CN115783306B - 单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构及转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构及其转移方法，涉及星球巡视器着陆设备技术领域，解决了着陆地点地表情况复杂星球巡视器着陆困难的问题。所述单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构包括巡视器释放机构和滑轨直摆机构，所述滑轨直摆机构设置于着陆器上并与巡视器释放机构连接；所述滑轨直摆机构包括卷扬电机和缓释绳，所述卷扬电机设置于着陆器上并与缓释绳连接；所述巡视器释放机构包括三级伸展滑轨，所述三级伸展滑轨一端与着路器连接，另一端为活动端，为星球巡视器释放提供轨道。本发明能够根据着陆器实际着陆情况，选择合适的位置使星球巡视器平稳、安全的着陆于星球表面。
Description
技术领域
本发明涉及星球巡视器转移技术领域，具体为一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构及转移方法。
背景技术
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。而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，它在深空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深空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。
根据着陆方式及巡视器质量不同，转移机构的形式多样。以月球车的转移工作为例，其要求在地月转移段、环月段和动力下降段等飞行过程，月球车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，月球车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，月球车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，转移机构及月球车实现与着陆器的分离解锁，转移机构将月球车可靠转移至月面，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，均可实现将月球车可靠转移至月面，月球车落月地点应具有一定可选范围，以避开月面凹坑和凸起；月球车平稳落月后，月球车与转移机构脱离，实现月球车月面自由行走，而其他巡视器的要求与月球车基本相同。
目前，我国已经实现了月球车登陆、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，有必要对现有的星球巡视器着陆机构进行改进，让星球巡视器能够安全平稳着陆，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。
发明内容
本发明为了更好的应对着陆地点复杂的地表情况，使星球巡视器安全平稳的着陆于地表，特此提出了一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构及转移方法。本机构能够根据着陆器实际着陆情况，在径向上选择合适位置供星球巡视器平稳、安全的着陆于星球表面，结构整体简单、精巧，解决了着陆地点地表情况复杂星球巡视器着陆困难的问题。
本发明提出了一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构，其具体包括巡视器释放机构和滑轨直摆机构，所述滑轨直摆机构设置于着陆器上并与巡视器释放机构连接；所述滑轨直摆机构包括卷扬电机和缓释绳，所述卷扬电机设置于着陆器上并与缓释绳连接；所述巡视器释放机构包括三级伸展滑轨，三级伸展滑轨一端与着陆器连接，另一端为活动端，为星球巡视器释放提供轨道。
更进一步地，所述滑轨直摆机构还包括托车滑架，缓释绳另一端与托车滑架连接。
更进一步地，所述托车滑架包括滑架、托架和脱离销，所述托架固定于星球巡视器上，并与滑架通过脱离销连接；所述滑架嵌套于三级伸展滑轨中，并与缓释绳连接。
更进一步地，所述滑架包括托架滑槽和滑架销槽，所述托架嵌于托架滑槽中，所述脱离销嵌于滑架销槽内。
更进一步地，所述三级伸展滑轨包括一级滑轨、二级滑轨和三级滑轨，一级滑轨与二级滑轨之间、二级滑轨与三级滑轨之间通过T型槽嵌套连接。
更进一步地，所述巡视器释放机构还包括调位棘轮，调位棘轮设置于着陆器上并与一级滑轨连接。
更进一步地，所述巡视器释放机构和星球巡视器通过压紧机构压紧在着陆器上。
