着陆器姿态模拟平台装置制造方法

着陆器姿态模拟平台装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种着陆器姿态模拟平台装置，包括：顶板、机架、姿态角模拟模块、移动分系统接口，姿态角模拟模块连接在顶板与机架之间，姿态角模拟模块、顶板与机架以共心三轴承的方式相互旋转，采用三个自由度得到所需的倾斜方向、指向以及倾斜角度，分系统接口连接在顶板的顶面，用以锁紧/释放一移动分系统；姿态角模拟模块包括：上楔盘和下楔盘，上楔盘的楔面与下楔盘的楔面可旋转连接，上楔盘的底面与顶板可旋转连接，下楔盘的底面与机架可旋转连接；其中，三个自由度包括：下楔盘相对于机架转动用以控制顶板的倾斜方向，顶板相对于上楔盘的转动用以控制顶板的指向，上楔盘与下楔盘的相对转动用以控制顶板的倾斜角度。
【专利说明】着陆器姿态模拟平台装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及航天【技术领域】，特别涉及一种用于模拟着陆器工作状态的装置。
[0002]

【背景技术】
[0003] 在宇宙空间的星球探索过程中，巡视器(对于整个登陆系统而言，也称之为移动分 系统）是目前最为理想的设备。在巡视器抵达目标星球表面时，是通过着陆器完成着陆后， 再进行巡视器与着陆器的分离，从而才能顺利踏上星球表面。就如同玉兔号抵达月球一样， 同样是通过着陆器完成登月。
[0004] 巡视器在着陆器上的移动性能是巡视器转移至星球表面的重要前提，通常需要对 其最大移动速度、姿态角适应能力、静止保持能力、制动能力、牵引能力进行检测，以便得知 其在各种工况下的性能指标。但是，着陆器的造价非常高昂，同时也很难用于模拟测试，因 此，需要一种造价低廉且能够实现各种着陆姿态控制功能的模拟设备。
[0005]


【发明内容】

[0006] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种着陆器姿态模拟平台装置。本 发明通过以下技术方案实现： 一种着陆器姿态模拟平台装置，包括：顶板、机架、姿态角模拟模块、移动分系统接口， 姿态角模拟模块连接在顶板与机架之间，姿态角模拟模块、顶板与机架以共心三轴承的方 式相互旋转，采用三个自由度得到所需的倾斜方向、指向以及倾斜角度，分系统接口连接在 顶板的顶面，用以锁紧/释放一移动分系统； 姿态角模拟模块包括：上楔盘和下楔盘，上楔盘的楔面与下楔盘的楔面可旋转连接，上 楔盘的底面与顶板可旋转连接，下楔盘的底面与机架可旋转连接； 其中，三个自由度包括：下楔盘相对于机架转动用以控制顶板的倾斜方向，顶板相对 于上楔盘的转动用以控制顶板的指向，上楔盘与下楔盘的相对转动用以控制顶板的倾斜角 度。
[0007] 较佳的，移动分系统接口包括：移动分系统支架与若干压紧释放装置，移动分系统 支架，设置在顶板的顶面，用以支撑移动分系统，若干锁紧释放装置分别与移动分系统的车 轮可拆卸连接； 压紧释放装置包括： 一端分别弹性连接在移动分系统的车轮上的轮轴锁紧拉杆； 拉杆阻铁摆杆，顶端连接一拉杆阻铁轴承，轮轴锁紧拉杆可拆卸连接拉杆阻铁轴承的 另一端； 推杆，一端连接拉杆阻铁摆杆的一侧，另一端固定连接有一弹性件； 电磁铁，设置在推杆的另一端； 其中，在锁紧状态下，电磁铁磁性连接并压缩弹性件，轮轴锁紧拉杆的另一端与拉杆阻 铁轴承连接；在释放状态下，电磁铁断开与弹性件的磁性连接，弹性件在弹力作用下推动推 杆，推杆推动拉杆阻铁摆杆侧移，使轮轴锁紧拉杆与拉杆阻铁轴承断开连接。
[0008] 较佳的，电磁铁包括电磁铁线圈，电磁铁线圈的两端跨接一二极管，用以在断电后 使电磁铁线圈加速失磁。 较佳的，还包括一悬梯模块，可活动连接在顶板的一侧，悬梯模块包括：悬梯、悬梯杆系 铰链座、摆杆以及伸缩杆； 摆杆的一端铰接在悬梯杆系铰链座上，另一端铰接在悬梯靠近顶板的一端，摆杆通过 绕其与悬梯杆系铰链座连接的一端摆动调整悬梯延伸和收缩； 伸缩杆另一端铰接在悬梯上，另一端铰接在悬梯的下侧，伸缩杆通过收缩控制悬梯的 倾斜角度。
[0009] 较佳的，还包括电缆牵引分离模拟模块，设置在顶板上，用以模拟移动分系统的牵 引力测量。
[0010] 较佳的，电缆牵引分离模拟模块包括： 插座安装架，设置在移动分系统上； 可脱离插头，可脱离连接插座安装架； 传感器，固定在一测力支撑架上； 牵引力传力索，连接可脱离插头与传感器，用以将移动分系统的牵引力传递至传感器 上； 插头保护悬索，连接在可脱离插头的上侧，用以防止可脱离插头损坏。
[0011] 较佳的，顶板、机架、上楔盘和下楔盘之间分别设置有电机，用以驱动顶板、机架、 上楔盘和下楔盘之间的相对旋转。
[0012] 较佳的，顶板的倾斜角度相对重力线在0至42度。
[0013] 较佳的，上楔盘和下楔盘的楔角相同，为21度。
[0014] 通过本发明可以实现着陆器姿态角的模拟、移动分系统的锁紧/释放模拟，以及 牵引力的测量模拟，且成本低廉，解决了目前模拟成本大的问题。
[0015]

