[发明专利]基于变刚度缓冲器的仿猫构型月球着陆器及其着陆方法

说明书

本发明提供了一种基于变刚度缓冲器的仿猫构型月球着陆器及其着陆方法，着陆器包含着陆器机体、股骨仿猫腿结构、变刚度缓冲器、胫骨仿猫腿结构、跖骨仿猫腿结构、缓冲弹簧、仿猫足垫、肩胛骨仿猫腿结构、肱骨仿猫腿结构、桡骨仿猫腿结构。当仿猫足垫、跖骨仿猫腿结构和桡骨仿猫腿结构触地后，各结构带动变刚度缓冲器工作，通过变刚度缓冲器拉/压运动，实现着陆器缓冲减速。同时，在着陆过程中，通过对变刚度缓冲器进行刚度调整，完成着陆器缓冲力及整体姿态控制，最终实现着陆器安全稳定着陆。本发明可广泛应用于各类航天着陆器，具有缓冲效果好、着陆范围广、着陆姿态可控等优点。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体是一种基于变刚度缓冲器的仿猫构型月球着陆器及其着陆方法。

背景技术

在我国“绕、落、回”三步走的无人月球探测计划结束之际，又提出了构建无人月球科研站的基本设想。目前已经成熟的被动软着陆技术所采用的着陆缓冲机构，大多在着陆前实现锁定，不能根据月面的起伏情况做适应性调整，着陆过程中缓冲力的大小也不能随冲击载荷的变化做适应性的主动变化，因此难以满足未来月球探测安全着陆要求，必须突破主动软着陆方法，根据着陆过程中的冲击力学特性主动调整缓冲力性能，确保装备姿态的稳定性。着陆器的布局与构型决定了缓冲方法的性能能够得到充分发挥，决定了机构的基本性能，是着陆缓冲机构的核心研究内容之一。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于变刚度缓冲器的仿猫构型月球着陆器及其着陆方法，通过仿生学手段进行着陆缓冲机构的设计，将仿生机器人的技术成果应用到着陆器的设计中，实现了稳定高效着陆，能够适用于我国未来月球探测。

本发明提供了一种基于变刚度缓冲器的仿猫构型月球着陆器，包括着陆器机体以及连接在着陆器机体上的一对前腿和一对后腿。

所述前腿包括肩胛骨仿猫腿结构、肱骨仿猫腿结构、桡骨仿猫腿结构、变刚度缓冲器，其中，着陆机体与肩胛骨仿猫腿结构之间通过销轴进行铰接，肩胛骨仿猫腿结构与肱骨仿猫腿结构通过销轴进行铰接；肩胛骨仿猫腿结构上设有第二限位孔，肩胛骨仿猫腿结构上的第二限位孔分别铰接有变刚度缓冲器FS和变刚度缓冲器FD，变刚度缓冲器FS和变刚度缓冲器FD分别置与肱骨仿猫腿结构的俩侧，变刚度缓冲器FS与桡骨仿猫腿结构通过销轴进行铰接，桡骨仿猫腿结构上存在第二限位孔与肱骨仿猫腿结构及变刚度缓冲器FD通过销轴进行铰接。

所述后腿包括股骨仿猫腿结构、胫骨仿猫腿结构、跖骨仿猫腿结构、变刚度缓冲器，其中，着陆机体与股骨仿猫腿结构之间通过销轴进行铰接，股骨仿猫腿结构与胫骨仿猫腿结构通过销轴进行铰接，股骨仿猫腿结构上设有第二限位孔，股骨仿猫腿结构上的第二限位孔分别铰接有变刚度缓冲器HS和变刚度缓冲器HD，变刚度缓冲器HS和变刚度缓冲器HD分别置与胫骨仿猫腿结构的俩侧，变刚度缓冲器HS与跖骨仿猫腿结构通过销轴进行铰接，跖骨仿猫腿结构上存在第二限位孔与胫骨仿猫腿结构及变刚度缓冲器HD通过销轴进行铰接。

进一步改进，所述变刚度缓冲器为现有的磁流变液缓冲器。

进一步改进，所述桡骨仿猫腿结构和跖骨仿猫腿结构底部分别铰接有仿猫足垫，铰接处设有扭簧，在缓冲着陆时起到一定的缓冲效果。

进一步改进，所述的着陆器机体安装有加速度传感器、用于测量俯仰角的角度传感器和用于测量滚转角的角度传感器。

进一步改进，所述的肩胛骨仿猫腿结构、肱骨仿猫腿结构、桡骨仿猫腿结构之间的长度比为571:912:852，所述股骨仿猫腿结构、胫骨仿猫腿结构、跖骨仿猫腿结构之间的长度比为892:912:562。

本发明还提供了一种基于变刚度缓冲器的仿猫构型月球着陆器的着陆方法，着陆器着陆时，前腿的的足垫首先触地，通过传感器获得着陆器加速度、加速度变化量、俯仰角、滚转角，对分布于前后腿的八个变刚度缓冲器进行缓冲力控制，根据不同着陆姿态来调整前后着陆腿上的变刚度缓冲器的阻尼力，实现最优着陆姿态，着陆完成后通过变刚度缓冲器实现着陆腿状态的复位。