一种横向伸缩杆侧摆续送转移装置及其转移方法

1.本发明属于星球巡视器转移机构技术领域，特别是涉及一种横向伸缩杆侧摆续送转移装置及其转移方法。


背景技术：

2.深空探测指人类对月球及更远的天体或空间环境开展的探测活动，作为人类航天活动的重要方向和空间科学与技术创新的重要途径，是当前和未来航天领域的发展重点之一。深空探测不仅是一个国家科技水平的体现，同时也是综合国力的体现。
3.目前，我国已经实现了星球巡视器登陆、火星车登陆，然而外星球地表情况复杂难以预估导致星球巡视器等任务探测车着陆困难，为了更好的应对着陆地点复杂的地表情况，有必要对现有的探测车着陆机构进行改进，让探测车能够安全平稳着陆。
4.转移机构是将着陆器搭载的巡视器转移释放到星球表面的组件，它在地外天体探测领域有着重要应用。转移机构所代表的转移释放技术是整个地外天体探测任务所需的技术体系中的关键技术之一，是决定探测任务成败的关键一环。
5.根据着陆方式及巡视器质量不同，转移机构的形式多样。以星球巡视器的转移工作为例，其要求在地月转移段、环月段和动力下降段等飞行过程，星球巡视器及转移机构应可靠压紧在着陆器的侧壁上，并能承受横向和纵向加速度载荷；在着陆器安全着陆月面后，星球巡视器在转移机构的作用下可靠转移至月面并可靠脱离。这也就对转移机构提出了更高的要求，需要落月转移机构在飞行阶段及落月转移前，星球巡视器及转移机构安全可靠压紧安装在着陆器上；着陆器在落月后，转移机构及星球巡视器实现与着陆器的分离解锁，转移机构将星球巡视器可靠转移至月面，同时，着陆器存在侧倾俯仰等各种工况，为此，转移机构应能在各种着陆工况下，均可实现将星球巡视器可靠转移至月面，星球巡视器落月地点应具有一定可选范围，以避开月面凹坑和凸起；星球巡视器平稳落月后，星球巡视器与转移机构脱离，实现星球巡视器月面自由行走。
6.其他巡视器的要求与星球巡视器基本相同，因此需要提供一种能够满足现阶段星球巡视器转移的方案。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明旨在提出一种横向伸缩杆侧摆续送转移装置及其转移方法，以解决转移机构及星球巡视器实现与着陆器的分离解锁，如何使转移机构将星球巡视器可靠转移至月面，且能在各种着陆工况下，均可实现将星球巡视器可靠转移至月面，以及星球巡视器落月地点应具有一定可选范围，以避开月面凹坑和凸起的多个技术问题。
8.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种横向伸缩杆侧摆续送转移装置，包括脱离机构、伸缩绳、伸缩摆杆、铰链支座和动力总成，所述伸缩摆杆的一端通过铰链支座固定于着陆器的顶端，另一端连接有伸缩绳，所述伸缩绳的下方连接脱离机构，所述脱离机构与星球巡视器连接；
9.所述动力总成一方面驱动伸缩摆杆的摇摆和伸缩，另一方面驱动伸缩绳的伸缩。
10.更进一步的，所述动力总成包括摆杆电机和续送电机，所述摆杆电机驱动伸缩摆杆的摇摆和伸缩，所述续送电机驱动伸缩绳的伸缩。
11.更进一步的，所述摆杆电机正转可实现伸缩摆杆在180
°
范围内的摆动，其反转可实现伸缩摆杆的径向伸长。
12.更进一步的，所述续送电机正转可放绳，反转可收绳。
13.更进一步的，所述伸缩摆杆包括多级杆，多级杆呈套管结构。
14.更进一步的，多级杆包括一级杆、二级杆和三级杆，其中一级杆与铰链支座通过回转副连接，一级杆与二级杆、二级杆与三级杆通过滑动副连接。
15.更进一步的，所述伸缩摆杆完全展开的长度为3020mm，不展开的长度为1100mm，可摆动的角度范围为0～180
°
，落月可选择的范围为半径1100～3020mm的半圆环区域。
16.更进一步的，所述脱离机构包括翻转锁定块和回转脱销，所述回转脱销安装在星球巡视器上，所述翻转锁定块与伸缩绳连接，所述回转脱销与翻转锁定块配合，完成伸缩绳与星球巡视器的固定与脱离。
17.一种横向伸缩杆侧摆续送转移装置的转移方法，具体包括以下步骤：
18.(1)摆转：压紧机构解锁后，摆杆电机启动，将伸缩摆杆绕铰链支座的o点摆动到所需的角度；