【专利附图】

【附图说明】
[0016] 图1所示的是本发明的结构示意图； 图2所示的是本发明在姿态角模拟状态中的结构示意图； 图3所示的是本发明的悬梯模块结构示意图； 图4所示的是本发明的移动分系统接口的结构示意图； 图5所示的是本发明的电磁铁的结构示意图； 图6所示的是本发明电缆牵引分离模拟模块的结构示意图。
[0017]

【具体实施方式】
[0018] 以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述 和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明的保护范围。
[0019] 为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的 解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。
[0020] 如图1所示，本发明提供的一种着陆器姿态模拟平台装置，包括：顶板1、机架2、姿 态角模拟模块3、移动分系统接口、悬梯模块、电缆牵引分离模拟模块6,用来实现着陆器的 姿态角模拟、移动分系统锁紧/释放模拟，以及电缆牵引分离模拟。移动分系统接口包括移 动分系统支架407与若干压紧释放装置41。
[0021] 如图2所示，本平台以"共心三轴承"机构为基础，采用三个自由度"合成"所需的 俯仰角和侧倾角，保证整个平台刚度，姿态角模拟模块3包括：上楔盘301和下楔盘302,上 楔盘301的楔面与下楔盘302的楔面可相对旋转，上楔盘301的底面与顶板1可相对旋转， 下楔盘302的底面与机架2可相对旋转。在本实施例中，相对旋转是通过不同的电机来驱 动的。三个自由度包括：下楔盘302相对于机架2转动通过倾斜方向电机13来驱动，用来 控制顶板1的倾斜方向；顶板1相对于上楔盘301的转动是通过顶板指向电机15来驱动， 用以控制顶板1的指向（即悬梯512的指向）；上楔盘301与下楔盘302的相对转动是通过 倾斜角度电机12来驱动，用以控制顶板1的倾斜角度。在真实模拟的情况下，顶板1的周 围需要加装如图1中所示的围板10来装载其他所需部件，但本发明并不以此为限。
[0022] 下楔盘302相对于机架2转动，以及顶板1相对于上楔盘301的转动非常容易理 解，而上楔盘301与下楔盘302的相对转动，使得上楔盘301的楔面与下楔盘302的楔面相 互配合，产生倾斜。在本实施例中，上楔盘301与下楔盘302具有相同的楔角21度，随着两 者的相对转动，可使顶板1相对于重力线产生倾斜角为〇至42度之间的任意角度，完成着 陆器姿态角的模拟。本发明对此不做限制，技术人员可根据实际情况设置上楔盘301与下 楔盘302具的楔角。
[0023] 如图1至3所示，悬梯模块连接在顶板1上，包括：悬梯驱动电机11，连接在顶板1 的下侧；运动传递板509,铰接在顶板1的下侧；悬梯驱动连杆508,连接在悬梯驱动电机11 与运动传递板509之间；悬梯512,下侧设置有悬梯支架510,悬梯支架510连接运动传递板 509。在悬梯驱动电机11的驱动下，悬梯512绕顶板1的一侧边做径向转动。悬梯驱动电机 11通过悬梯驱动丝杠504驱动悬梯驱动连杆508,悬梯驱动连杆508带动运动传递板509， 从而推动悬梯512绕顶板1 一侧边做径向转动。转动范围+5度至-40度。悬梯512停留 在此范围内的任意角度，均不干涉顶板1向任何方向作42度范围内的倾斜运动。另外，两 根悬梯512相互独立的分别驱动。悬梯512的下侧设置有悬梯支架510,保证悬梯512的支 撑力。图3中，由于不能保证地表平整，所以还需要对两个悬梯512的异面角度模拟。
