一种具有驱动功能的双向缓冲器的制作方法

本发明属于对行星际着陆器或其他有效载荷进行缓冲及姿态调节的配置领域，具体指一种具有驱动功能的双向缓冲器。

背景技术：

“软着陆”是目前行星际着陆器普遍采用的一种着陆方式，其过程为：着陆器在下降段采用缓冲火箭等手段减速并调整空中姿态，使得着陆器可以较低的纵向与横向速度在外星体表面着陆，着陆时采用缓冲机构吸收着陆冲击能量。

传统的行星际着陆器在着陆后仅能固定在着陆点，无法调整缓冲腿的姿态，探测范围的扩展也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控制并修正自身的位置和姿态，可能会对后续探测任务的实施产生不利影响。

目前，在给行星际着陆器缓冲腿赋予驱动功能以调整着陆器位置与姿态的研究领域，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）。其中可行走月球软着陆机构通过在主/辅助缓冲支柱的一端安装可在（安装于着陆器侧壁的）滑轨上滑动的滑块，并通过丝杠机构驱动滑块在滑轨上滑动的方式，对主/辅助缓冲支柱进行驱动；具有着陆缓冲功能的行走机器人通过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在着陆后对主缓冲支柱的驱动。前者的方案中，缓冲部件与驱动部件分离的设计，不利于整机结构的紧凑，也不方便整体移植到其他着陆器上；后者的方案中，采用拉杆变形的方式实现对缓冲力的吸收，缓冲后需要采用切割器切断拉杆，以满足丝杠驱动机构的运动要求，结构复杂。

综上，目前已知的具备驱动功能的着陆器用缓冲器存在整机结构不够紧凑、可移植性不高或使用方便性欠佳等不足，需要改进。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出了一种具有驱动功能的双向缓冲器，该双向缓冲器弥补了现有可调姿着陆器在驱动和缓冲功能集成方面的灵活性不足和使用方便性欠佳等缺点，具备较强的可移植性，并在双向缓冲过程中对驱动系统实施双重保护。

本发明是这样实现的，一种具有驱动功能的双向缓冲器，其包括驱动系统组件、外筒组件、中筒组件、内筒组件以及拉筒组件，所述的驱动系统组件、外筒组件、中筒组件、内筒组件从下至上依次相连；所述的拉筒组件安装于外筒组件与中筒组件连接处的外围；

所述驱动系统组件包括含减速器的驱动电机以及与之横向连接的驱动系统安装筒架，所述的驱动系统安装筒架末端安装有驱动系统安装筒架端盖；驱动系统安装筒架端盖安装于驱动系统安装筒架的末端，使得所述驱动系统组件形成一个密闭的组件；

所述的外筒组件包括外筒，螺母导杆以及外筒铝蜂窝；所述的外筒与驱动系统安装筒架同轴连接；外筒铝蜂窝同轴安装于外筒内部，且位于驱动系统安装筒架的一端；

所述中筒组件包括中筒、钢球锁以及电磁膨胀卡块；所述的中筒一端为圆台形，另一端安装有钢球锁，中筒同轴安装于外筒内；所述的电磁膨胀卡块同轴安装于中筒外部，且位于中筒与拉筒组件连接处，且与中筒保持轴向固定；在控制器的控制下，中筒与拉筒之间通过电磁膨胀卡块实现连接或断开；

所述内筒组件包括内筒以及内筒回复弹簧；所述的内筒同轴安装于中筒内；所述的内筒外壁还设有与钢球锁配合的环形凹槽；所述的内筒回复弹簧的下端与钢球锁的钢球锁外端面连接，上端与内筒外端凸缘的内筒内端面连接；

所述拉筒组件包括拉筒、拉筒铝蜂窝以及拉筒回复弹簧；所述的拉筒铝蜂窝同轴安装于拉筒内部，其上下两端面分别与外筒端部凸缘的外筒内端面以及拉筒的端部凸缘的拉筒内端面接触；所述的拉筒回复弹簧同轴内嵌于拉筒铝蜂窝之中，其上下两端面分别与外筒端部凸缘的外筒内端面以及拉筒的端部凸缘的拉筒内端面连接；

