小行星地表自适应附着机构

技术领域

本发明涉及深空探测领域，具体地，涉及一种小行星地表自适应附着机构。

背景技术

嫦娥二号执行了对4179Toutatis小行星的飞越任务，标志着我国小行星探测已经完成掠飞环绕阶段，即将开启对小行星的着陆探测。小行星的引力非常微弱，因此小行星表面地逃逸速度很小。无论是对小行星表面环境进行采样，还是在小行星表面行走，机器人的末端总会和小行星表面发生碰撞。因此对小行星进行着陆和探测过程中，首要的是携带科学设备的机器人稳定地附着在小行星的表面。

现有公开号为CN112061428B的中国专利，其公开了一种用于空间目标表面附着的自适应贯入展开附着装置，包括：头锥、矛体骨架、倒刺轴、第一倒刺、第二倒刺、挡板套筒、限位顶杆、后端盖、扭簧；头锥尾部安装在矛体骨架内；倒刺轴从矛体骨架一侧的销轴孔传入，穿过第二倒刺的端部安装孔、扭簧和第一倒刺的端部安装孔，进入矛体骨架另一侧的销轴孔中；矛体骨架直径小的一端插入挡板套筒中且能够在挡板套筒中滑动，挡板套筒端部的耳片挡住第一倒刺和第二倒刺的端部；限位顶杆从挡板套筒另一端穿入，安装在矛体骨架直径小的一端端部，后端盖装入挡板套筒另一端端口。

但是，现有技术结构复杂，体积大、质量大，并且生产成本较高，因此，发明人认为需要提供一种更加简洁的附着机构，能适应没有先验知识的小行星表面，对非结构化复杂地形具备被动适应的能力。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种小行星地表自适应附着机构。

根据本发明提供的一种小行星地表自适应附着机构,包括附着机构壳体、驱动装置、动力传动装置、驱动盘以及附着单元，所述驱动装置安装在所述附着机构壳体上，所述驱动盘安装在所述附着机构壳体内部，所述附着机构壳体底部外缘沿周向分布有多个所述附着单元，任一所述附着单元均包括用于勾住凸起的微刺阵列；所述驱动装置与所述动力传动装置传动连接，所述动力传动装置与所述驱动盘传动连接，所述驱动盘能够沿所述附着机构壳体的轴向移动，所述驱动盘与任一所述附着单元均传动连接，所述微刺阵列能够靠近或远离所述附着机构壳体的底部中心。

优选地，还包括球铰壳体，所述球铰壳体安装在所述附着机构壳体上，所述球铰壳体中设置有球铰底座，所述球铰壳体通过球铰安装在机器人的足端或机械臂末端。

优选地，所述球铰壳体通过两个轴线正交的力传感器紧固安装在所述附着机构壳体上。

优选地，所述动力传动装置包括齿轮、齿条以及齿条导轨，所述齿轮安装在所述驱动装置的输出轴上，所述齿轮能够绕水平方向旋转；所述齿条通过所述齿条导轨竖直安装在所述附着机构壳体上，所述齿轮与所述齿条啮合，所述齿条能够沿竖直方向上下移动；所述驱动盘安装在所述齿条的底部，所述驱动盘能够沿竖直方向上下移动。

优选地，所述附着机构壳体包括上下两个壳体，所述驱动盘水平安装在上壳体内，且所述驱动盘的不能移动至所述上壳体外。

优选地，所述附着单元还包括附着单元壳体、微刺阵列底座、限位装置以及横向恢复弹簧，所述微刺阵列底座的一端通过绳索与所述驱动盘紧固连接，另一端延伸至所述附着单元壳体内部通过所述限位装置与所述微刺阵列紧固连接，所述横向恢复弹簧套设在所述附着单元壳体内部的所述微刺阵列底座上。

优选地，所述微刺阵列包括多片并列设置的微刺薄片，任一所述微刺薄片远离所述微刺阵列底座的一端均设置有钢钉，所述钢钉自所述微刺薄片的端部向靠近所述微刺阵列底座的方向倾斜设置。

优选地，任一所述微刺薄片靠近所述微刺阵列底座的一端均形成有通孔，所述微刺阵列底座延伸至所述附着单元壳体内部的一端设置有安装板，所述安装板上开设有安装孔，所述附着单元壳体的两侧均开设有安装槽，所述限位装置穿过所述通孔、所述安装孔以及所述安装槽，所述限位装置能够沿所述凹槽的走向滑动。

