本發(fā)明涉及航天探測器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種集成著陸緩沖和行走功能的航天著陸器及其工作方法。

背景技術(shù)：

地外星探測從上世紀(jì)50年代到目前已有六十余年了，從早期的單一月球探測到現(xiàn)在深空地表探測?？傮w來說，星表探測器設(shè)計主要分為兩種，一種采用著陸器—巡視器分離設(shè)計形式，例如，我國探月工程中嫦娥三號探測器由月球軟著陸探測器（簡稱著陸器）和月面巡視探測器組成。著陸器與巡視器采用分離式設(shè)計形式，設(shè)計組裝繁瑣，且整體可靠性低。另外一種類型為“空中吊車”的形式，即當(dāng)著探測器的“空中吊車”在火星表面達到準(zhǔn)靜態(tài)飛行后，通過吊車和繩索使巡視器帶到預(yù)定的著陸位置，如美國“好奇”號火星車。但這種方法在推進劑方面技術(shù)復(fù)雜，費用高昂，且風(fēng)險大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種集成著陸緩沖和行走功能的航天著陸器及其工作方法，該航天著陸器及其工作方法避免了巡視器和著陸器分離設(shè)計的繁瑣，簡化了探測系統(tǒng)組成，提高了工程實施的可靠性。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的集成著陸緩沖和行走功能的航天著陸器，包括艙體機體、著陸行駛機構(gòu)，所述著陸行駛機構(gòu)分布在艙體機體周圍并固定在艙體機體上；所述著陸行駛機構(gòu)包括主緩沖支柱、輔緩沖支柱以及連接接頭、足墊、三桿支撐裝置、支撐架、主、輔控導(dǎo)軌、驅(qū)動電機、主控導(dǎo)軌滑動接頭、行走輪控制支撐柱、行走輪；所述主緩沖支柱一端通過三桿支撐裝置與支撐架一端連接，另一端安裝有足墊；主控導(dǎo)軌固定在支撐架上，主控驅(qū)動電機用于驅(qū)動主控導(dǎo)軌；行走輪控制支撐柱一端通過主控導(dǎo)軌滑動接頭與主控導(dǎo)軌連接，另一端安裝有行走輪。

進一步的，所述集成著陸緩沖和行走功能的航天著陸器還包括若干對輔緩沖支柱、與輔緩沖支柱數(shù)量對應(yīng)的輔控導(dǎo)軌以及導(dǎo)軌滑動接頭；所述輔控導(dǎo)軌分別位于主控導(dǎo)軌兩側(cè)；所述輔緩沖支柱一端通過輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動接頭與對應(yīng)的輔緩沖支柱導(dǎo)軌連接，輔緩沖支柱一端與輔控導(dǎo)軌滑動接頭之間通過萬向鉸連接，輔緩沖支柱的另一端與主緩沖支柱通過球鉸連接。

更進一步，所述集成著陸緩沖和行走功能的航天著陸器還包括主輔導(dǎo)軌協(xié)調(diào)連件，主輔導(dǎo)軌協(xié)調(diào)連件中部通過主控導(dǎo)軌滑動接頭與主控導(dǎo)軌連接，所述主輔導(dǎo)軌協(xié)調(diào)連件的兩端通過輔控導(dǎo)軌滑動接頭與輔控導(dǎo)軌連接。

進一步的，所述三桿支撐裝置包括三根支撐桿，所述三根支撐桿組成撐四面體形式；三根支撐桿一端均與所述主緩沖支柱一端通過萬向鉸連接；三根支撐桿另一端分別與支撐架固定連接。

進一步的，所述足墊與主緩沖支柱之間通過球鉸連接。

進一步的，所述集成著陸緩沖和行走功能的航天著陸器還包括主控電機和行走輪驅(qū)動電機；所述的主控電機設(shè)置在基體上部，可驅(qū)動主控導(dǎo)軌，實現(xiàn)著陸腿收放；所述旋轉(zhuǎn)電機設(shè)置在行走輪控制支撐柱上遠離行走輪的一端，主要實現(xiàn)行走輪轉(zhuǎn)彎功能；所述行走驅(qū)動電機為行走輪前進驅(qū)動電機，設(shè)置在行走輪的旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)。進一步的，所述主緩沖支柱、輔緩沖支柱內(nèi)設(shè)置緩沖器，所述緩沖器若采用可重復(fù)使用的緩沖元件，例如磁流變緩沖、油液緩沖，顆粒彈簧復(fù)合式等形式，可以實現(xiàn)探測器重復(fù)性使用。若采用一次性緩沖元件，如鋁蜂窩緩沖元件，泡沫鋁形式元件，材料塑性變形元件等，則航天著陸器僅能實現(xiàn)一次著陸緩沖，僅可以當(dāng)做地表巡視器。

