天体着陆机构

本发明涉及深空探测技术领域，尤其涉及一种天体着陆机构。

背景技术：

太阳系小天体是指围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的天体。这些天体例如包括小行星、彗星、流星体和其他星际物质等。这些小天体可能诞生于太阳系形成之初，且极少经历二次化学和地质演化过程，因此保留了很多太阳系初始的信息。因此，对小天体的探测具有重大意义。

在飞跃、环绕、着陆等探测方式中，最直接有效的方式还是着陆附着探测。但是，由于小天体存在引力较弱且引力分布不规则、星表暗、环境不确知、距离远时测控时滞大等特点。这导致着陆机构难以实现稳健地附着在这些小天体上。例如，在小天体引力较弱的情况下，存在着陆机构着陆时多次弹跳，最终落在了光照条件较差的区域的可能性。这会导致着陆机构很快进入休眠且失去了信号，进而导致着陆任务的失败。

因此，亟需能够稳健地附着的天体着陆机构。

技术实现要素：

本发明为了至少一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明提出了一种天体着陆机构，其能够基于多智能协同控制，从而能够稳健地着陆在小天体上。

根据本发明一方面的天体着陆机构，包括：主节点部，搭载有主发动机以及第一电机。多个副节点部，各所述副节点部搭载有着陆腿。多个连接部，各所述连接部分别将各所述副节点部连接到所述主节点部。其中，所述主发动机驱动所述天体着陆机构升降。其中，所述第一电机驱动多个所述副节点部以使其相对所述主节点部转动。其中，所述连接部在与所述主节点部连接的第一端部以及与所述副节点部连接的第二端部中，至少其中一个设置为可多自由度运动。其中，在所述天体着陆机构着陆时，多个所述副节点部以相同或者不同的姿态着陆，并且通过所述着陆腿着陆到小天体上。

根据本发明的天体着陆机构，具有如下有益效果：

由于多个副节点部通过多自由度的连接部连接在主节点部上，在着陆时，副节点部能够根据着陆情况而具体调节，并且，由于各副节点部的受力方向不一致从而能够相互牵制，耗散着陆的能量，因此，本发明的天体着陆机构能够一定程度上抑制着陆时的弹跳，从而更加稳健地着陆。

在一些实施例中，所述主节点部包括：第一安装台，所述第一电机安装到所述第一安装台；第一载荷平台，和所述第一电机连接，以相对于所述第一安装台旋转的方式被所述第一电机驱动；所述第一端部和所述第一载荷平台连接。

在一些实施例中，所述第一端部设置为可多自由度运动，所述第一端部至少包括：第一偏航驱动部，使所述副节点部相对所述主节点部平行地摆动；第一俯仰驱动部，使所述副节点部相对所述主节点部上下摆动；第一伸缩驱动部，使所述副节点部相对所述主节点部，以远离或者靠近所述主节点部的方式进行伸缩。

在一些实施例中，所述第二端部设置为可多自由度运动。

在一些实施例中，各所述副节点部上，还搭载有姿态控制部。

在一些实施例中，所述姿态控制部包括姿控飞轮或者喷气机构。

在一些实施例中，各所述副节点部上，分别设置有第二安装台，所述着陆腿弹性伸缩地安装到所述第二安装台。

在一些实施例中，所述主节点部上，还搭载有第一控制部，所述第一控制部协同控制所述主节点部和各所述副节点部。

在一些实施例中，各所述副节点部上，分别搭载有第二控制部，所述第二控制部单独控制各所述姿态控制部。

在一些实施例中，所述主节点部上，还搭载有第一控制部，所述第一控制部协同控制所述主节点部和各所述第二控制部。

附图说明

图1是本发明的天体着陆机构的一种实施例的俯视图。

图2是图1中的天体着陆机构的仰视图。

图3是图1中的a处的局部放大图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

图1、图2分别是本发明的天体着陆机构的一种实施例的俯视图以及仰视图，图3是图1中的a处的局部放大图。参照图1至图3，根据本发明一方面的天体着陆机构，包括：主节点部101、多个副节点部102以及多个连接部103。其中，主节点部101搭载有主发动机104以及第一电机105。各副节点部102分别搭载有着陆腿106。各连接部103分别将各副节点部102连接到主节点部101。主发动机104驱动天体着陆机构升降。第一电机105驱动多个副节点部102以使其相对主节点部101转动。连接部103在与主节点部101连接的第一端部107以及与副节点部102连接的第二端部108中，至少其中一个设置为可多自由度运动。在天体着陆机构着陆时，多个副节点部102以相同或者不同的姿态着陆，并且通过着陆腿106着陆到小天体上。