更进一步地，所述压紧机构包括压紧解锁装置，所述压紧解锁装置设置于着陆器上，为火工螺栓或电控锁定装置。
更进一步地，所述三级伸展滑轨为双滑轨，滑轨上设置有排尘槽。
一种采用上述单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的转移方法，它具体包括以下步骤：
a.着陆器着陆后，压紧解锁装置开始解锁；
b.解锁完毕，卷扬电机收卷缓释绳，托车滑架带动三级伸展滑轨上摆；
c.三级伸展滑轨到达目标摆角后，卷扬电机释放缓释绳，三级伸展滑轨受调位棘轮锁定保持姿态，缓释绳控制托车滑架和星球巡视器下滑并依次带动二级滑轨和三级滑轨向下滑动；
d.缓释绳继续释放，星球巡视器下滑至前轮接触星球表面；
e.星球巡视器前轮触地后，前轮转动带动托架沿脱离销转动至四轮落地，最终脱离解锁。
本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构及转移方法的有益效果为：
（1）本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构及转移方法，其能通过设置的压紧解锁装置保证星球巡视器以及巡视器释放机构在着陆器着陆前固定在着陆器上不发生晃动；
（2）本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构及转移方法，其能根据着陆器实际着陆位置的地表情况通过滑轨直摆机构与巡视器释放机构的配合在径向方向上合理选取适合星球巡视器着陆位置，并通过三级伸展滑轨根据实际情况伸展到合适长度保证星球巡视器顺利抵达地面；
（3）本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构及转移方法，其通过设置的缓释绳保证星球巡视器着陆过程更加安全平稳；
（4）本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构及转移方法，通过设置的排尘槽有效保证三级伸展滑轨顺利伸展，并采用双滑轨模式共同支撑导向用以保证着陆器侧倾姿态下星球巡视器转移过程的稳定性。
附图说明
构成本申请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：
图1是本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的整体结构图；
图2是本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的三级伸展滑轨转移过程场景示意图；
图3是本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的各级滑轨套接方式结构示意图；
图4是本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的滑轨排尘槽结构示意图；
图5是本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的滑车托架结构组成示意图；
图6是本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的星球巡视器与三级伸展滑轨锁定状态示意图；
图7是本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的三级伸展滑轨直摆状态示意图；
图8是本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的星球巡视器滑放状态示意图；
图9是本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的星球巡视器触地状态示意图；
图10是本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的星球巡视器脱离状态示意图；
图11是本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的星球巡视器落地脱离过程示意图；
图12是本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的极端工况下星球巡视器转移示意图；