[0024] 悬梯缓释是通过一个驱动机构同时控制直径相同的两个绞盘释放缆绳缓释(两侧 的)悬梯摆杆502,实现悬梯512逐渐趋向地面，保证释放过程中两侧悬梯512的同步性。两 侧悬梯分别采用可伸缩的伸缩杆(静端503、动端504)独立地给出不同的对月面夹角，实现 两个悬梯的不同俯仰角度，模拟两悬梯异面角度。伸缩杆与悬梯摆杆502 -端连接悬梯杆 系铰链座501，另一端连接在悬梯512或者悬梯支架510。悬梯摆杆502通过绕其与悬梯杆 系铰链座501连接的一端摆动调整悬梯512延伸和收缩，伸缩杆通过收缩控制悬梯的倾斜 角度。
[0025] 如图2和图4所示，分系统接口包括：移动分系统支架407、车轮锁紧安装座403、 拉杆阻铁摆杆401、推杆408、弹性件410、电磁铁411、轮轴锁紧拉杆405、拉杆阻铁轴承 406、拉杆导套404。移动分系统支架407,设置在顶板1的顶面，用以支撑移动分系统；车轮 锁紧安装座403,连接在移动分系统支架407的一侧，旁边有一车轮导向栏402,用来为移动 分系统导向；拉杆阻铁摆杆401，设置在车轮锁紧安装403内；推杆408, 一端连接穿过车轮 锁紧安装403,可活动连接拉杆阻铁摆杆401的侧边；弹簧410,固定连接在推杆408的另一 端；电磁铁411，设置在推杆408的另一端；轮轴锁紧拉杆405, 一端弹性连接在移动分系统 的车轮轴锁紧耳片（防逃帽）；拉杆阻铁轴承406,连接在拉杆阻铁摆杆401的一端于轮轴锁 紧拉杆405的另一端之间；拉杆导套404,套接在轮轴锁紧拉杆405外。
[0026] 移动分系统的锁紧，由电磁铁411的吸合进行模拟，电磁铁411设置在电磁铁安装 座409中。当电磁铁411失去吸力时（断电)，原本由电磁铁411的吸合力保持压缩的弹簧 410 (预压缩力约为160N)得以释放，弹簧410推动推杆408以很大的加速度向左运动，从 而推动拉杆阻铁摆杆401向左运动。当拉杆阻铁摆杆401顶端的拉杆阻铁轴承406离开轮 轴锁紧拉杆405底端的环槽时，轮轴锁紧拉杆405将失去压紧约束。安装在车轮轴锁紧耳 片上（防逃帽中）的弹簧将使轮轴锁紧拉杆405向上运动，彻底从拉杆导套404中抽出，从而 完成移动分系统的释放。
[0027] 由于压紧释放装置41通常是几个，分别连接在移动分系统的车轮上，电磁铁失去 吸力的过程应尽量迅速，以便提高分系统接口的同步性。为了让电磁铁迅速失磁(即线圈中 的能量迅速泄放)，在线圈两端跨接续流二极管，如图5所示。断电后，线圈由肖特基二极管 续流，电磁能量在二极管的电阻上变为热能而迅速耗散。若电磁铁额定工作电流为〇. 9A，电 磁铁的失磁过程(吸力降低至1%额定吸力）的时间可控制在50ms以内。
[0028] 如图6所示，电缆牵引分离模拟模块6,包括：插座安装架602,设置在移动分系统 上；可脱离插头603,可脱离连接插座安装架602 ;传感器607,固定在一测力支撑架606上； 牵引力传力索605,连接可脱离插头603与传感器607,用以将移动分系统的牵引力传递至 传感器607上；插头保护悬索604,连接在可脱离插头603的上侧，用以防止可脱离插头603 损坏。
[0029] 移动分系统牵引产生的力通过牵引力传力索605施加在传感器607上。传感器 607采用电阻应变式力传感器，由弹性体和电阻应变片组成，应变片构成惠更斯电桥。当弹 性体受载发生变形时，应变片受拉或受压，其阻值变化造成电桥失衡，从而产生与载荷相应 的差动信号。信号先经放大，后经低通滤波，最后经A/D转换，从而测得不断变化的牵引力 曲线。上位机可通过RS232与本发明进行通信，控制本发明工作。
[0030] 通过本发明，可以方便的测试移动分系统在各种工况下的移动速度、功率消耗、 姿态角适应能力、制动距离、制动时间、挂钩牵引力等指标，解决了移动分系统在着陆器平 台上压紧释放过程模拟、从着陆器向月面转移过程的姿态模拟以及双悬梯角度精确调控问 题，实现了月面巡视器移动分系统月面释放分离的地面模拟试验，达到了多点压紧同步释 放模拟、大载荷下高刚度多自由度姿态模拟、悬梯整体高同步性且两悬梯异面夹角可调等 效果。
[0031] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。