所述的拉筒上端开孔为具有两种不同口径大小的双层结构，分别为拉筒端部大口径与拉筒端部小口径；这样的结构使得中筒与拉筒之间通过通电扩展后的电磁膨胀卡块实现的连接具有单向性，拉筒端部小口径大于电磁膨胀卡块断电收缩后的外径，在缓冲后的驱动阶段，电磁膨胀卡块断电收缩，中筒在驱动系统组件的作用下，做相对于外筒的伸缩运动时，拉筒不随中筒动作，即拉筒仅能与中筒保持同步的相对于外筒的拉伸动作，不能随中筒做相对于外筒的压缩动作。

进一步，所述的驱动系统组件还包括安装于驱动系统安装筒架内部的传动齿轮组、与传动齿轮组输出轴相连的联轴器、与联轴器上端相连的中间轴、与中间轴上端相连的电磁离合器，上述部件安装于驱动系统安装筒架中以构成一个整体组件；所述的驱动系统组件还包括丝杆以及螺母，所述的丝杆连接于电磁离合器的上端；所述的螺母安装于中筒的圆台形底端部内，并贴合于丝杆，螺母与中筒的圆台形端部轴向固定连接，使得螺母与中筒组成一个整体；所述的传动齿轮组安装于含减速器的驱动电机输出轴上。

进一步，电磁离合器为常闭型离合器，螺母为常闭型开合螺母；在缓冲准备阶段，在控制器的控制下，电磁离合器断开中间轴与丝杠的连接，螺母与丝杠分离，实现在缓冲过程中对驱动系统组件的双重保护。

进一步，所述的螺母导杆平行于外筒的中心轴，且环绕外筒的中心轴均匀分布。

进一步，所述的拉筒端部大口径大于电磁膨胀卡块通电扩展后的外径；所述的拉筒端部小口径小于电磁膨胀卡块通电扩展后的外径。

进一步，所述的拉筒下端的拉筒凸缘外表面为呈内凹的喇叭形圆环面，这样的设计可以增强压溃拉筒铝蜂窝以实现拉伸缓冲时的结构强度。

本发明相对于现有技术的有益效果在于：

（1）本发明通过驱动系统组件对丝杠螺母机构进行驱动，中筒组件相对于外筒组件的轴向往复运动，此时螺母与中筒组件中的中筒保持轴向相对固定，中筒又通过钢球锁与内筒组件中的内筒保持相对固定，此时电机的旋转运动转化为内筒相对于外筒的直线往复运动，实现驱动功能；

（2）内筒组件中的内筒做相对于外筒的压缩直线运动时，带动通过中筒组件中的钢球锁与其保持相对固定的中筒同步做相对于外筒的压缩直线运动，当中筒压缩外筒铝蜂窝时，实现压缩缓冲功能；

（3）上述内筒组件中的内筒做相对于外筒的拉伸直线运动时，带动通过中筒组件中的钢球锁与其保持相对固定的中筒同步做相对于外筒的拉伸直线运动，此时中筒又通过通电扩展后的电磁膨胀卡块带动拉筒同步做相对于外筒的拉伸直线运动，当拉筒压缩拉筒铝蜂窝时，实现拉伸缓冲功能；

（4）实现本发明驱动功能与缓冲功能的设计均为集成化设计，结构紧凑；得益于集成化设计，可方便地整体移植到其他着陆缓冲机构上；采用铝蜂窝作为吸能材料，技术成熟可靠，且铝蜂窝的溃缩量不影响驱动部件所需的工作行程；铝蜂窝压溃后，无需经过额外处理，即可进行驱动；采用开合螺母与电磁离合器，在缓冲阶段中对滚珠丝杠机构进行双重保护。

附图说明

图1为本发明一种具有驱动功能的双向缓冲器的整体结构示意图；

图2为本发明一种具有驱动功能的双向缓冲器的轴向剖视图。

其中，1-驱动系统组件，11-含减速器的驱动电机，12-传动齿轮组，13-联轴器，14-中间轴，15-电磁离合器，16-驱动系统安装筒架，17-驱动系统安装筒架端盖，18-丝杆，19-螺母，2-外筒组件，21-外筒，211-外筒内端面，22-螺母导杆，23-外筒铝蜂窝，231-铝蜂窝内端面，3-中筒组件，31-中筒，311-中筒端部外表面，32-钢球锁，321-钢球锁外端面，33-电磁膨胀卡块，4-内筒组件，41-内筒，411-内筒内端面，42-内筒回复弹簧，5-拉筒组件，51-拉筒，511-拉筒内端面，512-拉筒端部大口径，513-拉筒端部小口径，514-拉筒凸缘外表面，52-拉筒铝蜂窝，53-拉筒回复弹簧。

