一体化着陆移动装置及探测器

技术领域

本发明涉及空间探测技术领域，具体涉及一种一体化着陆移动装置及探测器。

背景技术

开展星球探测的移动航天器主要有两种：一种是利用无人探测器进行星球表面一定范围内的移动探测；另一种是利用载人星球车进行星球表面探测。星球移动探测器需要经历飞行、着陆过程后才能抵达目标星球，而后开展移动探测。对于无人探测器，主要的着陆形式有：着陆腿着陆和气囊着陆，成功着陆后，移动探测器再从着陆平台上移动至星球表面；悬吊着陆，包括好奇号和毅力号火星车，通过悬吊的方式缓慢将移动探测器释放至星球表面。对于载人星球车，目前成功的型号仅为阿波罗计划月球车，其折叠并搭载于登月着陆器，登月着陆器着陆月面后，由航天员将月球车拆下展开，随后驾驶月球车开展移动探测。其他未发射的载人星球车，包括战车系列月球车(Chariot)、Athlete月球车移动平台主要为原理样机设计，主要针对移动功能，不具有着陆功能。目前的星球探测器中，着陆功能和移动功能分别设计，着陆平台的重量占比较大，移动探测器本身重量均小于或接近1000kg，按照未来星际探测的发展趋势，为应对包括载人、科考等复杂任务，探测器重量呈增长趋势。若采用传统方法，着陆平台的重量也将大幅增加，运载火箭的运力将难以满足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体化着陆移动装置及探测器，以实现同时具备移动功能和着陆功能，实现机构复用，降低了系统重量的目的。

为实现上述发明目的，本发明提供一种一体化着陆移动装置，包括舱体连接件、用于缓冲作用的悬架组件和移动轮连接组件，所述舱体连接件与舱体连接固定，所述悬架组件一端与所述舱体连接件活动连接，另一端通过移动轮连接组件与移动轮连接。

在上述任一技术方案中，所述悬架组件包括：

第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆的端部分别与所述舱体连接件和所述移动轮连接组件活动连接组成四边形；

阻尼组件，活动连接在所述第一连杆和所述第二连杆之间；

弹簧，固定设置于所述第一连杆、所述第二连杆、所述舱体连接件和所述移动轮连接组件组成的四边形的对角线上，或套设于所述阻尼组件外固定设置于所述第一连杆和所述第二连杆之间。

在上述任一技术方案中，还包括压紧释放组件，所述压紧释放组件一端与舱体连接，另一端与所述悬架组件或所述移动轮连接组件连接。

在上述任一技术方案中，所述第一连杆、所述第二连杆、所述舱体连接件和所述移动轮连接组件组成的四边形的四个顶点在同一平面内。

在上述任一技术方案中，所述舱体连接件截面呈横向的“U”型结构，所述第一连杆的一端连接于所述舱体连接件“U”型结构的一个端点处，所述第一连杆的另一端连接所述移动轮连接组件的上端；

所述第二连杆的一端连接于所述舱体连接件“U”型结构的另一个端点处，所述第二连杆的另一端连接所述移动轮连接组件的下端。

在上述任一技术方案中，所述第一连杆和所述第二连杆的两端均为转动副或球副连接。

在上述任一技术方案中，所述移动轮包括与移动轮连接组件连接的刚性部分，和环绕所述刚性部分的弹性部分。

在上述任一技术方案中，还包括与所述移动轮连接的驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述移动轮旋转移动。

在上述任一技术方案中，还包括用于改变移动方向的转向组件。

根据本发明的另一方面，提供了一种探测器，包括舱体，其还包括如技术方案中任一项所述的一体化着陆移动装置，所述着陆移动装置的数量为一个或多个。

与现有技术相比，本发明的一种一体化着陆移动装置及探测器，通过设计一体化着陆移动装置，实现了着陆缓冲和移动缓冲两项星球移动探测器必备功能，着陆移动装置的能量缓冲模块实现了两个过程的复用，简化了系统的构成，提高了可靠性，简化了系统设计，减少机构机构组成，减小着陆与移动机构的重量占比，拓宽探测器其他功能的设计空间。

附图说明

图1示意性表示本发明的一种实施方式的一体化着陆移动装置的结构示意图。

其中，图1中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、着陆移动装置；2、舱体；11、移动轮；12、移动轮连接组件；13、悬架组件；14、驱动组件；15、舱体连接件；16、压紧释放组件；131、第一连杆；132、阻尼组件；133、弹簧；134、第二连杆。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

参见图1，本发明的一种一体化着陆移动装置1，包括舱体连接件15、用于缓冲作用的悬架组件13和移动轮连接组件12，舱体连接件15与舱体2连接固定，悬架组件13一端与舱体连接件15活动连接，另一端通过移动轮连接组件12与移动轮11连接。

