CN108487858B - 一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构 - Google Patents

一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构 Download PDF

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Abstract

一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构，涉及小行星表面的附着锚定机构，为了满足探测器在小行星表面的附着锚定需求。探测器本体的周围均匀分布多条机械臂，机械臂的首端设置在探测器本体上，机械臂的末端设置有末端执行器；探测器本体提供反推力，多条机械臂展开，并通过各个关节吸收冲击能量缓冲着陆；末端执行器包括进尺机构和超声波钻；进尺机构用于控制超声波钻的进给与回退；着陆后，进尺机构控制超声波钻进给，钻入小行星表面，实现在小行星表面的附着锚定。

Description

一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定 机构
技术领域
本发明涉及小行星表面的附着锚定机构。
背景技术
小行星探测是当前深空探测的热点领域之一，对研究太阳系的起源和太空资源的开发具有深远的意义。目前常用的小行星探测方法主要有地面观测、轨道观测、取样返回和着陆原位探测。相比较于其他几种探测方法，着陆原位探测可对小行星的星壤介质、表面特性进行更加全面的了解，是一种是更为直接、有效的科学探测方法。因此要实现探测器在小行星表面的着陆原位探测，首先要完成探测器在小行星表面的附着锚定。小行星具有极弱引力环境，探测器难以在其表面实现附着锚定。
发明内容
本发明为了满足探测器在小行星表面的附着锚定需求，从而提供一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构。
本发明所述的一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构，包括多条机械臂2和末端执行器3；
探测器本体1的周围均匀分布多条机械臂2，机械臂2的首端设置在探测器本体1上，机械臂2的末端设置有末端执行器3；探测器本体1提供反推力，多条机械臂2展开，并通过各个关节吸收冲击能量缓冲着陆；
末端执行器3包括进尺机构和超声波钻3-9；
进尺机构用于控制超声波钻3-9的进给与回退；
着陆后，进尺机构控制超声波钻3-9进给，钻入小行星表面，实现在小行星表面的附着锚定。进尺机构通过控制超声波钻3-9回退脱离小行星。
优选的是，每条机械臂2包括第一关节2-1、第二关节2-2、第二关节臂2-3、第三关节2-4、第三关节臂2-5、第四关节2-6和第四关节臂2-7；
第一关节2-1、第二关节2-2、第二关节臂2-3、第三关节2-4、第三关节臂2-5、第四关节2-6和第四关节臂2-7依次连接，第一关节2-1设置在探测器本体1上，第四关节臂2-7的末端设置有末端执行器3。
优选的是，第一关节2-1为偏航关节，第二关节2-2、第三关节2-4和第四关节2-6均为俯仰关节。
优选的是，进尺机构包括电机3-1、联轴器3-3、滚珠丝杠3-5和连接块3-6；
电机3-1通过联轴器3-3与滚珠丝杠3-5连接，滚珠丝杠3-5的旋转带动连接块3-6沿滚珠丝杠3-5线性移动，连接块3-6带动超声波钻3-9移动。
优选的是，进尺机构还包括导轨3-7和滑块3-8；
滑块3-8与超声波钻3-9固定连接，滑块3-8可沿导轨3-7滑动。
优选的是，超声波钻3-9包括钻杆3-9-1、支承框架3-9-2和驱动单元3-9-3；
驱动单元3-9-3用于驱动钻杆3-9-1，并固定在支承框架3-9-2上，支承框架3-9-2与连接块3-6和滑块3-8固定连接。
优选的是，末端执行器3还包括壳体3-10；
导轨3-7、滑块3-8和超声波钻3-9均位于壳体3-10内，进尺机构位于壳体3-10外。
优选的是，进尺机构还包括电机支架3-2；
电机3-1通过电机支架3-2固定在壳体3-10外。
优选的是，进尺机构还包括支承座3-4；
滚珠丝杠3-5穿过支承座3-4，支承座3-4固定在壳体3-10上。
本发明的一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构利用多条机械臂协作适应崎岖的小行星表面地形，采用具有低钻压高效能的超声波钻、基于几何力封闭实现小行星表面的附着锚定；将超声波钻进技术应用于附着锚定，极大地减小了附着过程所需的反推力；利用进尺机构控制超声波钻的进给与回退，从而具有多次附着的功能；通过多条机械臂各关节的联动，实现了探测器在小行星表面自由爬行的功能。
附图说明
图1是本发明的一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构的结构示意图；
图2是机械臂的结构示意图；
图3是末端执行器的结构示意图；
图4是超声波钻的结构示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
4条机械臂2均匀分布在探测器本体1上，每条机械臂2包括第一关节2-1、第二关节2-2、第二关节臂2-3、第三关节2-4、第三关节臂2-5、第四关节2-6和第四关节臂2-7；
第一关节2-1、第二关节2-2、第二关节臂2-3、第三关节2-4、第三关节臂2-5、第四关节2-6和第四关节臂2-7依次连接，第一关节2-1设置在探测器本体1上，第四关节臂2-7的末端设置有末端执行器3。
电机支架3-2和支承座3-4分别通过螺钉与壳体3-10相连，电机3-1通过螺钉与电机支架3-2相连，滚珠丝杠3-5安装在支承座3-4上，并通过联轴器3-3与电机3-1连接。导轨3-7通过螺钉与壳体3-10相连，并装有滑块3-8，滑块3-8可沿导轨3-7滑动。超声波钻3-9的支承框架3-9-2通过螺钉与滑块3-8相连，连接块3-6装在滚珠丝杠3-5上，并且通过螺钉与支承框架3-9-2相连，驱动单元3-9-3用于驱动钻杆3-9-1。
工作原理：
当选定探测器在小行星表面的着陆位置后，4条机械臂2由最初的收拢状态展开成合适的角度准备着陆。探测器本体1的姿控发动机提供反推力，使得整个探测器以一定的纵向与横向速度与小行星发生碰撞。4条机械臂2利用机械臂的各个关节吸收冲击能量缓冲着陆，并且各关节在着陆过程中不断的调整各自角度以适应小行星表面复杂的地形。由于姿控发动机提供持续的反推力，整个探测器被压靠在小行星的表面。第四关节臂2-7末端的末端执行器3开始工作。超声波钻3-9的驱动单元3-9-3接入高频电压，驱动钻杆3-9-1实现高频冲击运动。同时，电机3-1通过滚珠丝杠3-5和连接块3-6所组成的滚珠丝杠副将回转运动变为直线运动，为超声波钻3-9提供钻压力。钻杆3-9-1的高频冲击运动会快速的破碎岩石，并在导轨3-7的导向作用下以一定的倾角直线钻入小行星表面。4条机械臂2及其末端执行器3在空间上形成几何力封闭，实现探测器在小行星表面的附着锚定。当着陆原位探测完成后，电机3-1通过滚珠丝杠3-5和连接块3-6组合成的滚珠丝杠副将超声波钻3-9的钻杆3-9-1从小行星表面拔出，几何力封闭消失，探测器脱离小行星表面。