优选地，所述附着单元靠近所述附着机构壳体的一端通过螺栓安装在所述附着机构壳体底部，且二者配合形成转动副。

优选地，所述附着单元靠近所述附着机构壳体的一端与所述附着机构壳体之间设置有纵向恢复弹簧。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过动力传动装置将驱动装置输出的旋转运动转化为驱动盘的直线运动，运动的驱动盘拉动绳索，使微刺阵列向中心收拢，从而钢钉可以钩住小行星表面的凸起；通过附着单元可转动地安装在附着机构壳体底部，当小行星表面地形较为复杂时，附着单元可以被动适应小行星表面，从而更适用于没有先验知识的小行星表面；结构简单，机构自由度更少，体积和质量更小，加工方便，生产成本小。

2、本发明通过球铰安装在机器人的足端或机械臂末端，通过两个轴线正交的力传感器将球铰壳体安装在附着机构壳体上，从而实现测量球铰与附着机构壳体之间的作用力，使得机器人的足端或机械臂末端能够及时调整动作，从而更好的完成深空探测的小行星表面着陆附着任务。

3、本发明通过附着单元与附着机构壳体之间设置有纵向恢复弹簧，通过在附着单元内部设置横向恢复弹簧，在附着机构松开的状态下，纵向恢复弹簧可以将附着单元推离小行星表面，横向恢复弹簧可以将微刺阵列底座弹出，通过简单的弹簧结构，即可实现收放状态之间的切换，结构简单，操作方便，有助于提高工作效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明主要体现小行星地表自适应附着机构的结构示意图；

图2为本发明主要体现附着机构壳体的结构示意图；

图3为本发明主要体现球铰底座的结构示意图；

图4为本发明主要体现齿轮的结构示意图；

图5为本发明主要体现齿条的结构示意图；

图6为本发明主要体现齿条导轨的结构示意图；

图7为本发明主要体现驱动盘的结构示意图；

图8为本发明主要体现附着单元的结构示意图；

图9为本发明主要体现单元壳体的结构示意图；

图10为本发明主要体现微刺阵列底座的结构示意图；

图11为本发明主要体现微刺薄片的结构示意图；

图12为本发明主要体现限位装置的结构示意图。

图中所示：

附着机构壳体1驱动装置2力传感器3

球铰壳体4齿轮5齿条6

驱动盘7附着单元8单元壳体9

微刺阵列底座10 微刺阵列11 限位装置12

横向恢复弹簧13 纵向恢复弹簧14 球铰底座15

齿条导轨16 微刺薄片17 钢钉18

螺栓19

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-12所示，根据本发明提供的一种小行星地表自适应附着机构，包括：附着机构壳体1、驱动装置2、动力传动装置、驱动盘7以及附着单元8，驱动装置2安装在附着机构壳体1上，驱动盘7安装在附着机构壳体1内部，附着机构壳体1底部外缘沿周向分布有多个附着单元8，任一附着单元8均包括用于勾住凸起的微刺阵列11；驱动装置2与动力传动装置传动连接，动力传动装置与驱动盘7传动连接，驱动盘7能够沿附着机构壳体1的轴向移动，驱动盘7与任一附着单元8均传动连接，微刺阵列11能够靠近或远离附着机构壳体1的底部中心。

本申请还包括球铰壳体4，球铰壳体4安装在附着机构壳体1上，球铰壳体4中设置有球铰底座15，球铰壳体4和球铰底座15有通孔，通过螺栓19紧固。球铰壳体4通过球铰安装在机器人的足端或机械臂末端，从而本申请能够用于深空探测的小行星表面着陆附着任务。

球铰壳体4通过两个轴线正交的力传感器3紧固安装在附着机构壳体1上，力传感器3可以测量球铰与附着机构壳体1之间的作用力。附着机构壳体1加工出立柱和槽，用于安装力传感器3，球铰壳体4底面与侧面加工出槽，用于安装力传感器3。