在该实施例中，通过在舱体连接件15和移动轮连接组件12之间设置悬架组件13，悬挂组件具有缓冲吸能的功能，同时可以折叠收起移动轮11，着陆移动装置1可固定于舱体2正下方或周围，着陆或移动状态时，着陆移动装置1支撑舱体2使其不接触星球表面，能够实现着陆移动装置1一体化设置，有利于着陆移动装置1的能量缓冲模块在两个过程的复用，简化了系统设计，减少机构机构组成，减小着陆与移动机构的重量占比，拓宽探测器其他功能的设计空间。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，优选地，悬架组件13包括：

第一连杆131和第二连杆134，第一连杆131和第二连杆134的端部分别与舱体连接件15和移动轮连接组件12活动连接组成四边形；

阻尼组件132，活动连接在第一连杆131和第二连杆134之间；

弹簧133，固定设置于第一连杆131、第二连杆134、舱体连接件15和移动轮连接组件12组成的四边形的对角线上，或套设于阻尼组件132外固定设置于第一连杆131和第二连杆134之间。

在本发明的一个实施例中，优选地，第一连杆131、第二连杆134、舱体连接件15和移动轮连接组件12组成的四边形的四个顶点在同一平面内。

在该实施例中，悬架组件13包括第一连杆131和第二连杆134，舱体连接件15和移动轮连接组件12位于悬架组件13的两端，第一连杆131的一端与舱体连接件15活动连接，另一端与移动轮连接组件12；同样的，第二连杆134的一端与舱体连接件15活动连接，另一端与移动轮连接组件12，四个活动连接处组成四边形。

阻尼组件132活动连接在第一连杆131和第二连杆134之间，用于吸收能量；弹簧133的主要功能为储存能量；两者配合实现悬架的缓冲吸能，弹簧133设置于上述四边形的对角线上。

具体地说，悬架组件13压缩时，弹簧133压缩并储存能量，阻尼组件132工作并吸收能量；悬架组件13伸张时，弹簧133伸长至自然状态前释放能量，伸长至自然状态后吸收能量(弹簧133自然状态为弹簧133两端不受力且形状稳定不变时的状态)，阻尼组件132工作并吸收能量。

另外，弹簧133的位置还可以套设在阻尼组件132外侧，安装时，优先组装弹簧133和阻尼组件132，再分别连接阻尼组件132、弹簧133于第一连杆131和第二连杆134之间。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，优选地，还包括压紧释放组件16，压紧释放组件16一端与舱体2连接，另一端与悬架组件13或移动轮连接组件12连接。

在该实施例中，压紧释放组件16一端与舱体2连接，另一端与悬架组件13连接，压紧释放组件16可分离解锁。发射和飞行状态下，着陆移动装置1为压紧状态，依靠压紧释放组件16压紧于舱体2。着陆前，压紧释放组件16解锁，着陆移动装置1转为释放状态，从而使得一体化着陆移动装置1同时具备着陆和移动功能。

压紧释放组件16一端与舱体2连接，另一端可与移动轮连接组件12，能够实现同样的功能。

其中，压紧释放组件16的解锁位置可以设置在与舱体2的连接处、与移动轮连接组件12的连接处或与悬架组件13的连接处。例如，压紧释放组件16的解锁位置可以设置在与舱体2的连接处，如图1所示，移动压紧释放组件16与舱体2相接处，向上移动，可将着陆移动装置1整体向上移动，此时，锁紧压紧释放组件16，即为移动轮11收起的状态，其余解锁位置原理相同。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，优选地，舱体连接件15截面呈横向的“U”型结构，第一连杆131的一端连接于舱体连接件15“U”型结构的一个端点处，第一连杆131的另一端连接移动轮连接组件12的上端；

第二连杆134的一端连接于舱体连接件15“U”型结构的另一个端点处，第二连杆134的另一端连接移动轮连接组件12的下端。

在本发明的一个实施例中，优选地，第一连杆131和第二连杆134的两端均为转动副或球副连接。

在本发明的一个实施例中，优选地，移动轮11包括与移动轮连接组件12连接的刚性部分，和环绕刚性部分的弹性部分。

在该实施例中，移动轮11包含刚性部分和弹性部分，移动轮11的刚性部分与移动轮连接组件12连接，移动轮11的弹性部分环绕刚性部分并固定于刚性部分上，弹性部分具备一定的缓冲功能。

在本发明的一个实施例中，优选地，还包括与移动轮11连接的驱动组件14，驱动组件14用于驱动移动轮11旋转移动。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，优选地，还包括用于改变移动方向的转向组件。

在该实施例中，驱动组件14与移动轮11连接，探测器移动时，驱动组件14驱动移动轮11旋转移动；转向组件用于控制移动方向，转动组件的一端与舱体连接件15连接，另一端与移动轮连接组件12连接，转向组件与移动轮连接组件12连接的一端可以在转向组件的驱动下运动，从而改变移动轮连接组件12的角度，实现移动轮11转向。

