一种小行星着陆附着机构的制作方法

1.本发明涉及航天器着陆领域，尤其涉及一种小行星着陆附着机构。


背景技术：

2.当前，对于探索小行星探索来说，要求完成的任务有限，所携带的科学仪器等各种有效载荷很多，但是小行星的表面引力极其弱小，飞行器与小行星着陆时，相互碰撞的量级相对较弱，飞行器相对缓冲能量会非常小，且着陆后需要锚定以便飞行器固定着陆。
3.深空探测领域内小行星弱引力、自转、表面凹凸不平的附着环境着陆要求，具有弱碰撞、防反弹、防倾覆、附着可靠、适应性强等复杂问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明目的通过以下技术方案予以实现：
5.一种小行星着陆附着机构，其特征在于，包括：安装在飞行器18的底部的附着系统控制箱19、和安装在附着系统控制箱19侧面的多套着陆腿组件，
6.每套所述着陆腿组件包括依次连接的着陆腿9、着陆腿支撑座15、着陆腿连杆16、着陆腿固定座17，所述着陆腿固定座17固定于所述附着系统控制箱19，所述着陆腿支撑座15和着陆腿连杆16构成移动副，可以相对滑动，
7.所述着陆腿9最下端安装有缓冲脚垫1，在下侧还安装有仿生鸟爪2，所述仿生鸟爪2包括多根鸟趾，可切换展开或抓取两种状态，
8.两套由着陆腿连杆a10和着陆腿连杆b11组成的连杆件安装在所述着陆腿支撑座15和着陆腿连杆16的两侧，组成第一连杆机构，控制着陆腿支撑座15和着陆腿连杆16滑动，实现着陆腿9的收拢与展开，
9.两套由展开连杆a13和展开连杆b14组成连杆件安装在着陆腿连杆16和着陆腿固定座17的两侧，组成的第二连杆机构实现着陆腿连杆16的转位。
10.进一步的是，所述着陆腿9的上端带有铝蜂窝缓冲块12，所述着陆腿9和所述铝蜂窝缓冲块12一并安装在着陆腿支撑座15的一端并固定。
11.进一步的是，在着陆腿9内部安装有鸟爪驱动丝杠7，鸟爪驱动座6安装在鸟爪驱动丝杠7上构成丝杠螺母副，鸟爪驱动电机8安装在鸟爪驱动丝杠7上端，用于驱动鸟爪驱动丝杠7，实现仿生鸟爪2的展开与抓取。
12.进一步的是，其进一步包括弹簧3，所述弹簧3一端与着陆腿9连接，另一端连接安装在鸟爪驱动座6上。
13.进一步的是，在所述着陆腿9的侧面一并安装有岩石钻4、岩石钻驱动电机5，且岩石钻驱动电机5安装在岩石钻4末端，岩石钻4用于着陆后，岩石钻驱动电机5驱动钻头钻入地表加固着陆腿的稳定性。
14.进一步的是，附着系统控制箱19的侧面安装有锚定座20，铆钉枪21安装在锚定座20上，铆钉枪21有足够长的绳索与锚定座20连接，铆钉枪21高速射出后多余的绳索由锚定
座20收回并施加张紧力，加固飞行器18与着陆面固定。
15.进一步的是，所述着陆腿支撑座15固定安装在着陆腿连杆16上，着陆腿连杆16可转动地安装在着陆腿固定座17上。
16.进一步的是，所述着陆腿连杆a10、着陆腿连杆b11、展开连杆a13和展开连杆b14组成的连杆机构实现着陆腿9的收拢与展开。
17.进一步的是，所述多套着陆腿组件为均布在飞行器18的周围的三套着陆腿组件。
18.进一步的是，其用于深空探测的小行星表面着陆附着任务。
19.本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
20.1本发明提供的一种小行星着陆附着机构，为一种采用了连杆机构实现着陆腿的收拢和展开，采用缓冲脚垫、仿生鸟爪、岩石钻和铆钉枪相结合的多种着陆方式相结合的陆着陆附着方案，能适应多种复杂小行星未知表面。
21.2本小行星着陆附着机构的连杆机构展开采用储力弹簧实现无源展开，展开后连杆能够自动锁定；
22.3本发明飞行器和附着系统控制箱链接采用可分离式链接，即飞行器可以二次起飞；
23.4本发明具有着陆附着可靠、操作简单、安装便捷、加工工艺及经济性好等优点。
附图说明
24.图1为本发明提供的小行星着陆附着机构的拆分示意图；
25.图2为本发明提供的小行星着陆附着机构展开状态图；
26.图3为本发明提供的小行星着陆附着机构收拢状态图。
27.附图标记：
28.1.缓冲脚垫
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2.仿生鸟爪
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3.弹簧
29.4.岩石钻