上述集成著陸緩沖和行走功能的航天著陸器的工作方法，包括以下步驟：

所述航天著陸器發(fā)射時，將所述主控導(dǎo)軌連接頭和輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動接頭均滑動在導(dǎo)軌上部，使主緩沖支柱和輔緩沖支柱夾角趨于零，進而主緩沖支柱沿固定點向航天著陸器內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)。在此階段中，由于主控導(dǎo)軌連接滑動接頭位于遠離行走輪的那一端，行走輪控制支撐柱以及對應(yīng)的行走輪均收起。

所述航天著陸器在軌后，探測器控制系統(tǒng)給出展開信息后，在主控導(dǎo)軌電機作用下主控導(dǎo)軌發(fā)生正向旋轉(zhuǎn)，主控導(dǎo)軌滑動接頭位置向下移動，且在主輔導(dǎo)軌協(xié)調(diào)連件帶動下使輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動接頭向下移動。因輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動接頭滑動，使主緩沖支柱和輔緩沖支柱達到最佳展開角（具體著陸形式設(shè)定）。此時，行走輪未與地面接觸，且存在安全距離。

所述航天著陸器著陸穩(wěn)定后、開展巡視工作前，主控導(dǎo)軌電機繼續(xù)作用在主控導(dǎo)軌上，使行走輪與地面接觸，且支撐起整個航天著陸器。主緩沖支柱和輔緩沖支柱在此過程中變化趨勢是，從最佳展開角增加到最大展開角，然后逐漸較小。待行走輪全部支撐起航天著陸器時，主緩沖支柱和輔緩沖支柱的夾角為最小，此時航天著陸器達到可以行走狀態(tài)。在此過程中，足墊與行走輪控制支撐柱以及行走輪發(fā)生干涉。支撐穩(wěn)定后，航天著陸器控制系統(tǒng)給出巡視信息后，行走輪驅(qū)動電機驅(qū)動行走輪轉(zhuǎn)動實現(xiàn)航天著陸器行走。轉(zhuǎn)彎時，行走輪旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動行走輪支撐柱旋轉(zhuǎn)，使旋轉(zhuǎn)支柱行走輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)航天著陸器旋轉(zhuǎn)功能。

進一步的，所述主導(dǎo)軌在主控導(dǎo)軌電機作用下逆向旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)上述過程逆運行。

本發(fā)明的一種集成著陸緩沖和行走功能的航天著陸器及其工作方法，通過集成著陸行駛機構(gòu)，實現(xiàn)了著陸緩沖、巡視以及探測為一體化的設(shè)計，簡化了航天著陸器的系統(tǒng)，提供高了整個航天著陸器系統(tǒng)的可靠性。主緩沖支柱、輔緩沖支柱內(nèi)采用可重復(fù)使用的緩沖元件，實現(xiàn)探測器重復(fù)性使用，提高了資源利用率，大大節(jié)約了成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明航天著陸器整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明航天著陸器著陸行駛機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖1；