其中：1-压紧解锁装置，2-三级伸展滑轨，21-一级滑轨，22-二级滑轨，23-三级滑轨，24-排尘槽，3-卷扬电机，4-调位棘轮，5-缓释绳，6-滑架，61-托架滑槽，62-滑架销槽，7-托架，8-脱离销。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-12说明本实施方式。本实施方式所述的单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构包括巡视器释放机构和滑轨直摆机构，所述滑轨直摆机构设置于着陆器上并与巡视器释放机构连接，负责控制巡视器释放机构摆动，从而根据实际着陆地点地表情况在径向方向上选取星球巡视器着陆点；所述滑轨直摆机构包括卷扬电机3和缓释绳5，所述卷扬电机3设置于着陆器上并与缓释绳5连接；所述巡视器释放机构包括三级伸展滑轨2，三级伸展滑轨2一端与着陆器连接，另一端为活动端，通过滑轨直摆机构实现上摆，为星球巡视器释放提供支撑和轨道。
所述滑轨直摆机构还包括托车滑架，缓释绳5另一端与托车滑架连接，托车滑架、卷扬电机3和缓释绳5三者配合用于控制三级伸展滑轨2直摆和星球巡视器下滑。
所述托车滑架包括滑架6、托架7和脱离销8，所述托架7固定于星球巡视器上，并与滑架6通过脱离销8连接；所述滑架6嵌套于三级伸展滑轨2中构成滑动副，用于星球巡视器滑动，所述滑动副上设有限位约束，控制三级伸展滑轨2随星球巡视器下滑而逐级伸展；滑架6还与缓释绳5连接，用于控制三级伸展滑轨2直摆、伸展和星球巡视器的下滑。
所述滑架6包括托架滑槽61和滑架销槽62，所述托架7嵌于托架滑槽61中，所述脱离销8嵌于滑架销槽62内，滑架销槽62为长槽，保证星球巡视器可以稳定滑动并在触地后可以脱离滑轨。
所述三级伸展滑轨2包括一级滑轨21、二级滑轨22和三级滑轨23，一级滑轨21与二级滑轨22之间、二级滑轨22与三级滑轨23之间通过T型槽嵌套并形成滑动副连接，为星球巡视器着陆提供轨道。
所述巡视器释放机构还包括调位棘轮4，调位棘轮4设置于着陆器上并与一级滑轨21连接，做为三级伸展滑轨2的直摆转轴并对三级伸展滑轨2的直摆角度进行锁定。
所述巡视器释放机构和星球巡视器在着陆器着陆前通过压紧机构压紧在着陆器上。
所述压紧机构包括压紧解锁装置1，所述压紧解锁装置1设置于着陆器上，为火工螺栓或电控锁定装置，对星球巡视器和巡视器释放机构进行锁定，保证星球巡视器以及巡视器释放机构在地星转移段、环星段和动力下降段等飞行过程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，保证安全和稳定。
所述三级伸展滑轨2设置有两条滑轨用以保证着陆器侧倾姿态下星球巡视器转移过程的稳定性，三级伸展滑轨2上以一定的间隔开设有排尘槽24防止星尘进入三级伸展滑轨2内导致三级伸展滑轨2伸展时发生卡滞状况。
一种采用上述单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的转移方法，它具体包括以下步骤：
a.着陆器着陆后，压紧解锁装置1开始解锁；
b.解锁完毕，卷扬电机3收卷缓释绳5，托车滑架带动三级伸展滑轨2上摆；
c.三级伸展滑轨2到达目标摆角后，卷扬电机3释放缓释绳5，三级伸展滑轨2受调位棘轮4锁定保持姿态，缓释绳5控制托车滑架和星球巡视器下滑并依次带动二级滑轨22和三级滑轨23向下滑动；
d.缓释绳5继续释放，星球巡视器下滑至前轮接触星球表面；
e.星球巡视器前轮触地后，前轮转动带动托架7沿脱离销8转动至四轮落地，最终脱离解锁。
本发明所述的单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的具体工作原理解释如下：
在着陆器抵达预定着陆地点前，压紧解锁装置1将星球巡视器与巡视器释放机构固定在着陆器表面，保证星球巡视器和巡视器释放机构在着陆器着陆前不会发生晃动而产生安全问题，如图6所示。
当着陆器抵达着陆地点后，压紧解锁装置1开始解锁，卷扬电机3工作收集缓释绳5，缓释绳5通过滑架6带动三级伸展滑轨2以调位棘轮4作为转轴轴心向上直摆，如图7所示。
当三级伸展滑轨2根据着陆地点实际情况达到目标摆角后，三级伸展滑轨2受调位棘轮4锁定保持姿态，此时卷扬电机3开始释放缓释绳5，缓释绳5控制托车滑架带动星球巡视器下滑，同时由于三级伸展滑轨2与滑架6之间形成的滑动副连接以及滑动副上具有的限位结构，使二级滑轨和三级滑轨依次由托车滑架带动向下伸展滑动，如图8所示。
缓释绳5继续释放，直至星球巡视器滑至前轮与星球表面接触抵达触地状态，如图9所示。此时星球巡视器前轮转动，受星球巡视器前轮牵引力和重力共同作用，星球巡视器带动托架7以脱离销8为转轴开始转动，托架7离开托架滑槽61，脱离销8从滑架销槽62中滑脱至四轮落地，星球巡视器完成脱离解锁过程，达到脱离状态，如图10和图11所示。
