[发明专利]星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构及操作方法

权利要求书

1.一种星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：包括本体框架、若干地形自适应系统、若干水平吸能装置和若干垂直缓冲系统，各所述地形自适应系统均设置于所述本体框架上且相对于所述本体框架竖直滑动，各所述水平吸能装置分别设置于一所述地形自适应系统上，各所述垂直缓冲系统分别设置于一所述水平吸能装置上，所述垂直缓冲系统为仿生猫腿结构；

所述本体框架包括两对平行设置的上水平主架和两对平行设置的下水平主架，所述上水平主架位于所述下水平主架的上方，两个所述上水平主架的两端和两个所述下水平主架的两端均通过平行设置的第一水平支架和第二水平支架连接，所述上水平主架和所述下水平主架的各角处均通过一竖直支撑杆连接，所述竖直支撑杆与所述地形自适应系统的数量相同，所述竖直支撑杆沿竖向设置有若干拦阻孔，各所述竖直支撑杆的两侧均设置有一竖直滑轨，各所述竖直滑轨的两端分别与所述上水平主架和所述下水平主架连接，所述地形自适应系统设置在所述竖直支撑杆上且沿所述竖直滑轨滑动；

所述地形自适应系统包括滑动支座，所述滑动支座能够沿所述本体框架竖直滑动，所述滑动支座上设置有伸缩式电磁阀，所述地形自适应系统通过所述伸缩式电磁阀实现与所述本体框架的锁定与释放，所述滑动支座上还设置有第一电机，所述第一电机的动力输出端设置有齿轮，所述齿轮与所述本体框架上的齿条啮合实现所述地形自适应系统沿所述本体框架竖直滑动；

所述地形自适应系统还包括激光测距传感器，所述激光测距传感器设置在所述垂直缓冲系统的下部，所述激光测距传感器用于测量所述垂直缓冲系统与星表的距离；

所述水平吸能装置包括主转轴，所述主转轴与所述地形自适应系统转动连接，所述主转轴的一端固定设置有第一制动器和编码器，所述主转轴的另一端与第二电机的动力输出端传动连接，所述垂直缓冲系统与所述主转轴连接；

所述垂直缓冲系统包括依次连接的大腿杆、小腿杆和足垫，所述大腿杆的一端与所述水平吸能装置通过髋关节铰接，所述大腿杆的另一端与所述小腿杆的一端通过膝关节铰接，所述小腿杆的另一端与所述足垫通过踝关节铰接，所述髋关节、所述膝关节和所述踝关节处均设置有一扭簧和一第二电磁失电制动器。

2.根据权利要求1所述的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：所述髋关节包括髋关节轴、髋关节内和髋关节外，所述髋关节轴的两端通过键与一所述第二电磁失电制动器的制动盘锁定，所述髋关节内与所述水平吸能装置固定连接，所述髋关节外与所述大腿杆的一端固定连接，所述髋关节轴固定穿设在所述髋关节内上，所述髋关节外与所述髋关节轴转动连接，所述髋关节内上开设有弧形的第一限位槽，所述第一限位槽的一端设置有第一固定凸台，所述髋关节外上设置有一髋关节凸台，所述髋关节凸台与所述第一限位槽滑动连接，所述髋关节轴上穿设有一所述扭簧，所述扭簧的一端与一所述第一固定凸台相抵，所述扭簧的另一端与所述髋关节凸台相抵。

3.根据权利要求1所述的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：所述膝关节包括膝关节轴、膝关节内和膝关节外，所述膝关节轴的两端通过键与一所述第二电磁失电制动器的制动盘锁定，所述膝关节内与所述小腿杆的一端固定连接，所述膝关节外与所述大腿杆的另一端固定连接，所述膝关节轴固定穿设在所述膝关节内上，所述膝关节外与所述膝关节轴转动连接，所述膝关节内上开设有弧形的第二限位槽，所述第二限位槽的一端设置有第二固定凸台，所述膝关节外上设置有一膝关节凸台，所述膝关节凸台与所述第二限位槽滑动连接，所述膝关节轴上穿设有一所述扭簧，所述扭簧的一端与一所述第二固定凸台相抵，所述扭簧的另一端与所述膝关节凸台相抵。