本发明的一种探测器，包括舱体2，还包括如上述技术方案中任一项的一体化着陆移动装置1，着陆移动装置1的数量为一个或多个。

在该实施例中，探测器的舱体2上连接固定一个或多个一体化着陆移动装置1。

例如，当着陆移动装置1设置为一个时，优选地，需要将着陆移动装置1优选布置于探测器舱体2的重心正下方，且需要将移动轮11垂直地面设置，并在探测器舱体2的周围设置若干移动轮11。

再例如，当着陆移动装置1设置为四个，可将着陆移动装置1分别设置于探测器舱体2的四个角。

本发明的一种一体化着陆移动装置1的工作原理：

发射状态下，着陆移动装置1由压紧释放组件16和舱体连接件15与探测器舱体2固定。悬架组件13为压紧状态，其包含的组件不发生相对运动。即将着陆与星球表面前，压紧释放组件16解锁，使着陆移动装置1与探测器舱体2仅通过舱体连接件15连接。此时，着陆移动装置1为自然状态，悬架组件13为释放状态，可在外力条件下运动。

探测器在星球表面着陆前，距离星球表面一定距离时，压紧释放结构解锁，着陆移动装置1转为释放状态。释放状态下，着陆移动装置1的悬架组件13为自然状态，具备着陆功能和移动功能。

着陆时，探测器的移动轮11首先与星球表面接触，探测器向下运动，移动轮11的弹性部分压缩，储存一部分着陆冲击产生的能量，移动轮11与星球表面相互作用，吸收一部分着陆冲击的能量。移动轮11压缩的过程中，冲击载荷经移动轮11和移动轮连接组件12传递至悬架组件13，悬架组件13的弹簧133压缩，储存一部分着陆冲击的能量，阻尼组件132吸收着陆冲击的一部分能量。

移动轮11压缩至一定程度时，压缩量将开始减小，移动轮11逐渐舒张并释放储存的能量。悬架组件13中的弹簧133压缩至一定程度时，压缩量开始逐渐减小，弹簧133释放储存的能量，阻尼组件132吸收能量。

着陆过程中，移动轮11和弹簧133的压缩与舒张实现对着陆冲击能量的储存与释放，阻尼组件132实现对着陆冲击能量的吸收。自移动轮11接触星球表面至探测器在星球表面稳定静止期间，移动轮11和弹簧133经过多次压缩和舒张，阻尼组件132逐渐吸收冲击能量。最终探测器静止时，移动轮11和弹簧133内储存了探测器因星球表面重力产生的部分势能，阻尼组件132完成了对着陆能量的吸收并保持静止。

着陆时的冲击能量包含两部分，一部分为探测器接触表面前的动能，另一部分为因星球表面不平或探测器姿态不平而在着陆过程中产生的动能。其中，竖直方向的能量多数有阻尼组件132吸收，横向的能量多数有移动轮11和星球表面的相互作用吸收。

移动功能的工作原理：

在探测器着陆星球表面后，着陆移动装置1稳定静止，随后可开始进行移动任务。探测器可实现向前或向后移动，并可实现转向功能。探测器移动时，驱动组件14实现对移动轮11转动的驱动，驱动组件14可选的为电机、燃油机、混合动力等多种形式。转向组件可选的为电动、手动等多种驱动形式，转向组件可致动并使移动轮连接组件12转动，进而驱动移动轮11转动。

因星球表面无平整道路，受到表面不平的影响，包括凹坑、沟壑、台阶、石块、起伏表面、崎岖地形等，探测器在星球表面移动，尤其是高速移动时会受到的颠簸冲击。

移动过程中，着陆移动装置1中的弹簧133和移动轮11反复实现对颠簸冲击的储存与释放，阻尼组件132在此过程中同步实现对颠簸冲击的吸收，工作原理与着陆过程相同。探测器停止移动时，弹簧133和移动轮11储存星球表面重力产生的部分势能，阻尼组件132完成对颠簸冲击能量的吸收并保持静止。

本发明的一种一体化着陆移动装置及探测器，着陆移动装置包括舱体连接件、用于缓冲作用的悬架组件和移动轮连接组件，舱体连接件与舱体连接固定，悬架组件一端与舱体连接件活动连接，另一端通过移动轮连接组件与移动轮连接；通过在舱体连接件和移动轮连接组件之间设置悬架组件，悬挂组件具有缓冲吸能的功能，同时可以折叠收起移动轮，着陆移动装置可固定于舱体正下方或周围，着陆或移动状态时，着陆移动装置支撑舱体使其不接触星球表面，能够实现着陆移动装置一体化设置，有利于着陆移动装置的能量缓冲模块在两个过程的复用，简化了系统设计，减少机构机构组成，减小着陆与移动机构的重量占比，拓宽探测器其他功能的设计空间。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。