19.(2)伸展：摆杆电机反转，将伸缩摆杆伸长，翻转锁定块与脱离机构的回转脱销分离，此时依靠星球巡视器自身重力，带动脱离机构的回转脱销转动至与月面垂直方向；
20.(3)继续伸展：伸缩摆杆继续伸长至适合落月的位置，续送电机正转，同步配合放绳；
21.(4)落月：续送电机正转，继续放绳，使星球巡视器落地；
22.(5)解锁：星球巡视器落地后，火工品分离解锁。
23.与现有技术相比，本发明所述的一种横向伸缩杆侧摆续送转移装置及其转移方法的有益效果是：
24.(1)本发明所述的一种横向伸缩杆侧摆续送转移装置，仅用两个电机完成所有动作，能够有效减少驱动部件的数量。
25.(2)本发明所述的一种横向伸缩杆侧摆续送转移装置，能够在扇形面范围内任意选择适合星球巡视器着陆的释放位置，着陆灵活。
26.(3)本发明所述的一种横向伸缩杆侧摆续送转移装置的伸缩摆杆的摆转和伸展均由电机驱动，因此不会受着陆器的落月姿态影响。
27.(4)本发明所述的一种横向伸缩杆侧摆续送转移装置，结构简单，可靠性高，质量小，加工成本低。
附图说明
28.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
29.图1为本发明所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置的立体结构示意图；
30.图2为本发明所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置的结构示意图；
31.图3为本发明所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置摆转过程示意图；
32.图4为本发明所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置摆转θ角的示意图；
33.图5为本发明所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置伸缩摆杆的伸展过程示意图；
34.图6为本发明所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置，其中
①
表示翻转限位块尚未与回转脱销分离的状态；
②
表示随着伸缩摆杆向前伸长，翻转限位块与回转脱销分离的状态，
③
表示在重力作用下，星球巡视器绕翻转锁定块向下旋转，
④
表示直到旋转90度使星球巡视器与地面垂直；
35.图7为本发明所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置的伸缩摆杆继续伸展的示意图；
36.图8为本发明所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置落月过程示意图；
37.图9为本发明所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置解锁过程示意图；
38.图10为本发明所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置回转脱销摆转脱离示意图；
39.图11为本发明所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置的落月范围示意图；
40.图中：1-翻转限位块，2-脱离机构，3-星球巡视器，4-伸缩摆杆，5-铰链支座，6-翻转锁定块，7-回转脱销，8-动力总成，9-着陆器，10-一级杆，11-二级杆，12-三级杆。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
42.一、具体实施方式一，参见图1-11说明本实施方式，一种横向伸缩杆侧摆续送转移装置，包括翻转限位块1、脱离机构2、伸缩摆杆4、铰链支座5和动力总成8，所述伸缩摆杆4的一端通过铰链支座5固定于着陆器9的顶端，另一端连接有伸缩绳，所述伸缩绳的下方连接脱离机构2，所述脱离机构与星球巡视器3连接；