具体实施方式

本发明提供一种具有驱动功能的双向缓冲器，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以及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。

以下将结合本发明的附图，以具体实施例为例对该具有驱动功能的双缓冲器的工作原理作进一步的说明，具体如下：

如图1所示，本发明的一种具有驱动功能的双向缓冲器，包括了驱动系统组件1、外筒组件2、中筒组件3、内筒组件4以及拉筒组件5的五部分，具有四层结构。

如图2所示，所述驱动系统组件1包括含减速器的驱动电机11、安装于含减速器的驱动电机11输出轴上的传动齿轮组12、与传动齿轮组12输出轴相连的联轴器13、与联轴器13相连的中间轴14以及与中间轴14相连的电磁离合器15。上述各部件安装于驱动系统安装筒架16中以构成一个整体组件，驱动系统安装筒架端盖17安装于驱动系统安装筒架16的末端，使得所述驱动系统组件1形成一个密闭的组件。此外，所述驱动系统组件1还包括丝杠18与螺母19；其中，丝杠18的末端与电磁离合器15连接，并连接于电磁离合器15的上端；所述的螺母19安装于中筒31的圆台形端部内，位于外筒铝蜂窝23的上端，且螺母19与中筒31的圆台形端部轴向固定连接，使得螺母19与中筒31组成一个整体。

所述外筒组件2包括外筒21、三根螺母导杆22以及外筒铝蜂窝23。其中，外筒21与驱动系统安装筒架16同轴连接，三根螺母导杆22均平行于外筒21的中心轴，且环绕外筒21的中心轴均匀分布，圆环柱形的外筒铝蜂窝23同轴安装于外筒21内部靠近驱动系统安装筒架16的一端。

所述中筒组件3包括中筒31、钢球锁32以及电磁膨胀卡块33。其中，中筒31一端为圆台形，另一端安装有钢球锁32，中筒31同轴安装于外筒21内，可做相对于外筒21的往复运动，电磁膨胀卡块33同轴安装于中筒31外部，位于中筒31与拉筒组件5连接处，与中筒31保持轴向固定。

所述内筒组件4包括内筒41与内筒回复弹簧42。其中，内筒41同轴安装于中筒31内，可相对于中筒31做往复运动，内筒41外壁上有环形凹槽，可以与钢球锁32配合，可实现内筒41与中筒31之间的固定连接，内筒回复弹簧42的一端与钢球锁外端面321连接，另一端与内筒41外端凸缘的内筒内端面411连接。

所述拉筒组件5包括拉筒51、拉筒铝蜂窝52以及拉筒回复弹簧53。其中，拉筒铝蜂窝52为圆环柱形，且同轴安装于拉筒51内部，其两端面分别与拉筒51的端部凸缘的拉筒内端面511以及外筒21的端部凸缘的外筒内端面211接触，拉筒回复弹簧53同轴内嵌于拉筒铝蜂窝52之中，其两端面分别与拉筒51的端部凸缘的拉筒内端面511以及外筒21的端部凸缘的外筒内端面211连接。

其中，具有驱动功能的双向缓冲器的工作原理是：当应用于位姿可调着陆器上时，本发明一种具有驱动功能的双向缓冲器可以作为仅需单向吸能的主缓冲支柱，也可以作为需要双向吸能的辅助缓冲支柱。

以下述的一种使用方式为例进行说明，但具体使用方式不限于此。

在装配时，中筒31相对于外筒21缩回，使得内部安装有螺母19的中筒31的圆台形端部与外筒铝蜂窝23接触并适度压紧。螺母19为电控开合螺母，螺母19和电磁离合器15均为常闭型，此时都处于断电接合状态，起到对中筒31相对于外筒21的轴向限位作用。此外，根据所使用具体着陆器构型的要求，在收拢状态下，内筒41相对于中筒31伸出或缩回，使得内筒回复弹簧42被拉伸或压缩并产生恢复力，即可根据具体需要将内筒回复弹簧42设计为拉簧或压簧。