在本实施例中，由于多个副节点部102通过多自由度的连接部103连接在主节点部101上，在着陆时，副节点部102能够根据着陆情况而具体调节，并且，由于各副节点部102的受力方向不一致从而能够相互牵制，耗散着陆的能量，因此，本发明的天体着陆机构能够一定程度上抑制着陆时的弹跳，从而更加稳健地着陆。

主节点部101包括第一载荷平台109，第一载荷平台109上搭载有例如用于整体上协同控制整个天体着陆机构的总控制中心(为了便于区分，后面也称“第一控制部”)，第一控制部(未图示)包括例如单片机、plc、微型计算机等的硬件之一。此外，这些硬件上还存储有例如用于协同控制主节点部101以及副节点部102等的存储介质(控制程序)。此外，第一载荷平台109上还可以搭载例如各类感知系统(未图示)、科研装置(未图示)等。这些感知系统包括但不限于：ccd、智能相机、激光雷达等各种视觉类传感器等。这些科研装置包括但不限于例如：采样机械手、挖掘机械手等。第一控制部协同控制主节点部101和各副节点部102。具体而言，例如，第一控制部根据感知系统所检测到的着陆位置的实时情况，从而实时调整主节点部101的姿态，此外，也分别调整各副节点部102相对于主节点部101的姿态和/或各副节点部102本身的姿态，由此，使各副节点部102之间以相对于主节点部101相同或者不同的姿态着陆，和/或各自之间以相同或者不同的姿态着陆。

此外，主节点部101还包括第一安装台110。主发动机104搭载在第一安装台110上。主发动机104能够提供垂直于小天体的星表的速度增量等，以驱动天体着陆机构整体上升降。

第一电机105同样安装到第一安装台110。第一载荷平台109和第一电机105的输出轴连接，以相对于第一安装台110旋转的方式被第一电机105驱动。连接部103的第一端部107和第一载荷平台109连接。具体而言，第一载荷平台109以相对于第一安装台110可旋转的方式安装到第一安装台110。第一载荷平台109相对第一安装台110的转动方式并不特别限定，例如，第一载荷平台109和第一安装台110可以通过例如行星齿轮等的齿轮传动装置连接。第一电机105通过齿轮传动装置使第一载荷平台109旋转。由此，能够实现第一载荷平台109相对于第一安装台110的平行地转动。这不仅能够实现为搭载在第一载荷平台109的自身的视觉类传感器、天线、太阳能帆板等提供良好的视野，而且能够提高搭载在第一载荷平台109上的感知系统的探测灵敏度，从而实现在着陆之前更好地判断着陆的环境，并根据着陆的环境调整着陆的姿态。

副节点部102包括多个，副节点部102例如包括3个以上，优选地包括4个。副节点部102通过连接部103沿主节点部101的周向均匀地连接到第一载荷平台109。由此，能够实现在第一电机105驱动第一载荷平台109相对于第一安装台110平行的转动的同时，各副节点部102也一起转动。由此，能够调整副节点部102着陆时的位置和方向。

在一些实施例中，为了使各副节点部102相对主节点部101能够以相同或者不同的姿态着陆，第一端部107设置为可多自由度运动，第一端部107至少包括：第一偏航驱动部111、第一俯仰驱动部112以及第一伸缩驱动部113。其中，第一偏航驱动部111使副节点部102相对主节点部101平行地摆动。第一俯仰驱动部112使副节点部102相对主节点部101上下摆动。第一伸缩驱动部113使副节点部102相对主节点部101，以远离或者靠近主节点部101的方式进行伸缩。

继续参照图3，具体而言，第一偏航驱动部111例如包括偏航驱动用的第二电机114和第一关节115。第一关节115的一端铰接到第一载荷平台109，并相对于第一载荷平台109可平行地摆动。第二电机114安装到第一载荷平台109。第二电机114和第一关节115连接，并驱动第一关节115相对第一载荷平台109平行地摆动(为了方便，以第一关节115绕y轴摆动进行说明)。第一关节115根据实际情况设置能够摆动的角度。此外，第一关节115的摆动角度的控制并不特别限定，例如可以通过第二电机114结合位置传感器或者角度传感器或者其本身的角度编码器等控制第一关节115的摆动角度。

第一俯仰驱动部112例如包括俯仰驱动用的第三电机116和第二关节117。第二关节117的一端铰接到第一关节115的另一端。第三电机116安装到第一关节115，并驱动第二关节117相对第一关节115沿垂直于y轴的x轴摆动。第二关节117根据实际情况设置能够摆动的角度。此外，第二关节117的摆动角度的控制并不特别限定，例如可以通过第三电机116结合位置传感器或者角度传感器或者其本身的角度编码器等控制第二关节117的摆动角度。