43.所述动力总成8一方面驱动伸缩摆杆4的摇摆和伸缩，另一方面驱动伸缩绳的伸缩。
44.所述动力总成8包括摆杆电机和续送电机，所述摆杆电机驱动伸缩摆杆4的摇摆和伸缩，所述续送电机驱动伸缩绳的伸缩。所述摆杆电机正转可实现伸缩摆杆4在180
°
范围内的摆动，其反转可实现伸缩摆杆4的径向伸长。所述续送电机正转可放绳，反转可收绳。
45.所述伸缩摆杆4包括多级杆，多级杆呈套管结构。多级杆包括一级杆10、二级杆11和三级杆12，其中一级杆10与铰链支座5通过回转副连接，一级杆10与二级杆11、二级杆11与三级杆12通过滑动副连接。
46.所述伸缩摆杆4完全展开的长度为3020mm，不展开的长度为1100mm，可摆动的角度范围为0～180
°
，落月可选择的范围为半径1100～3020mm的半圆环区域。
47.所述脱离机构2包括翻转锁定块6和回转脱销7，所述回转脱销7安装在星球巡视器3上，所述翻转锁定块6与伸缩绳连接，所述回转脱销7与翻转锁定块6配合，完成伸缩绳与星球巡视器3的固定与脱离。
48.本实施例以落月转移过程为例，所述星球巡视器3为月球车。
49.拉希德号月球车安装在着陆器9的z侧，为满足运载包络空间要求，月球车与着陆
器9的连接形式采用侧挂连接形式。该转移机构方案的任务是：月球车与着陆器9解锁后，转移机构在扇面区域内选择合适月球车着陆的位置，并通过续送方式将月球车转移至月面上，系统组成如图1-2所示。
50.横向伸缩杆侧摆续送转移装置由以下几部分组成：
51.(1)动力总成8：包含摆杆电机和续送电机，其中摆杆电机正转可实现伸缩摆杆4在180
°
范围内的摆动，其反转可实现伸缩摆杆4的径向伸长；续送电机正转可放绳，反转可收绳。
52.(2)伸缩摆杆4：由三段构成，分别为一级杆10、二级杆11和三级杆12，呈套管结构，其中一级杆10与铰链支座5通过回转副连接，一级杆10与二级杆11、二级杆11与三级杆12通过滑动副连接。
53.(3)铰链支座5：固定于着陆器9顶端，为伸缩摆杆4旋转轴提供支撑。
54.(4)翻转限位块1：限制脱离机构2的转动自由度，翻转限位块1与伸缩摆杆4(确切说是一级杆10)固连。当伸缩摆杆4向前伸出时，翻转限位块1下端与回转脱销7分离，即可解开回转脱销7的转动自由度，之后星球巡视器即可依靠重力实现向下旋转，如图6
‑②
所示。
55.(5)脱离机构2：连接伸缩绳和月球车，在月球车平稳落地后释放月球车。
56.所述横向伸缩杆侧摆续送转移装置的转移过程为：
57.(1)摆转：压紧机构解锁后，摆杆电机启动，将伸缩摆杆4绕o点摆动到所需的角度(如图3和图4所示)。
58.(2)伸展：摆杆电机反转，将伸缩摆杆4伸长，翻转锁定块6与脱离机构2的回转脱销7分离，此时依靠月球车自身重力，带动脱离机构2的回转脱销7转动至与月面垂直方向(如图5所示)。
59.(3)继续伸展：伸缩摆杆4继续伸长至适合落月的位置，续送电机正转，同步配合放绳。
60.(4)落月：续送电机正转，继续放绳，使月球车落地。
61.(5)解锁：月球车落地后，火工品分离解锁。
62.工况适应性分析：
63.伸缩摆杆4的摆转和伸展均由电机驱动，因此不会受着陆器的落月姿态影响。但脱离机构2的回转脱销7需依靠星球巡视器3的重力实现摆转，当且仅当回转脱销7摆转至与豁口对齐时，方可通过电机放绳实现将星球巡视器续送至月面。否则回转脱销7无法从豁口中顺利滑出，则无法实现星球巡视器落月。
64.参数分析：
65.伸缩摆杆4完全展开的长度为3020mm，不展开的长度为1100mm，可摆动的角度范围为0～180
°
，因此落月可选择的范围为半径1100～3020mm的半圆环区域，如图11所示。
66.对于其他星球的星球巡视器转移方案与落月转移过程相同，星球巡视器3为对应的星球的巡视器即可。
67.以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

技术特征：