当着陆器进行着陆缓冲准备时，处于收拢压紧状态的缓冲腿解锁，内筒41在内筒回复弹簧42的恢复力的作用下相对于中筒31缩回或伸出，且当内筒41上的环形卡槽与钢球锁32配合锁止时，内筒41与中筒31结合成一个整体。然后，在控制器的控制下，常闭型的电磁离合器15通电断开连接，常闭型的电控开合螺母19也通电松开对丝杠18的夹紧，实现在缓冲过程中对驱动系统组件1的双重安全保护。同时，电磁膨胀卡块33通电，沿周向均布的若干个卡块分别沿径向滑槽向外扩展，且通电扩展后的电磁膨胀卡块33的外径介于拉筒51的端部大口径512与端部小口径513之间。

当缓冲腿触地时，在冲击力作用下，缓冲腿相对于着陆器本体的运动带动内筒41做相对于外筒21的回缩或外伸运动，此时，与内筒21连接为一个整体的中筒31保持与内筒21的同步运动。

如果内筒41（与中筒31）做相对于外筒21的回缩运动，由于与内筒41保持轴向固定的通电扩展后的电磁膨胀卡块33的外径小于拉筒51的端部大口径512，所以电磁膨胀卡块33随中筒31的运动，不会带动拉筒51一起动作。此时，中筒31的圆台形的中筒端部外表面311压缩铝蜂窝23，实现对冲击能量的吸收和耗散。

如果内筒41（与中筒31）做相对于外筒21的外伸运动，由于与内筒41保持轴向固定的通电扩展后的电磁膨胀卡块33的外径大于拉筒51的端部小口径513，所以电磁膨胀卡块33随中筒31的运动，将会带动拉筒51一起动作。此时，使得拉筒51的端部凸缘的拉筒内端面511去压缩拉筒铝蜂窝52，实现对冲击能量的吸收和耗散。

至此，完成本发明所述一种具有驱动功能的双向缓冲器的缓冲功能。

缓冲结束后，常闭型的电磁离合器15和常闭型的电控开合螺母19均在控制器的控制下断电接合，接通从含减速器的驱动电机11至中筒31的传动链。此时，含减速器的驱动电机11的转动，通过驱动系统组件1中的传动齿轮组12、联轴器13、中间轴14、电磁离合器15、丝杆18以及螺母19等传动装置带动中筒31以及通过钢球锁32与中筒31保持固定连接的内筒41做相对于外筒21的轴向往复运动，具体的，在外筒组件中的螺母导杆22上滑动，并相对旋转丝杠18做轴向往复运动的螺母19与中筒组件3中的中筒31保持轴向相对固定，中筒31又通过钢球锁32与内筒组件4中的内筒41保持相对固定，电机的旋转运动转化为内筒41相对于外筒21的直线往复运动。

至此，完成本发明所述一种具有驱动功能的双向缓冲器的驱动功能。

在开始本发明所述一种具有驱动功能的双向缓冲器的具体驱动动作之前，控制器使电磁膨胀卡块33断电，使得收缩后的电磁膨胀卡块的外径小于拉筒端部小口径513，即完全断开中筒31和拉筒51之间在轴向上的连接。若双向缓冲器完成的是拉伸缓冲，则此时在被拉筒51的端部凸缘的拉筒内端面511压缩的拉筒回复弹簧53的恢复力的作用下，拉筒51与外筒21的相对位置恢复到拉筒铝蜂窝52被压溃前的状态。

此外，在设计时可方便地通过计算确定机构各部分的尺寸，使得螺母19在丝杠18上所需满足的所使用位姿可控着陆器缓冲腿运动范围要求的轴向运动空间，由外筒组件2中的外筒铝蜂窝23的铝蜂窝内端面231与外筒21另一端的外筒内端面211之间的距离决定，与外筒组件2中的外筒铝蜂窝23与拉筒组件5中的拉筒铝蜂窝52在缓冲过程中的实际溃缩量无关。

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，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。