【权利要求】
1. 一种着陆器姿态模拟平台装置，其特征在于，包括：顶板、机架、姿态角模拟模块、移 动分系统接口，所述姿态角模拟模块连接在所述顶板与所述机架之间，所述姿态角模拟模 块、所述顶板与所述机架以共心三轴承的方式相互旋转，采用三个自由度得到所需的倾斜 方向、指向以及倾斜角度，所述分系统接口连接在所述顶板的顶面，用以锁紧/释放一移动 分系统； 所述姿态角模拟模块包括：上楔盘和下楔盘，所述上楔盘的楔面与所述下楔盘的楔面 可旋转连接，所述上楔盘的底面与所述顶板可旋转连接，所述下楔盘的底面与所述机架可 旋转连接； 其中，所述三个自由度包括：所述下楔盘相对于所述机架转动用以控制所述顶板的倾 斜方向，所述顶板相对于所述上楔盘的转动用以控制所述顶板的指向，所述上楔盘与所述 下楔盘的相对转动用以控制所述顶板的倾斜角度。
2. 根据权利要求1所述的着陆器姿态模拟平台装置，其特征在于，所述移动分系统接 口包括：移动分系统支架与若干压紧释放装置，所述移动分系统支架，设置在所述顶板的顶 面，用以支撑所述移动分系统，所述若干锁紧释放装置分别与所述移动分系统的车轮可拆 卸连接； 所述压紧释放装置包括： 一端分别弹性连接在所述移动分系统的车轮上的轮轴锁紧拉杆； 拉杆阻铁摆杆，顶端连接一拉杆阻铁轴承，所述轮轴锁紧拉杆可拆卸连接所述拉杆阻 铁轴承的另一端； 推杆，一端连接所述拉杆阻铁摆杆的一侧，另一端固定连接有一弹性件； 电磁铁，设置在所述推杆的另一端； 其中，在锁紧状态下，所述电磁铁磁性连接并压缩所述弹性件，所述轮轴锁紧拉杆的另 一端与所述拉杆阻铁轴承连接；在释放状态下，所述电磁铁断开与所述弹性件的磁性连接， 所述弹性件在弹力作用下推动所述推杆，所述推杆推动所述拉杆阻铁摆杆侧移，使所述轮 轴锁紧拉杆与所述拉杆阻铁轴承断开连接。
3. 根据权利要求2所述的着陆器姿态模拟平台装置，其特征在于，所述电磁铁包括电 磁铁线圈，所述电磁铁线圈的两端跨接一二极管，用以在断电后使所述电磁铁线圈加速失 磁。
4. 根据权利要求1所述的着陆器姿态模拟平台装置，其特征在于，还包括一悬梯模块， 可活动连接在所述顶板的一侧，所述悬梯模块包括：悬梯、悬梯杆系铰链座、摆杆以及伸缩 杆； 所述摆杆的一端铰接在所述悬梯杆系铰链座上，另一端铰接在所述悬梯靠近所述顶板 的一端，所述摆杆通过绕其与所述悬梯杆系铰链座连接的一端摆动调整所述悬梯延伸和收 缩； 所述伸缩杆另一端铰接在所述悬梯上，另一端铰接在所述悬梯的下侧，所述伸缩杆通 过收缩控制所述悬梯的倾斜角度。
5. 根据权利要求1所述的着陆器姿态模拟平台装置，其特征在于，还包括电缆牵引分 离模拟模块，设置在所述顶板上，用以模拟所述移动分系统的牵引力测量。
6. 根据权利要求5所述的着陆器姿态模拟平台装置，其特征在于，所述电缆牵引分离 模拟模块包括： 插座安装架，设置在所述移动分系统上； 可脱离插头，可脱离连接所述插座安装架； 传感器，固定在一测力支撑架上； 牵引力传力索，连接所述可脱离插头与所述传感器，用以将所述移动分系统的牵引力 传递至所述传感器上； 插头保护悬索，连接在所述可脱离插头的上侧，用以防止所述可脱离插头损坏。
7. 根据权利要求1所述的着陆器姿态模拟平台装置，其特征在于，所述顶板、所述机 架、所述上楔盘和所述下楔盘之间分别设置有电机，用以驱动所述顶板、所述机架、所述上 楔盘和所述下楔盘之间的相对旋转。
8. 根据权利要求1所述的着陆器姿态模拟平台装置，其特征在于，所述顶板的倾斜角 度相对重力线在〇至46度。
9. 根据权利要求8所述的着陆器姿态模拟平台装置，其特征在于，所述上楔盘和所述 下楔盘的楔角相同，为23度。
【文档编号】B64G7/00GK104118581SQ201410369258
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】罗小桃, 肖杰, 詹涵菁, 姬鸣, 张晓伟, 刘殿富 申请人:上海宇航系统工程研究所