动力传动装置包括齿轮5、齿条6以及齿条导轨16，齿轮5安装在驱动装置2的输出轴上，齿轮5能够绕水平方向旋转；齿条6通过齿条导轨16竖直安装在附着机构壳体1上，齿轮5与齿条6啮合，齿条6能够沿竖直方向上下移动；驱动盘7安装在齿条6的底部，驱动盘7能够沿竖直方向上下移动。附着机构壳体1加工出立柱和槽，用于安装齿条导轨16。附着机构壳体1包括上下两个壳体，通过螺栓19紧固。驱动盘7水平安装在上壳体内，且驱动盘7的不能移动至上壳体外。驱动装置2的输出轴旋转带动齿轮5旋转，与齿轮5啮合的齿条6带动驱动盘7可以沿着附着机构壳体1的立柱上下移动。驱动盘7向下的极限距离为附着机构壳体1的上下壳体的交界处。

附着单元8靠近附着机构壳体1的一端通过螺栓19安装在附着机构壳体1底部，且二者配合形成转动副，附着单元8可以做小角度旋转。附着单元8还包括附着单元壳体9、微刺阵列底座10、限位装置12以及横向恢复弹簧13，微刺阵列底座10的一端通过绳索与驱动盘7紧固连接，另一端延伸至附着单元壳体9内部通过限位装置12与微刺阵列11紧固连接。横向恢复弹簧13套设在附着单元壳体9内部的微刺阵列底座10上，在附着机构松开的状态下，横向恢复弹簧13可以将微刺阵列底座10弹出。驱动盘7、附着机构壳体1、附着单元壳体9均有通孔，无弹性的绳索的一端固定在驱动盘7上，另一端穿过附着机构壳体1和附着单元壳体9，固定在微刺阵列底座10上。

微刺阵列11包括多片并列设置的微刺薄片17，优选为9片。任一微刺薄片17远离微刺阵列底座10的一端均设置有钢钉18，钢钉18自微刺薄片17的端部向靠近微刺阵列底座10的方向倾斜设置。任一微刺薄片17靠近微刺阵列底座10的一端均形成有通孔，微刺阵列底座10延伸至附着单元壳体9内部的一端设置有安装板，安装板上开设有安装孔，附着单元壳体9的两侧均开设有安装槽，限位装置12穿过通孔、安装孔以及安装槽，限位装置12能够沿凹槽的走向滑动。限位装置12可以在附着单元壳体9的凹槽内相对滑动，限位装置12既将微刺阵列11固定于微刺阵列底座10，又限制其在附着单元壳体9内的移动范围。

附着单元8靠近附着机构壳体1的一端与附着机构壳体1之间设置有纵向恢复弹簧14。在附着机构松开的状态下，纵向恢复弹簧14可以将附着单元8推离小行星表面。

齿轮5和齿条6将驱动装置2输出的旋转运动转化为直线运动，驱动装置2正转使得安装于齿条导轨16的齿条6带动驱动盘7沿着附着机构壳体1的立柱向上运动。运动的驱动盘7拉动绳索，使微刺阵列底座10带动微刺阵列11和限位装置12在附着单元壳体9内向中心收拢。此时横向恢复弹簧13和纵向恢复弹簧14被压缩。弹性的微刺薄片17的末端安装了刚性的钢钉18，钢钉18可以钩住小行星表面的凸起。继续抬升驱动盘7，微刺阵列11在绳索的拉动下继续向内收拢，已经钩住凸起的弹性的微刺薄片17被拉伸，其余微刺薄片17继续向内收拢并钩住其他凸起。

齿轮5和齿条6将驱动装置2输出的旋转运动转化为直线运动，驱动装置2反转使得安装于齿条导轨16的齿条6带动驱动盘7沿着附着机构壳体1的立柱向下运动。横向恢复弹簧13和纵向恢复弹簧14的能量被释放，纵向弹簧将附着单元8推离小行星表面。横向恢复弹簧13将微刺薄片17推出，使钢钉18脱离于小行星表面的凸起。

附着单元8可转动地安装在附着机构壳体1底部，优选地，10个附着单元8均匀分布在附着机构壳体1底部外缘，即附着单元8采用36°圆周分布。当小行星表面地形较为复杂时，附着单元8可以被动适应小行星表面。本申请能适应没有先验知识的小行星表面，机构自由度更少，体积和质量更小，加工方便。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。