如图7所示为本发明所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构在极端工况下星球巡视器的转移情况。当着陆器发生后仰情况时，三级伸展滑轨2可以依据实际情况适当延长伸展保证星球巡视器安全着陆。当着陆器后仰角度达到14°，且三级伸展滑轨2伸展至最远端时，此为滑轨坡度最小状态。此时滑轨与水平面夹角为22.33°，为使三级伸展滑轨2顺利滑动，需保证摩擦系数小于0.411。目前，目前多采用在滑动副表面喷涂特殊材料的方法来降低摩擦系数，可将摩擦系数降至0.04。该方法可以确保三级伸展滑轨2顺利展开，以及托车滑架顺利下滑。
总结上述实施案例，本申请所述的一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构及转移方法可以通过设置的压紧解锁装置1在着陆器着陆前对星球巡视器以及巡视器释放机构进行锁定，保证着陆前星球巡视器以及释放机构的安全与稳定。在着陆器抵达预定着陆地点后，能根据着陆器实际着陆位置的地表情况通过滑轨直摆机构与巡视器释放机构的配合在径向方向上合理选取适合星球巡视器着陆的位置，并根据实际情况通过三级伸展滑轨2伸展到合适长度保证星球巡视器顺利抵达地面。通过设置的缓释绳5保证星球巡视器下滑过程更加安全平稳。通过设置的排尘槽24有效保证三级伸展滑轨顺利伸展，不会因星尘进入滑道使滑轨伸展时发生卡滞情况，同时采用双滑轨模式共同支撑导向用以保证着陆器侧倾姿态下星球巡视器转移过程的稳定性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制发明，还可以是上述实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构，其特征在于：包括巡视器释放机构和滑轨直摆机构，所述滑轨直摆机构设置于着陆器上并与巡视器释放机构连接；所述滑轨直摆机构包括卷扬电机（3）和缓释绳（5），所述卷扬电机（3）设置于着陆器上并与缓释绳（5）连接；所述巡视器释放机构包括三级伸展滑轨（2），三级伸展滑轨（2）一端与着陆器连接，另一端为活动端，为星球巡视器释放提供轨道；
所述滑轨直摆机构还包括托车滑架，缓释绳（5）另一端与托车滑架连接；
所述托车滑架包括滑架（6）、托架（7）和脱离销（8），所述托架（7）固定于星球巡视器上，并与滑架（6）通过脱离销（8）连接；所述滑架（6）嵌套于三级伸展滑轨（2）中，并与缓释绳（5）连接；
所述滑架（6）包括托架滑槽（61）和滑架销槽（62），所述托架（7）嵌于托架滑槽（61）中，所述脱离销（8）嵌于滑架销槽（62）内。
2.根据权利要求1所述的单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构，其特征在于：所述三级伸展滑轨（2）包括一级滑轨（21）、二级滑轨（22）和三级滑轨（23），一级滑轨（21）与二级滑轨（22）之间、二级滑轨（22）与三级滑轨（23）之间通过T型槽嵌套连接。
3.根据权利要求2所述的单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构，其特征在于：所述巡视器释放机构还包括调位棘轮（4），调位棘轮（4）设置于着陆器上并与一级滑轨（21）连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构，其特征在于：所述巡视器释放机构和星球巡视器通过压紧机构压紧在着陆器上。
5.根据权利要求4所述的单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构，其特征在于：所述压紧机构包括压紧解锁装置（1），所述压紧解锁装置（1）设置于着陆器上，为火工螺栓或电控锁定装置。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构，其特征在于：所述三级伸展滑轨（2）为双滑轨，滑轨上设置有排尘槽（24）。
7.一种如权利要求1所述的单电机绳驱滑轨直摆托举转移机构的转移方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
a.着陆器着陆后，压紧解锁装置（1）解锁；
b.解锁完毕，卷扬电机（3）收卷缓释绳（5），托车滑架带动三级伸展滑轨（2）上摆；
c.三级伸展滑轨（2）到达目标摆角后，卷扬电机（3）释放缓释绳（5），三级伸展滑轨（2）受调位棘轮（4）锁定保持姿态，缓释绳（5）控制托车滑架和星球巡视器下滑并依次带动二级滑轨（22）和三级滑轨（23）向下滑动；
d.缓释绳（5）继续释放，星球巡视器下滑至前轮接触星球表面；
e.星球巡视器前轮触地后，前轮转动带动托架（7）沿脱离销（8）转动至四轮落地，最终脱离解锁。
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