Claims (7)

1.一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构，其特征在于，包括多条机械臂(2)和末端执行器(3)；
探测器本体(1)的周围均匀分布多条机械臂(2)，机械臂(2)的首端设置在探测器本体(1)上，机械臂(2)的末端设置有末端执行器(3)；探测器本体(1)提供反推力，多条机械臂(2)展开，并通过各个关节吸收冲击能量缓冲着陆；
末端执行器(3)包括进尺机构和超声波钻(3-9)；
进尺机构用于控制超声波钻(3-9)的进给与回退；
着陆后，进尺机构控制超声波钻(3-9)进给，钻入小行星表面，实现在小行星表面的附着锚定；
进尺机构包括电机(3-1)、联轴器(3-3)、滚珠丝杠(3-5)和连接块(3-6)；
电机(3-1)通过联轴器(3-3)与滚珠丝杠(3-5)连接，滚珠丝杠(3-5)的旋转带动连接块(3-6)沿滚珠丝杠(3-5)线性移动，连接块(3-6)带动超声波钻(3-9)移动；
进尺机构还包括导轨(3-7)和滑块(3-8)；
滑块(3-8)与超声波钻(3-9)固定连接，滑块(3-8)可沿导轨(3-7)滑动。
2.根据权利要求1所述的一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构，其特征在于，每条机械臂(2)包括第一关节(2-1)、第二关节(2-2)、第二关节臂(2-3)、第三关节(2-4)、第三关节臂(2-5)、第四关节(2-6)和第四关节臂(2-7)；
第一关节(2-1)、第二关节(2-2)、第二关节臂(2-3)、第三关节(2-4)、第三关节臂(2-5)、第四关节(2-6)和第四关节臂(2-7)依次连接，第一关节(2-1)设置在探测器本体(1)上，第四关节臂(2-7)的末端设置有末端执行器(3)。
3.根据权利要求2所述的一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构，其特征在于，第一关节(2-1)为偏航关节，第二关节(2-2)、第三关节(2-4)和第四关节(2-6)均为俯仰关节。
4.根据权利要求1所述的一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构，其特征在于，超声波钻(3-9)包括钻杆(3-9-1)、支承框架(3-9-2)和驱动单元(3-9-3)；
驱动单元(3-9-3)用于驱动钻杆(3-9-1)，并固定在支承框架(3-9-2)上，支承框架(3-9-2)与连接块(3-6)和滑块(3-8)固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构，其特征在于，末端执行器(3)还包括壳体(3-10)；
导轨(3-7)、滑块(3-8)和超声波钻(3-9)均位于壳体(3-10)内，进尺机构位于壳体(3-10)外。
6.根据权利要求5所述的一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构，其特征在于，进尺机构还包括电机支架(3-2)；
电机(3-1)通过电机支架(3-2)固定在壳体(3-10)外。
7.根据权利要求5所述的一种基于多机械臂着陆、超声波钻进的小行星表面附着锚定机构，其特征在于，进尺机构还包括支承座(3-4)；
滚珠丝杠(3-5)穿过支承座(3-4)，支承座(3-4)固定在壳体(3-10)上。
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