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5.岩石钻驱动电机
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6.鸟爪驱动座
30.7.鸟爪驱动丝杠
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8.鸟爪驱动电机
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9.着陆腿
31.10.着陆腿连杆a
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11.着陆腿连杆b
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12.铝蜂窝缓冲块
32.13.展开连杆a
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14.展开连杆b
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15.着陆腿支撑座
33.16.着陆腿连杆
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17.着陆腿固定座
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18.飞行器
34.19.附着系统控制箱20.锚定座
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21.铆钉枪
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
36.本发明的小行星着陆附着机构为深空探测域内飞行器着陆未知表面状况的小行星表面的着陆附着机构。本发明基于着陆小行星的功能要求，提出一种小行星着陆附着机构，主要包括展开锁定机构、缓冲机构和锚定机构。本发明主要采用“三足缓冲”的方式进行附着缓冲着陆；该机构着陆前其展开机构处于展开状态，着陆瞬间有缓冲机构降低冲击，着陆后由锚定机构固定。飞行器可以依靠自主导航精确测定与小行星的相对距离和相对姿态，逐渐靠近小行星，待缓冲着陆后固定方案拟采用铆钉锚定机构结合仿生鸟爪机构实现
着陆锚定固定。
37.图1为本发明提供的小行星着陆附着机构的拆分示意图。如图1所示，本发明的小行星着陆附着机构包括下述组件：缓冲脚垫1、仿生鸟爪2、弹簧3、岩石钻4、岩石钻驱动电机5、鸟爪驱动座6、鸟爪驱动丝杠7、鸟爪驱动电机8、着陆腿9、着陆腿连杆a10、着陆腿连杆b11、铝蜂窝缓冲块12、展开连杆a13、展开连杆b14、着陆腿支撑座15、着陆腿连杆16、着陆腿固定座17、飞行器18、附着系统控制箱19、锚定座20、铆钉枪21。
38.从结构上来看，本发明的小行星着陆附着机构主要包括安装在飞行器18的底部的附着系统控制箱19、和安装在附着系统控制箱19侧面的多套着陆腿组件。优选的是，所述多套着陆腿组件为均布在飞行器18的周围的三套着陆腿组件。
39.每套所述着陆腿组件包括依次连接的着陆腿9、着陆腿支撑座15、着陆腿连杆16、着陆腿固定座17。着陆腿9的最上端安装于着陆腿支撑座15的一端并固定。所述着陆腿支撑座15安装在着陆腿连杆16上，着陆腿连杆16安装在着陆腿固定座17上，所述着陆腿固定座17固定于所述附着系统控制箱19。着陆腿支撑座15一端安装在着陆腿连杆16的一端构成移动副，在二者之间安装有压缩弹簧，通过压缩弹簧的压紧和释放，二者可以相对滑动。优选在着陆腿9的上端带有铝蜂窝缓冲块12，所述着陆腿9和所述铝蜂窝缓冲块12一并安装在着陆腿支撑座15的一端并固定。
40.所述着陆腿支撑座15为弯管形状以保证着陆腿9与着陆面垂直，弯管的一端与着陆腿9连接，另一端可滑动地安装于直的着陆腿连杆16，着陆腿连杆16的另一端可转动地安装于着陆腿固定座17。所述着陆腿固定座17安装于附着系统控制箱19的侧面，包括直杆部分和三角支架部分，通过三角支架部分将所述直杆部分牢固地垂直安装于附着系统控制箱19。