4.根据权利要求1所述的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构，其特征在于：所述踝关节包括踝关节轴和踝关节外，所述踝关节轴的两端通过键与一所述第二电磁失电制动器的制动盘锁定，所述踝关节外与所述小腿杆的另一端固定连接，所述踝关节轴固定穿设在所述足垫上，所述踝关节外与所述踝关节轴转动连接，所述足垫上开设有弧形的第三限位槽，所述第三限位槽的一端设置有第三固定凸台，所述踝关节外上设置有一踝关节凸台，所述踝关节凸台与所述第三限位槽滑动连接，所述踝关节轴上穿设有一所述扭簧，所述扭簧的一端与一所述第三固定凸台相抵，所述扭簧的另一端与所述踝关节凸台相抵。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：地面发射及地月转移段：将髋关节、膝关节和踝关节的第二电磁失电制动器通电，调节髋关节、膝关节和踝关节角度使星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构的垂直缓冲系统处于收拢状态，之后第二电磁失电制动器断电，各第二电磁失电制动器的制动盘抱死；伸缩式电磁阀的销插在竖直支撑杆的拦阻孔中，限制地形自适应系统沿竖直滑轨的上下滑动；

S2：快速下降段：星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构与巡视器分离后开始执行着陆程序，此时总控制系统将给各垂直缓冲系统的髋关节、膝关节和踝关节的第二电磁失电制动器供电，各第二电磁失电制动器的制动盘松开，在扭簧受迫变形恢复力的作用下，将驱动髋关节凸台相对髋关节轴、膝关节凸台相对膝关节轴、踝关节凸台相对踝关节轴转动，从而使髋关节、膝关节和踝关节逐渐展开，当髋关节凸台在第一限位槽内、膝关节凸台在第二限位槽内、踝关节凸台在第三限位槽内滑动到限定位置后，髋关节、膝关节和踝关节将不再继续展开，此时的髋关节、膝关节和踝关节之间的夹角即为预定的缓冲初始夹角，各第二电磁失电制动器断电，各第二电磁失电制动器的制动盘抱死；

S3：缓慢下降段：当星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构距星表30m到4m时，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构的下降速度减小，此时伸缩式电磁阀通电，伸缩式电磁阀的销键从竖直支撑杆的拦阻孔中抽出，各垂直缓冲系统上的激光测距传感器实时测量足垫与星表竖直距离，总控制系统将根据各足垫到星表距离来协调驱动第一电机转动，从而使滑动支座上下移动，并且地形自适应系统的单次移动距离为竖直支撑杆上两个拦阻孔间距的整数倍，在距星表4m时，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构的下降速度接近为0，伸缩式电磁阀断电，伸缩式电磁阀的销键重新插入到拦阻孔中，地形自适应系统与本体框架锁死；此时足垫下方星表若有凹陷，则垂直缓冲系统相对本体框架适当下移，相反的，若足垫下方星表若有突起，则垂直缓冲系统相对本体框架适当上移，各垂直缓冲系统相对于星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构本体框架最大程度适应地形，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构开始自由落体；

S4：触地缓冲段：垂直缓冲系统中髋关节、膝关节和踝关节上的第二电磁失电制动器摩擦制动吸收竖直方向的冲击能量，此时髋关节凸台在第一限位槽内、膝关节凸台在第二限位槽内、踝关节凸台在第三限位槽内滑动，各扭簧被进一步压缩，当星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构有微小的水平速度触地时，水平吸能装置上的第一电磁失电制动器摩擦制动吸收星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构的水平方向冲击能量，垂直缓冲系统会绕主转轴的轴向略微转动，编码器记录垂直缓冲系统转过的角位移并传到总控制系统，从而完成整个着陆缓冲过程；

S5：重复着陆段：当星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构完成此着陆点的探测任务后，需前往下一着陆点，反推火箭点火，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构上升前往预定着陆点，此时：伸缩式电磁阀通电，销键从拦阻孔中缩回，总控制系统驱动各地形自适应系统统一调节到竖直支撑杆的中间位置，伸缩式电磁阀断电，销键伸出，地形自适应系统与本体框架再次锁定；第一电磁失电制动器通电，第一电磁失电制动器的制动盘松开，根据编码器反馈到总控制系统的角位移信息，总控制系统驱动第二电机转动，带动主转轴重新转到预定的初始缓冲位置，第一电磁失电制动器断电，第一电磁失电制动器的制动盘抱死；垂直缓冲系统的各第二电磁失电制动器通电，第二电磁失电制动器的制动盘松开，在扭簧受迫变形恢复力的作用下，将驱动髋关节凸台相对髋关节轴、膝关节凸台相对膝关节轴、踝关节凸台相对踝关节轴转动，当髋关节凸台在第一限位槽内、膝关节凸台在第二限位槽内、踝关节凸台在第三限位槽内滑动到限定位置后，髋关节、膝关节和踝关节将不再继续展开，此时髋关节、膝关节和踝关节重新回到缓冲初始位置，各第二电磁失电制动器断电，第二电磁失电制动器的制动盘抱死，星表多点位探测的小型可复用着陆缓冲机构准备下次着陆。