圖3為本發(fā)明航天著陸器著陸行駛機構(gòu)部分結(jié)構(gòu)示意圖2；

圖4為本發(fā)明航天著陸器著陸行駛機構(gòu)未展開階段示意圖；

圖5為本發(fā)明航天著陸器著陸行駛機構(gòu)著陸前展開階段示意圖；

圖6為本發(fā)明航天著陸器著陸行駛機構(gòu)可行走階段示意圖。

1：著陸行駛機構(gòu)；2：艙體機體；3：主控導(dǎo)軌驅(qū)動電機；4：足墊；5：主緩沖支柱；6：主輔支柱連接件；7：三桿支撐裝置；8：導(dǎo)軌固定架；9：右輔控導(dǎo)軌；10；右輔助緩沖支柱；11：行走輪；12：左輔助緩沖支柱；13：行走輪行走驅(qū)動電機；14：行走輪控制支撐柱；15：左側(cè)輔緩沖支柱連接接頭；16：左側(cè)輔控導(dǎo)軌；17：主控導(dǎo)軌；18：主、輔控導(dǎo)軌連接件；19：右側(cè)輔緩沖支柱連接接頭；20：主控導(dǎo)軌滑動接頭；21：行走輪轉(zhuǎn)彎驅(qū)動電機。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明提出的一種集成著陸緩沖和行走功能的航天著陸器及其工作方法進行詳細說明。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“左側(cè)”、“右側(cè)”、“上部”、“下部”、“底部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

如圖1所示，本發(fā)明的一種集成著陸緩沖和行走功能的航天著陸器，包括艙體機體2、著陸行駛機構(gòu)1，著陸行駛機構(gòu)1分布在艙體機體2周圍并固定在艙體機體2上，一般情況下，著陸行駛機構(gòu)1均勻分布，數(shù)量可選4、6、8等等，本實施例選用4個著陸行駛機構(gòu)1，符合實際要求的數(shù)量均是可以的。如圖2、3所示，著陸行駛機構(gòu)1包括主緩沖支柱5、足墊4、主緩沖支柱5、主輔導(dǎo)軌協(xié)調(diào)連件6、三桿支撐裝置7、導(dǎo)軌固定架8、右輔控導(dǎo)軌9、右輔助緩沖支柱10、行走輪11、左輔助緩沖支柱12、行走輪行走驅(qū)動電機13、行走輪控制支撐柱14、左側(cè)輔緩沖支柱連接接頭15、左側(cè)輔控導(dǎo)軌16、主控導(dǎo)軌17、主、輔控導(dǎo)軌連接件18、右側(cè)輔緩沖支柱連接接頭19、主控導(dǎo)軌滑動接頭20、行走輪轉(zhuǎn)彎驅(qū)動電機21。

在本實施例中，一個著陸行駛機構(gòu)各主要零部件數(shù)量如下：1個主控導(dǎo)軌以及相應(yīng)滑動接頭，2個輔控導(dǎo)軌以及相應(yīng)滑動接頭，1個協(xié)調(diào)連件，1個行走輪控制支撐柱以及對應(yīng)的行走輪，1個主緩沖支柱，2個輔緩沖支柱，1個足墊以及3個支撐桿（3個支撐桿組成三桿支撐裝置7）和3個驅(qū)動電機。應(yīng)當(dāng)說明的是，以上數(shù)量只是為了舉例說明本發(fā)明的航空探測器的結(jié)構(gòu)及組成，并不對保護范圍造成限制。

主緩沖支柱5一端通過三桿支撐裝置7與支撐架8一端連接，另一端安裝有足墊4，足墊4與主緩沖支柱5之間通過球鉸連接。具體來講，三桿支撐裝置7的三根支撐桿組成撐四面體形式；三根支撐桿一端均與主緩沖支柱5一端通過萬向鉸連接；三根支撐桿另一端分別與支撐架連接。主控導(dǎo)軌16固定在支撐架8上，左側(cè)輔控導(dǎo)軌9和右側(cè)輔控導(dǎo)軌16分別位于主控導(dǎo)軌17兩側(cè)。行走輪控制支撐柱14一端通過主控導(dǎo)軌滑動接頭20與主控導(dǎo)軌17連接，另一端安裝有行走輪11。行走輪控制支撐柱14與對應(yīng)行走輪17連接與飛機起落架輪胎約束一樣。

左側(cè)輔緩沖支柱一端通過左側(cè)輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動接頭12與左側(cè)輔控導(dǎo)軌16連接，右側(cè)輔緩沖支柱一端通過右側(cè)輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動接頭19與右側(cè)輔控導(dǎo)軌9連接。左、右側(cè)輔緩沖支柱一端與左、右側(cè)輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動接頭9、15之間均通過萬向鉸連接，左、右側(cè)輔緩沖支柱的另一端與主輔緩沖支柱連接件6均通過球鉸連接。主輔緩沖支柱連接件6固定在主緩沖支柱5上。