41.两套由着陆腿连杆a10和着陆腿连杆b11组成的连杆件安装在所述着陆腿支撑座15和着陆腿连杆16的两侧，组成第一连杆机构，实现着陆腿9的收拢与展开。两套由展开连杆a13和展开连杆b14组成连杆件安装在着陆腿连杆16和着陆腿固定座17的两侧，组成的第二连杆机构实现着陆腿连杆16的转位。
42.所述着陆腿9最下端安装有缓冲脚垫1，在下侧还安装有多个仿生鸟爪2。所述缓冲脚垫1和仿生鸟爪2适用于着陆表面较坚硬、凸凹不平或相对较蓬松的表面以降低着陆瞬间的冲击以及着陆后的钩抓固定。所述缓冲脚垫1可以为圆盘形。所述仿生鸟爪2包括多根鸟趾。优选仿生鸟爪2包括六根均匀分布在着陆腿9下侧四周的鸟趾，这些鸟趾一端安装在着陆腿9下端的侧面，另一端为尖爪。
43.仿生鸟爪2的多根鸟趾可以切换展开或抓取两种状态。在着陆腿9内部安装有鸟爪驱动丝杠7，鸟爪驱动座6安装在鸟爪驱动丝杠7上构成丝杠螺母副，鸟爪驱动电机8安装在鸟爪驱动丝杠7上端，用于驱动鸟爪驱动丝杠7，实现仿生鸟爪2的展开与抓取。弹簧3一端与着陆腿9连接，另一端连接安装在鸟爪驱动座6上。弹簧3的作用主要是保证仿生鸟爪2能够自适应抓取，即当6个仿生鸟爪2抓取不规则物体时可以实现尽量多的仿生鸟爪2与物体接触，此时每个仿生鸟爪2抓取力的大小由对应的弹簧3的拉伸量决定。本发明的连杆机构展开动力主要安装在着陆腿支撑座15和着陆腿连杆16之间的压缩弹簧(或者安装驱动电机，若安装电机为有源展开)提供，实现无源展开。
44.在机构收拢状态下，鸟爪驱动座6和鸟爪驱动丝杠7构成的丝杠螺母副，控制仿生
鸟爪2处于展开状态。
45.本发明的小行星着陆附着机构还可以包括铆钉枪21和岩石钻4，铆钉枪21与着陆系统有绳索连接，用于着陆前高速射入地表辅助着陆，岩石钻4用于着陆后钻入地表用于固定。
46.所述附着系统控制箱19安装在飞行器18的底部。在附着系统控制箱19的侧面安装有锚定座20。铆钉枪21安装在锚定座20上，铆钉枪21有足够长的绳索与锚定座20连接，铆钉枪21高速射出后多余的绳索由锚定座20收回并施加张紧力，加固飞行器18与着陆面固定。
47.岩石钻4和岩石钻驱动电机5一并安装在着陆腿9的侧面，且岩石钻驱动电机5安装在岩石钻4末端。岩石钻4主要用于着陆后，岩石钻驱动电机5驱动钻头钻入地表加固着陆腿的稳定性。
48.本发明提供的上述小行星着陆附着机构具有着陆可靠、操作简单、安装便捷、加工工艺及经济性好等优点，为通过多种附着方案来实现的小行星着陆附着机构。
49.本发明提供的小行星着陆附着机构的工作原理如下：
50.图2为本发明提供的小行星着陆附着机构展开状态图。如图2中所示，在机构展开状态下由展开连杆a13、展开连杆b14、着陆腿连杆16和着陆腿固定座17构成的第二连杆机构为展开态，着陆腿连杆16和着陆腿固定座17展开为一条直线上并锁死。
51.在机构展开状态下由着陆腿连杆a10、着陆腿连杆b11、着陆腿支撑座15和着陆腿连杆16构成的第一连杆机构为展开状态，着陆腿支撑座15滑动出着陆腿连杆16，着陆腿9随之展开。
52.在机构展开状态下鸟爪驱动座6和鸟爪驱动丝杠7构成的丝杠螺母副控制仿生鸟爪处于抓取状态。
53.图3为本发明提供的小行星着陆附着机构收拢状态图。如图3中所示，在机构收拢状态下由展开连杆a13、展开连杆b14、着陆腿连杆16和着陆腿固定座17构成的第二连杆机构为收拢状态，着陆腿连杆16转动至与着陆腿固定座17相对垂直的位置。
54.在机构收拢状态下由着陆腿连杆a10、着陆腿连杆b11、着陆腿支撑座15和着陆腿连杆16构成的第二连杆机构也为收拢状态，由于着陆腿支撑座15与着陆腿连杆16构成移动副，则着陆腿支撑座15收纳于着陆腿连杆16内，着陆腿9随之收拢。
55.在机构收拢状态下鸟爪驱动座6和鸟爪驱动丝杠7构成的丝杠螺母副控制仿生鸟爪处于展开状态。
56.综上所述，本发明提供的小行星着陆附着机构为一种包括展开锁定机构、缓冲机构和锚定机构的三腿着陆附着机构，该机构着陆前机构处于展开状态，着陆瞬间有缓冲机构降低冲击，着陆后可以进一步由锚定机构固定。本发明具有张拉张紧可靠、操作简单、安装便捷、加工工艺及经济性好等优点。
57.本发明的小行星着陆附着机构，采用了连杆机构实现着陆腿9的收拢和展开，并采用了缓冲脚垫1、仿生鸟爪2、岩石钻4和铆钉枪21相结合的多种着陆方式相结合的陆着陆附着方案，能适应多种复杂小行星未知表面。本发明提供的小行星着陆附着机构可以用于深空探测的航天产品，用于深空探测中弱引力的小行星表面着陆附着。本发明飞行器和附着系统控制箱链接采用可分离式链接，即飞行器可以二次起飞。
