足底力传感器伸缩保护装置的制作方法

本发明涉及着陆器缓冲及姿态控制领域，具体是一种足底力传感器伸缩保护装置。

背景技术：

星际探测不仅包括软着陆，也包括在外星体表面进行更深入的科学考察。随着这些探测活动的不断深入，对缓冲后的着陆器本体姿态与可探测的外星体表面范围提出了越来越高的要求。

传统的着陆器在着陆缓冲后即固定在着陆点，探测范围的扩展只能通过释放其所携带的巡视器等手段实现。因此，当出现着陆区域地形地貌凹凸不平、着陆后的姿态不理想或着陆器缓冲腿在外星体表面下陷等不利工况时，完成缓冲并固定在着陆点的着陆器将无法调整自身的位置和姿态，可能会影响到所搭载的科学仪器等有效载荷的工作状态，进而对后续探测任务的实施产生不利影响。

目前，在给行星际着陆器赋予姿态调整与行走功能的研究领域，国内已知的有上海宇航系统工程研究所提出的可行走月球软着陆机构（cn201510302516.6）和北京空间飞行器总体设计部提出的具有着陆缓冲功能的行走机器人（cn201510616864.0）。前者将主/辅助缓冲支柱的一端连接至可在（安装于着陆器侧壁上的）滑轨上滑动的滑块，并通过驱动滑块在滑轨上滑动的方式实现主/辅助缓冲支柱的运动；后者在主缓冲支柱内部集成基于开合螺母的丝杠传动机构实现着陆后对主缓冲支柱的驱动。

由机器人学相关理论可知，着陆器在实现行走与姿态调整等功能时，控制系统需要检测其机械腿末端与星表之间的相互作用力，即足底力，作为协调各机械腿运动的依据。然而，上述各方案并未述及该部分内容。

此外，在为着陆器机械腿安装足底力传感器时，需要通过机械结构等手段避免着陆器缓冲时的强烈冲击对传感器造成损坏，且在完成缓冲后，还能顺利地接通力传递路径，实现对足底力的检测。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种足底力传感器伸缩保护装置，可在着陆器缓冲前与缓冲时，断开力传递路径，在着陆器缓冲后，接通力传递路径，实现对足底力的检测，结构简单可靠，控制方便，除可行走/可调姿着陆器外，还可用于腿式机器人或其他需要对压力传感器进行保护的场合，具备较强的使用灵活性。

本发明包括机械腿杆组件以及从上至下依次安装在机械腿杆组件内部的驱动系统组件、传感器上顶板组件、传感器组件和伸缩滑动球铰组件，伸缩滑动球铰组件下方安装有足垫；

所述机械腿杆组件包括机械腿杆、上滑动导轨以及下滑动导轨；其中，机械腿杆内部开有空腔，空腔中安装有上滑动导轨；机械腿杆末端为方孔结构，方孔内壁四周均布有下滑动导轨；

所述传感器上顶板组件包括传感器上顶板与弹簧，其中，传感器上顶板可沿所述机械腿杆组件中的上滑动导轨上下滑动，且其上开有传感器上顶板中央通孔；弹簧的上端与传感器上顶板下端面连接，弹簧的下端与伸缩滑动球铰组件连接；

所述传感器组件包括从上至下依次固定连接形成一个整体的传感器上连接件、压力传感器以及传感器下连接件，各组件均与所述传感器上顶板组件中的弹簧同轴，传感器组件在驱动系统组件的驱动下沿上滑动导轨做直线往复运动；

所述伸缩滑动球铰组件包括滑动球铰上部分与滑动球铰下部分，其中，滑动球铰上部分安装于所述机械腿杆组件的机械腿杆末端的方孔内，可沿下滑动导轨上下滑动。

进一步改进，所述驱动系统组件包括从上至下依次连接的电机、联轴器和丝杠，丝杠通过螺母与螺母安装座配合连接，螺母安装座下方有凸出的螺母安装座螺纹杆，传感器组件与螺母安装座螺纹杆固定连接，传感器组件在电机的驱动下随螺母安装座一并沿上滑动导轨运动。

