導(dǎo)軌12；機(jī)械腿桿11末端為方孔結(jié)構(gòu)，方孔內(nèi)壁四周均布有下滑動(dòng)導(dǎo)軌13；

所述傳感器上頂板組件3包括傳感器上頂板31與彈簧32，其中，傳感器上頂板31可沿所述機(jī)械腿桿組件1中的上滑動(dòng)導(dǎo)軌12上下滑動(dòng)，且其上開(kāi)有傳感器上頂板中央通孔311；彈簧32的上端與傳感器上頂板下端面312連接，彈簧32的下端與伸縮滑動(dòng)球鉸組件5連接；

所述傳感器組件4包括從上至下依次固定連接形成一個(gè)整體的傳感器上連接件41、壓力傳感器42以及傳感器下連接件43，各組件均與所述傳感器上頂板組件3中的彈簧32同軸，傳感器組件4在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組件2的驅(qū)動(dòng)下沿上滑動(dòng)導(dǎo)軌12做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

所述伸縮滑動(dòng)球鉸組件5包括滑動(dòng)球鉸上部分51與滑動(dòng)球鉸下部分52，其中，滑動(dòng)球鉸上部分51安裝于所述機(jī)械腿桿組件1的機(jī)械腿桿11末端的方孔內(nèi)，可沿下滑動(dòng)導(dǎo)軌13上下滑動(dòng)。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組件2包括從上至下依次連接的電機(jī)21、聯(lián)軸器22和絲杠23，絲杠23通過(guò)螺母24與螺母安裝座25配合連接，螺母安裝座25下方有凸出的螺母安裝座螺紋桿251，傳感器組件4與螺母安裝座螺紋桿251固定連接，傳感器組件4在電機(jī)21的驅(qū)動(dòng)下隨螺母安裝座25一并沿上滑動(dòng)導(dǎo)軌12運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的機(jī)械腿桿組件1中機(jī)械腿桿11空腔內(nèi)上滑動(dòng)導(dǎo)軌12上方安裝有機(jī)械腿桿加強(qiáng)梁111。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的滑動(dòng)球鉸上部分51頂端中央開(kāi)有中央沉孔511，滑動(dòng)球鉸上部分51的底部設(shè)計(jì)有凸緣。

當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組2中的電機(jī)21通過(guò)聯(lián)軸器22帶動(dòng)絲杠23轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)部安裝有螺母24的螺母安裝座25會(huì)沿所述機(jī)械腿桿組件1中的機(jī)械腿桿11空腔內(nèi)部?jī)杀谏铣蓪?duì)安裝的上滑動(dòng)導(dǎo)軌12做上下滑動(dòng)，從而帶動(dòng)與螺母安裝座25固定連接的所述傳感器組件4一并做上下運(yùn)動(dòng)，使得傳感器下連接件43在所述伸縮滑動(dòng)球鉸組件5中的滑動(dòng)鉸鏈上部分中央沉孔511內(nèi)做上下運(yùn)動(dòng)。

如圖2、圖3所示，當(dāng)電機(jī)21驅(qū)動(dòng)螺母安裝座25沿上滑動(dòng)導(dǎo)軌12向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)一并帶動(dòng)傳感器組件4向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)傳感器上連接件上端面412與傳感器上頂板下端面312接觸（即l3-4為零）時(shí)，會(huì)帶動(dòng)傳感器上頂板31一并向上運(yùn)動(dòng)，從而通過(guò)彈簧32帶動(dòng)滑動(dòng)球鉸上部分51一并向上運(yùn)動(dòng)，直到滑動(dòng)球鉸上部分底部上端面513與機(jī)械腿桿末端下端面112接觸（即l1-5為零），此時(shí)，電機(jī)21繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧32被拉伸，傳感器下連接件下端面431與滑動(dòng)球鉸上部分頂端中央圓柱形沉孔底面514分離（即l4-5大于零），徹底切斷傳感器的力傳遞路徑，此時(shí)，電機(jī)21可以停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明對(duì)傳感器的縮回保護(hù)功能。

如圖2、圖4所示，當(dāng)電機(jī)21驅(qū)動(dòng)螺母安裝座25沿上滑動(dòng)導(dǎo)軌12向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)一并帶動(dòng)傳感器組件4向下運(yùn)動(dòng)，使得處于拉伸狀態(tài)的彈簧32自然回縮，直到傳感器下連接件下端面431與滑動(dòng)球鉸上部分頂端中央圓柱形沉孔底面514接觸（即l4-5為零），此時(shí)，彈簧32處于自然長(zhǎng)度，且使得傳感器上頂板下端面312與傳感器上連接件上端面412處于臨界接觸狀態(tài)（即l3-4約等于且不小于零），電機(jī)21繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)傳感器上頂板組件3、傳感器組件4、伸縮滑動(dòng)球鉸組件5以及足墊6一并繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，使得滑動(dòng)球鉸上部分底部上端面513與機(jī)械腿桿末端下端面112徹底分離（即l1-5大于零），接通傳感器42的力傳遞路徑，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明對(duì)傳感器的伸出檢測(cè)功能。

本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。