1.一种横向伸缩杆侧摆续送转移装置，其特征在于：包括脱离机构(2)、伸缩摆杆(4)、伸缩绳、铰链支座(5)和动力总成(8)，所述伸缩摆杆(4)的一端通过铰链支座(5)固定于着陆器(9)的顶端，另一端连接有伸缩绳，所述伸缩绳的下方连接脱离机构(2)，所述脱离机构与星球巡视器(3)连接；所述动力总成(8)一方面驱动伸缩摆杆(4)的摆动，另一方面驱动伸缩绳的升降。2.根据权利要求1所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置，其特征在于：所述动力总成(8)包括摆杆电机和续送电机，所述摆杆电机驱动伸缩摆杆(4)，所述续送电机驱动伸缩绳升降。3.根据权利要求2所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置，其特征在于：所述摆杆电机正转实现伸缩摆杆(4)在180
°
范围内的摆动，其反转实现伸缩摆杆(4)的径向伸长。4.根据权利要求2所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置，其特征在于：所述续送电机正转放绳，反转收绳。5.根据权利要求1所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置，其特征在于：所述伸缩摆杆(4)包括多级杆，多级杆呈套管结构。6.根据权利要求5所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置，其特征在于：多级杆包括一级杆(10)、二级杆(11)和三级杆(12)，其中一级杆(10)与铰链支座(5)通过回转副连接，一级杆(10)与二级杆(11)、二级杆(11)与三级杆(12)通过滑动副连接。7.根据权利要求5或6所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置，其特征在于：所述伸缩摆杆(4)完全展开的长度为3020mm，不展开的长度为1100mm，摆动的角度范围为0～180
°
，落月选择的范围为半径1100～3020mm的半圆环区域。8.根据权利要求1所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置，其特征在于：所述脱离机构(2)包括翻转锁定块(6)和回转脱销(7)，所述回转脱销(7)安装在星球巡视器(3)上，所述翻转锁定块(6)与伸缩绳连接，所述回转脱销(7)与翻转锁定块(6)配合，完成伸缩绳与星球巡视器(3)的固定与脱离。9.一种如权利要求1所述的横向伸缩杆侧摆续送转移装置的转移方法，其特征在于：具体包括以下步骤：(1)摆转：压紧机构解锁后，摆杆电机启动，将伸缩摆杆(4)绕铰链支座(5)的o点摆动到所需的角度；(2)伸展：摆杆电机反转，将伸缩摆杆(4)伸长，翻转锁定块(6)与脱离机构(2)的回转脱销(7)分离，此时依靠星球巡视器(3)自身重力，带动脱离机构(2)的回转脱销(7)转动至与月面垂直方向；(3)继续伸展：伸缩摆杆(4)继续伸长至适合落月的位置，续送电机正转，同步配合放绳；(4)落月：续送电机正转，继续放绳，使星球巡视器(3)落地；(5)解锁：星球巡视器(3)落地后，火工品分离解锁。

技术总结
本发明提出了一种横向伸缩杆侧摆续送转移装置及其转移方法，属于星球巡视器转移机构领域。解决了如何使转移机构将星球巡视器可靠转移至月面，且能在各种着陆工况下，均可实现将星球巡视器可靠转移至月面，以及星球巡视器落月地点应具有一定可选范围，以避开月面凹坑和凸起的问题。该转移装置包括脱离机构、伸缩绳、伸缩摆杆、铰链支座和动力总成，伸缩摆杆的一端通过铰链支座固定于着陆器的顶端，另一端连接有伸缩绳，伸缩绳的下方连接脱离机构，所述脱离机构与星球巡视器连接；动力总成一方面驱动伸缩摆杆的摇摆和伸缩，另一方面驱动伸缩绳的伸缩。本发明能够在扇形面范围内任意选择适合星球巡视器着陆的释放位置，着陆灵活。着陆灵活。着陆灵活。


技术研发人员：姜生元 杨知伦 李建永 杨建中 张伟伟 陈百超 李新立 王文龙 杨飞 唐钧跃 迟关心 邓宗全
受保护的技术使用者：北华大学 北京空间飞行器总体设计部
技术研发日：2022.12.28
技术公布日：2023/3/27