第一伸缩驱动部113包括例如伸缩驱动用的第四电机118和相对第二关节117可伸缩的伸缩件119(辅助参照图1、图2)。伸缩件119滑动地安装到第二关节117。第四电机118安装到第二关节117。第四电机118和伸缩件119通过例如齿轮齿条机构、丝杆传动机构或者同步带传动机构等的一种连接，以驱动伸缩件119相对第二关节117可伸缩地滑动。

副节点部102和伸缩件119连接。由此，副节点部102能够相对于主节点部101，被各电机驱动以进行偏航、俯仰、伸缩动作或者这些动作的组合。由此，能够根据实际的情况，调整副节点部102相对于主节点部101的姿态，实现天体着陆机构更加稳健的着陆。

此外，上面虽然说明了第一偏航驱动部111和第一载荷平台109连接，第一俯仰驱动部112和第一偏航驱动部111连接，第一伸缩驱动部113和第一俯仰驱动部112连接的例子，但是并不限于此。本领域的技术人员可以根据实际需要进行重新布局，例如可以使第一俯仰驱动部112和第一载荷平台109连接，使第一偏航驱动部111和第一俯仰驱动部112连接等。

此外，上面虽然说明了连接部103的第一端部107具有三自由度(偏航、俯仰、伸缩)的例子，但是并不限于此，例如也可以在第一端部107设置例如旋转驱动部(未图示)，以使副节点部102相对主节点部101能够旋转。

继续参照图1、图2，在一些实施例中，为了使各副节点部102能够独立地控制姿态，第二端部108设置为可多自由度运动。第二端部108只要使各副节点部102本身能够独立地控制姿态，并不特别限定，例如，第二端部108可以设置有球头状的浮动连接装置(未图示)，各副节点部102通过这些浮动连接装置和第一伸缩驱动部113的伸缩件119连接。此外，第二端部108也可以参考第一端部107的结构进行设置。

在一些实施例中，为了独立地控制各副节点部102的姿态，各副节点部102上，还搭载有姿态控制部120。具体而言，各副节点部102上分别设置有第二安装台121和第二载荷平台122。姿态控制部120例如包括姿控飞轮123，姿控飞轮123可以参考例如卫星装置上已经使用的姿控飞轮123进行设计。姿控飞轮123安装到第二安装台121上，并使各副节点部102本身独立地控制姿态。由此能够实现各副节点部102以不同的角度或者不同的时间着陆。此外，姿态控制部120也可以使用例如多自由度的喷气机构(未图示)来代替姿控飞轮123。

第二载荷平台122上也搭载有例如用于控制该副节点部102的副控制中心(为了便于区分，也称“第二控制部”)。第二控制部(未图示)同样包括例如单片机、plc、微型计算机等的硬件之一。此外，这些硬件上存储有例如用于辅助主节点部101的控制以及其自身的控制等的存储介质(控制程序)。此外，第二载荷平台122上可以搭载例如各类感知系统、科研装置等。第二控制部分别单独控制各姿态控制部120。具体而言，例如，第二控制部仅根据来自其所搭载的副节点部102的自身的感知系统的信息以及来自作为主控制中心的第一控制部的命令，而独立地控制该副节点部102上的姿控飞轮123。由此，能够简化第二控制部的控制流程以及减少第二控制部和其他控制装置之间的数据传输。

由此，第一控制部根据主节点部101以及各副节点部102的感知系统所检测到的着陆位置的实时情况，协同第二控制部从而多智能协同控制主节点部101以及各副节点部102的姿态，使各副节点部102之间以相对于主节点部101相同或者不同的姿态着陆，和/或各自之间以相同或者不同的姿态着陆。

需要说明的是，上面虽然以姿控飞轮123作为姿态控制部120为例进行了说明，但是并不限于此。姿态控制部120同样可以包括在第二端部108设置的旋转驱动部(未图示)等。

需要说明的是，各副节点部102的结构既可以相同也可以不同。此外，各副节点部102的第二载荷平台122上搭载的器件既可以相同也可以不同。

在一些实施例中，为了对天体着陆机构的着陆进行缓冲，各副节点部102上的着陆腿106分别弹性伸缩地安装到第二安装台121。具体而言，着陆腿106可以通过例如弹簧(未图示)等能够缓冲的结构可伸缩地安装到第二安装台121。由此，在天体着陆机构着地时，通过着陆腿106的缓冲，能够抑制天体着陆机构的硬着陆，从而更加稳健地着陆。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。