58.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
59.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种小行星着陆附着机构，其特征在于，包括：安装在飞行器(18)的底部的附着系统控制箱(19)、和安装在附着系统控制箱(19)侧面的多套着陆腿组件，每套所述着陆腿组件包括依次连接的着陆腿(9)、着陆腿支撑座(15)、着陆腿连杆(16)、着陆腿固定座(17)，所述着陆腿固定座(17)固定于所述附着系统控制箱(19)，所述着陆腿支撑座(15)和着陆腿连杆(16)构成移动副，可以相对滑动，所述着陆腿(9)最下端安装有缓冲脚垫(1)，在下侧还安装有仿生鸟爪(2)，所述仿生鸟爪(2)包括多根鸟趾，可切换展开或抓取两种状态，两套由着陆腿连杆a(10)和着陆腿连杆b(11)组成的连杆件安装在所述着陆腿支撑座(15)和着陆腿连杆(16)的两侧，组成第一连杆机构，控制着陆腿支撑座(15)和着陆腿连杆(16)滑动，实现着陆腿(9)的收拢与展开，两套由展开连杆a(13)和展开连杆b(14)组成连杆件安装在着陆腿连杆(16)和着陆腿固定座(17)的两侧，组成的第二连杆机构实现着陆腿连杆(16)的转位。2.根据权利要求1所述的小行星着陆附着机构，其特征在于，所述着陆腿(9)的上端带有铝蜂窝缓冲块(12)，所述着陆腿(9)和所述铝蜂窝缓冲块(12)一并安装在着陆腿支撑座(15)的一端并固定。3.根据权利要求1所述的小行星着陆附着机构，其特征在于，在着陆腿(9)内部安装有鸟爪驱动丝杠(7)，鸟爪驱动座(6)安装在鸟爪驱动丝杠(7)上构成丝杠螺母副，鸟爪驱动电机(8)安装在鸟爪驱动丝杠(7)上端，用于驱动鸟爪驱动丝杠(7)，实现仿生鸟爪(2)的展开与抓取。4.根据权利要求3所述的小行星着陆附着机构，其特征在于，其进一步包括弹簧(3)，所述弹簧(3)一端与着陆腿(9)连接，另一端连接安装在鸟爪驱动座(6)上。5.根据权利要求1所述的小行星着陆附着机构，其特征在于，在所述着陆腿(9)的侧面一并安装有岩石钻(4)、岩石钻驱动电机(5)，且岩石钻驱动电机(5)安装在岩石钻(4)末端，岩石钻(4)用于着陆后，岩石钻驱动电机(5)驱动钻头钻入地表加固着陆腿的稳定性。6.根据权利要求1所述的小行星着陆附着机构，其特征在于，附着系统控制箱(19)的侧面安装有锚定座(20)，铆钉枪(21)安装在锚定座(20)上，铆钉枪(21)有足够长的绳索与锚定座(20)连接，铆钉枪(21)高速射出后多余的绳索由锚定座(20)收回并施加张紧力，加固飞行器(18)与着陆面固定。7.根据权利要求1所述的小行星着陆附着机构，其特征在于，所述着陆腿支撑座(15)固定安装在着陆腿连杆(16)上，着陆腿连杆(16)可转动地安装在着陆腿固定座(17)上。8.根据权利要求1所述的小行星着陆附着机构，其特征在于，所述着陆腿连杆a(10)、着陆腿连杆b(11)、展开连杆a(13)和展开连杆b(14)组成的连杆机构实现着陆腿(9)的收拢与展开。9.根据权利要求1所述的小行星着陆附着机构，其特征在于，所述多套着陆腿组件为均布在飞行器(18)的周围的三套着陆腿组件。10.根据权利要求1所述的小行星着陆附着机构，其特征在于，其用于深空探测的小行星表面着陆附着任务。

技术总结
本发明提供了一种小行星着陆附着机构，其特征在于，包括：安装在飞行器(18)的底部的附着系统控制箱(19)、和安装在附着系统控制箱(19)侧面的多套着陆腿组件，每套所述着陆腿组件包括依次连接的着陆腿(9)、着陆腿支撑座(15)、着陆腿连杆(16)、着陆腿固定座(17)，所述着陆腿固定座(17)固定于所述附着系统控制箱(19)，所述着陆腿支撑座(15)和着陆腿连杆(16)构成移动副，可以相对滑动，所述着陆腿(9)最下端安装有缓冲脚垫(1)，在下侧还安装有仿生鸟爪(2)，所述仿生鸟爪(2)包括多根鸟趾，可切换展开或抓取两种状态。本发明能适应多种复杂小行星未知表面，着陆可靠、操作简单、安装便捷、加工工艺及经济性好。加工工艺及经济性好。加工工艺及经济性好。


技术研发人员：房光强 刘钰 刘大利 王治易 谢超 高洋
受保护的技术使用者：上海宇航系统工程研究所
技术研发日：2022.11.28
技术公布日：2023/4/17