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(jì)主要分為兩種，一種采用著陸器—巡視器分離設(shè)計(jì)形式，例如，我國探月工程中嫦娥三號(hào)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(jì)形式，設(shè)計(jì)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(dá)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(hào)火星車。但這種方法在推進(jìn)劑方面技術(shù)復(fù)雜，費(fèi)用高昂，且風(fēng)險(xiǎn)大。

技術(shù)實(shí)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(jì)的繁瑣，簡化了探測系統(tǒng)組成，提高了工程實(shí)施的可靠性。

為實(shí)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(jī)體、著陸行駛機(jī)構(gòu)，所述著陸行駛機(jī)構(gòu)分布在艙體機(jī)體周圍并固定在艙體機(jī)體上；所述著陸行駛機(jī)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(dòng)電機(jī)、主控導(dǎo)軌滑動(dòng)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(dòng)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)主控導(dǎo)軌；行走輪控制支撐柱一端通過主控導(dǎo)軌滑動(dòng)接頭與主控導(dǎo)軌連接，另一端安裝有行走輪。

進(jìn)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(duì)輔緩沖支柱、與輔緩沖支柱數(shù)量對(duì)應(yīng)的輔控導(dǎo)軌以及導(dǎo)軌滑動(dòng)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(dòng)接頭與對(duì)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(dòng)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(jìn)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(dòng)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(dòng)接頭與輔控導(dǎo)軌連接。

進(jìn)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(jìn)一步的，所述足墊與主緩沖支柱之間通過球鉸連接。

進(jìn)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(jī)和行走輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)；所述的主控電機(jī)設(shè)置在基體上部，可驅(qū)動(dòng)主控導(dǎo)軌，實(shí)現(xiàn)著陸腿收放；所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)置在行走輪控制支撐柱上遠(yuǎn)離行走輪的一端，主要實(shí)現(xiàn)行走輪轉(zhuǎn)彎功能；所述行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)為行走輪前進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，設(shè)置在行走輪的旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)。進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)，將所述主控導(dǎo)軌連接頭和輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動(dòng)接頭均滑動(dòng)在導(dǎo)軌上部，使主緩沖支柱和輔緩沖支柱夾角趨于零，進(jìn)而主緩沖支柱沿固定點(diǎn)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(dòng)接頭位于遠(yuǎn)離行走輪的那一端，行走輪控制支撐柱以及對(duì)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(jī)作用下主控導(dǎo)軌發(fā)生正向旋轉(zhuǎn)，主控導(dǎo)軌滑動(dòng)接頭位置向下移動(dòng)，且在主輔導(dǎo)軌協(xié)調(diào)連件帶動(dòng)下使輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動(dòng)接頭向下移動(dòng)。因輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動(dòng)接頭滑動(dòng)，使主緩沖支柱和輔緩沖支柱達(dá)到最佳展開角（具體著陸形式設(shè)定）。此時(shí)，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(jī)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(gè)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(shí)，主緩沖支柱和輔緩沖支柱的夾角為最小，此時(shí)航天著陸器達(dá)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(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)航天著陸器行走。轉(zhuǎn)彎時(shí)，行走輪旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走輪支撐柱旋轉(zhuǎn)，使旋轉(zhuǎn)支柱行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)航天著陸器旋轉(zhuǎn)功能。

進(jìn)一步的，所述主導(dǎo)軌在主控導(dǎo)軌電機(jī)作用下逆向旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)上述過程逆運(yùn)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(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了著陸緩沖、巡視以及探測為一體化的設(shè)計(jì)，簡化了航天著陸器的系統(tǒng)，提供高了整個(gè)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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)可行走階段示意圖。

1：著陸行駛機(jī)構(gòu)；2：艙體機(jī)體；3：主控導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)電機(jī)；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(dòng)電機(jī)；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(dòng)接頭；21：行走輪轉(zhuǎn)彎驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)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(jìn)行詳細(xì)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(duì)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(jī)體2、著陸行駛機(jī)構(gòu)1，著陸行駛機(jī)構(gòu)1分布在艙體機(jī)體2周圍并固定在艙體機(jī)體2上，一般情況下，著陸行駛機(jī)構(gòu)1均勻分布，數(shù)量可選4、6、8等等，本實(shí)施例選用4個(gè)著陸行駛機(jī)構(gòu)1，符合實(shí)際要求的數(shù)量均是可以的。如圖2、3所示，著陸行駛機(jī)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(dòng)電機(jī)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(dòng)接頭20、行走輪轉(zhuǎn)彎驅(qū)動(dòng)電機(jī)21。

在本實(shí)施例中，一個(gè)著陸行駛機(jī)構(gòu)各主要零部件數(shù)量如下：1個(gè)主控導(dǎo)軌以及相應(yīng)滑動(dòng)接頭，2個(gè)輔控導(dǎo)軌以及相應(yīng)滑動(dòng)接頭，1個(gè)協(xié)調(diào)連件，1個(gè)行走輪控制支撐柱以及對(duì)應(yīng)的行走輪，1個(gè)主緩沖支柱，2個(gè)輔緩沖支柱，1個(gè)足墊以及3個(gè)支撐桿（3個(gè)支撐桿組成三桿支撐裝置7）和3個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。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(duì)保護(hù)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(dòng)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(duì)應(yīng)行走輪17連接與飛機(jī)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)電機(jī)21設(shè)置在行走輪控制支撐柱14上遠(yuǎn)離行走輪11的一端；行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(shí)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(shí)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(shí)，將主控導(dǎo)軌連接頭和輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動(dòng)接頭均布置在導(dǎo)軌上遠(yuǎn)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(jìn)而主緩沖支柱沿固定點(diǎn)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(dòng)接頭位于遠(yuǎn)離行走輪的那一端，行走輪控制支撐柱以及對(duì)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(jī)作用下主控導(dǎo)軌發(fā)生正向旋轉(zhuǎn)，主控導(dǎo)軌滑動(dòng)接頭位置向下移動(dòng)，且在主輔導(dǎo)軌協(xié)調(diào)連件帶動(dòng)下使輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動(dòng)接頭向下移動(dòng)。因輔緩沖支柱導(dǎo)軌滑動(dòng)接頭滑動(dòng)，使主緩沖支柱和輔緩沖支柱達(dá)到最佳展開角（具體著陸形式設(shè)定）。此時(shí)，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(jī)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(gè)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(shí)，主緩沖支柱和輔緩沖支柱的夾角為最小，此時(shí)航天著陸器達(dá)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(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)航天著陸器行走。轉(zhuǎn)彎時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走輪支撐柱旋轉(zhuǎn)，使旋轉(zhuǎn)支柱行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)航天著陸器旋轉(zhuǎn)功能。

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

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

基于對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)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(xì)節(jié)，未脫離本發(fā)明宗旨或范圍的對(duì)本發(fā)明的許多顯而易見的改變同樣可能達(dá)到本發(fā)明的目的。