进一步改进，所述的机械腿杆组件中机械腿杆空腔内上滑动导轨上方安装有机械腿杆加强梁。

进一步改进，所述的滑动球铰上部分顶端中央开有中央沉孔，滑动球铰上部分的底部设计有凸缘。

传感器组件中的传感器下连接件下端面与伸缩滑动球铰组件中的滑动球铰上部分中央沉孔接触时，传感器上顶板组件中的弹簧为自然长度，且传感器上顶板与传感器上连接件为临界接触；

传感器组件沿上滑动导轨向上运动时，会通过传感器上顶板与传感器上连接件的接触带动传感器上顶板组件一并向上运动，在滑动球铰上部分底部上端面与机械腿杆末端接触后，弹簧将被拉伸，使得传感器下连接件与滑动球铰上部分中央沉孔完全分离，实现传感器力传递路径的可靠断开；

传感器组件沿上滑动导轨向下运动时，在传感器下连接件与滑动球铰上部分中央沉孔接触后，弹簧恢复为自然长度，使得传感器上顶板组件与伸缩滑动球铰组件一并向下运动，在滑动球铰上部分与机械腿杆末端分离后，实现传感器力传递路径的可靠接通。

本发明有益效果在于：

1、驱动系统带动传感器向上运动，在滑动球铰上部分底部上端面与机械腿杆末端下端面接触后，可通过弹簧的拉伸变形，使得传感器下连接件下端面与滑动球铰上部分中央沉孔底面完全分离，实现力传递路径的可靠断开；可在着陆器缓冲前与缓冲时，将足底力传感器缩回，断开力传递路径，实现对传感器的保护。

2、驱动系统带动传感器向下运动，当传感器下连接件下端面与滑动球铰上部分中央沉孔底面接触时，弹簧恢复为自然长度，使得传感器上顶板下端面与传感器上连接件上端面为临界接触，此时，驱动系统带动传感器继续向下运动，使得滑动球铰上部分底部上端面与机械腿杆末端下端面完全分离，实现力传感器路径的可靠接通。在着陆器缓冲后，将足底力传感器伸出，接通力传递路径，实现对足底力的检测。

3、通过引入驱动系统中的丝杠螺母传动机构，实现了被保护的传感器的上下往复运动，该装置结构简单可靠，控制方便，除可行走/可调姿着陆器外，还可用于腿式机器人或其他需要对压力传感器进行保护的场合，具备较强的使用灵活性。

附图说明

图1为本发明一种足底力传感器伸缩保护装置的整机结构示意图；

图2为本发明一种足底力传感器伸缩保护装置的整机分解示意图；

图3为本发明一种足底力传感器伸缩保护装置的回缩状态示意图；

图4为本发明一种足底力传感器伸缩保护装置的外伸状态示意图。

其中，1-机械腿杆组件，11-机械腿杆，111-机械腿杆加强梁，1111-电机安装孔，112-机械腿杆末端下端面，12-上滑动导轨，13-下滑动导轨，2-驱动系统组件，21-电机，22-联轴器，23-丝杠，24-螺母，25-螺母安装座，251-螺母安装座螺纹杆，3-传感器上顶板组件，31-传感器上顶板，311-传感器上顶板中央通孔，312-传感器上顶板下端面，32-弹簧，4-传感器组件，41-传感器上连接件，411-传感器上连接件中央螺纹孔，412-传感器上连接件上端面，42-压力传感器，43-传感器下连接件，431-传感器下连接件下端面，5-伸缩滑动球铰组件，51-滑动球铰上部分，511-滑动铰链上部分中央沉孔，512-滑动球铰上部分上端面，513-滑动球铰上部分底部上端面，514-滑动球铰上部分中央沉孔底面，52-滑动球铰下部分，6-足垫。

具体实施方式

下面参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明整机结构和分解结构分别如图1和图2所示，包括机械腿杆组件1以及从上至下依次安装在机械腿杆组件1内部的驱动系统组件2、传感器上顶板组件3、传感器组件4和伸缩滑动球铰组件5，伸缩滑动球铰组件5下方安装有足垫6；