主輔控導(dǎo)軌協(xié)調(diào)連件18中部通過主控導(dǎo)軌滑動接頭20與主控導(dǎo)軌17連接，主輔導(dǎo)軌協(xié)調(diào)連件18的兩端通過左、右側(cè)輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動接頭9、19與左、右側(cè)輔控軌16、9連接。

行走輪轉(zhuǎn)彎驅(qū)動電機21設(shè)置在行走輪控制支撐柱14上遠離行走輪11的一端；行走驅(qū)動電機13設(shè)置在行走輪11的旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)。

主緩沖支柱5、輔緩沖支柱10、12內(nèi)均設(shè)置緩沖器，緩沖器若采用可重復(fù)使用的緩沖元件，例如磁流變緩沖、油液緩沖，顆粒彈簧復(fù)合式等形式，可以實現(xiàn)探測器重復(fù)性使用。若采用一次性緩沖元件，如鋁蜂窩緩沖元件，泡沫鋁形式元件，材料塑性變形元件等，則航天著陸器僅能實現(xiàn)一次著陸緩沖，僅可以當(dāng)做地表巡視器。

上述集成著陸緩沖和行走功能的航天著陸器的工作方法，包括以下步驟：

如圖4所示，航天著陸器發(fā)射時，將主控導(dǎo)軌連接頭和輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動接頭均布置在導(dǎo)軌上遠離行走輪的那一端，使主緩沖支柱和輔緩沖支柱夾角趨于零，進而主緩沖支柱沿固定點向航天著陸器內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)。在此階段中，由于主控導(dǎo)軌連接滑動接頭位于遠離行走輪的那一端，行走輪控制支撐柱以及對應(yīng)的行走輪均收起。

如圖5所示，航天著陸器在軌后，探測器控制系統(tǒng)給出展開信息后，在主控導(dǎo)軌電機作用下主控導(dǎo)軌發(fā)生正向旋轉(zhuǎn)，主控導(dǎo)軌滑動接頭位置向下移動，且在主輔導(dǎo)軌協(xié)調(diào)連件帶動下使輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動接頭向下移動。因輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動接頭滑動，使主緩沖支柱和輔緩沖支柱達到最佳展開角（具體著陸形式設(shè)定）。此時，行走輪未與地面接觸，且存在安全距離。

如圖6所示，航天著陸器著陸穩(wěn)定后、開展巡視工作前，主控導(dǎo)軌電機繼續(xù)作用在主控導(dǎo)軌上，使行走輪與地面接觸，且支撐起整個航天著陸器。主緩沖支柱和輔緩沖支柱在此過程中變化趨勢是，從最佳展開角增加到最大展開角，然后逐漸較小。待行走輪全部支撐起航天著陸器時，主緩沖支柱和輔緩沖支柱的夾角為最小，此時航天著陸器達到可以行走狀態(tài)。在此過程中，足墊與行走輪控制支撐柱以及行走輪發(fā)生干涉。支撐穩(wěn)定后，航天著陸器控制系統(tǒng)給出巡視信息后，行走驅(qū)動電機驅(qū)動行走輪轉(zhuǎn)動實現(xiàn)航天著陸器行走。轉(zhuǎn)彎時，旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動行走輪支撐柱旋轉(zhuǎn)，使旋轉(zhuǎn)支柱行走輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)航天著陸器旋轉(zhuǎn)功能。

主導(dǎo)軌在主控導(dǎo)軌電機作用下逆向旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)上述過程逆運行。

上述的航天著陸器的傳載過程如下：

當(dāng)航天著陸器著陸時，載荷是通過足墊傳遞到主輔支柱上，分別在并通過三支持連桿以及輔助控制導(dǎo)軌傳遞到探測器機體上。

當(dāng)著陸器支撐行走時，載荷是通過行走輪傳遞到探測器機體上。傳遞路徑為：地面-行走輪-行走輪支撐柱-主導(dǎo)軌滑動連接接頭以及主導(dǎo)軌-探測器機體。

基于對本發(fā)明優(yōu)選實施方式的描述，應(yīng)該清楚，由所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明并不僅僅局限于上面說明書中所闡述的特定細節(jié)，未脫離本發(fā)明宗旨或范圍的對本發(fā)明的許多顯而易見的改變同樣可能達到本發(fā)明的目的。