所述机械腿杆组件1包括机械腿杆11、上滑动导轨12以及下滑动导轨13；其中，机械腿杆11内部开有空腔，空腔中安装有上滑动导轨12；机械腿杆11末端为方孔结构，方孔内壁四周均布有下滑动导轨13；

所述传感器上顶板组件3包括传感器上顶板31与弹簧32，其中，传感器上顶板31可沿所述机械腿杆组件1中的上滑动导轨12上下滑动，且其上开有传感器上顶板中央通孔311；弹簧32的上端与传感器上顶板下端面312连接，弹簧32的下端与伸缩滑动球铰组件5连接；

所述传感器组件4包括从上至下依次固定连接形成一个整体的传感器上连接件41、压力传感器42以及传感器下连接件43，各组件均与所述传感器上顶板组件3中的弹簧32同轴，传感器组件4在驱动系统组件2的驱动下沿上滑动导轨12做直线往复运动；

所述伸缩滑动球铰组件5包括滑动球铰上部分51与滑动球铰下部分52，其中，滑动球铰上部分51安装于所述机械腿杆组件1的机械腿杆11末端的方孔内，可沿下滑动导轨13上下滑动。

进一步改进，所述驱动系统组件2包括从上至下依次连接的电机21、联轴器22和丝杠23，丝杠23通过螺母24与螺母安装座25配合连接，螺母安装座25下方有凸出的螺母安装座螺纹杆251，传感器组件4与螺母安装座螺纹杆251固定连接，传感器组件4在电机21的驱动下随螺母安装座25一并沿上滑动导轨12运动。

进一步改进，所述的机械腿杆组件1中机械腿杆11空腔内上滑动导轨12上方安装有机械腿杆加强梁111。

进一步改进，所述的滑动球铰上部分51顶端中央开有中央沉孔511，滑动球铰上部分51的底部设计有凸缘。

当所述驱动系统组2中的电机21通过联轴器22带动丝杠23转动时，内部安装有螺母24的螺母安装座25会沿所述机械腿杆组件1中的机械腿杆11空腔内部两壁上成对安装的上滑动导轨12做上下滑动，从而带动与螺母安装座25固定连接的所述传感器组件4一并做上下运动，使得传感器下连接件43在所述伸缩滑动球铰组件5中的滑动铰链上部分中央沉孔511内做上下运动。

如图2、图3所示，当电机21驱动螺母安装座25沿上滑动导轨12向上运动时，会一并带动传感器组件4向上运动，当传感器上连接件上端面412与传感器上顶板下端面312接触（即l3-4为零）时，会带动传感器上顶板31一并向上运动，从而通过弹簧32带动滑动球铰上部分51一并向上运动，直到滑动球铰上部分底部上端面513与机械腿杆末端下端面112接触（即l1-5为零），此时，电机21继续转动，弹簧32被拉伸，传感器下连接件下端面431与滑动球铰上部分顶端中央圆柱形沉孔底面514分离（即l4-5大于零），彻底切断传感器的力传递路径，此时，电机21可以停止转动，从而实现了本发明对传感器的缩回保护功能。

如图2、图4所示，当电机21驱动螺母安装座25沿上滑动导轨12向下运动时，会一并带动传感器组件4向下运动，使得处于拉伸状态的弹簧32自然回缩，直到传感器下连接件下端面431与滑动球铰上部分顶端中央圆柱形沉孔底面514接触（即l4-5为零），此时，弹簧32处于自然长度，且使得传感器上顶板下端面312与传感器上连接件上端面412处于临界接触状态（即l3-4约等于且不小于零），电机21继续转动，带动传感器上顶板组件3、传感器组件4、伸缩滑动球铰组件5以及足垫6一并继续向下运动，使得滑动球铰上部分底部上端面513与机械腿杆末端下端面112彻底分离（即l1-5大于零），接通传感器42的力传递路径，从而实现了本发明对传感器的伸出检测功能。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。