一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾的制作方法

1.本发明属深空探测领域，可安装于空间机器人末端，与驱动机构配合使用，无需侵入岩石，可以实现对多种不规则地形的行星表面实现覆形附着固定。


背景技术：

2.随着空间探测技术的发展，对小行星开展探测成为一项新任务。小行星表面引力微弱，地质形貌特征复杂，星表探测器着陆时及着陆后易反弹及飘走；因此，进行表面附着固定成为开展探测任务的重要前提。目前已有的粘附、胶粘、钻孔等固定方式使用场景受限，对工作环境特性要求较高，对星表特性适应能力较差，因此需要一种对星表特性适应能力较广的表面附着固定方法。
3.为此，本发明公开了一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾，以解决上述提到的问题。


技术实现要素：

4.本发明提出了一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾，相对于传统的刚性固定，如专利号202110264666.8的专利中提及的触地手指，能够更好的适应地形的起伏；具有抗翻转脱附的优点；同时，在集成的多个柔性片共同作用下，即增大了触地面积，又增加了触地针刺的数量，提高了固定的可靠性，解决了柔性足趾对星表特性适应能力较差的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾，包括足趾套管、足趾导杆、转动销轴、爪刺箱和螺母；
6.所述足趾套管内部开设有限位腔，所述足趾导杆滑动设置在限位腔内部，足趾导杆一端延伸出足趾套管；
7.所述足趾套管一端开设有槽口，三个所述转动销轴设置在足趾套管上，其中两个所述转动销轴设置在限位腔内部，并紧靠足趾导杆上表面，所述足趾导杆外表面设置有限位环，所述限位环设置在这两个所述转动销轴之间，另一个所述转动销轴设置在槽口内部，并紧靠足趾导杆下表面，槽口内部设置有足趾转轴，所述足趾转轴与槽口内部的转动销轴上下错位设置；
8.所述爪刺箱通过螺母固定在足趾导杆延伸出足趾套管的一端，所述爪刺箱内部设置有多个柔性片。
9.优选的，所述足趾导杆外部套接有恢复弹簧，且恢复弹簧位于限位环一侧和限位腔一侧内壁之间。
10.优选的，所述槽口内部设置有足趾转轴，所述足趾转轴与槽口内部的转动销轴上下错位设置。
11.优选的，所述足趾导杆内部安装有传动绳，所述传动绳的两端分别延伸出足趾导杆和足趾套管，所述传动绳延伸出足趾导杆的一端设置有绳头固定环，所述传动绳另一端穿过足趾转轴与一个转动销轴之间。
12.优选的，所述柔性片包括回转片、固定片、爪刺片、柔性铰链一、柔性铰链二和柔性铰链三，所述爪刺箱开设有呈水平状的l形槽口，所述爪刺箱内部设置有两个爪刺箱销轴和一个限位轴，所述回转片和固定片分别通过两个爪刺箱销轴设置在爪刺箱的l形槽口内部，所述爪刺片通过限位轴设置在爪刺箱的l形槽口内部，所述柔性铰链一的两端分别设置在回转片和固定片，所述柔性铰链二的两端分别设置在回转片的一端和爪刺片的一端，所述柔性铰链三的两端分别设置在回转片的另一端和爪刺片上；各柔性片之间允许变形不同步。
13.优选的，所述柔性铰链一和柔性铰链三为水平构型，柔性铰链二倾斜构型。
14.优选的，所述爪刺片下方呈多个弧形尖刺状。
15.优选的，所述爪刺片上开设有限位框，所述限位轴布置与限位框中。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.一、本发明利用多组柔性铰链组合设计柔性刺片，通过柔性刺片阵列集成柔性足趾实现，在较小的下压力作用下，无需侵入岩石，即可对星表进行附着固定，各柔性片可根据地形起伏进行覆形附着，相互之间允许变形不同步，对地形起伏具有广泛的适应能力；
18.二、本发明中的足趾具有较好的抗翻转能力，能够有效的防止柔性片翻转脱附；
19.三、本发明中通过恢复弹簧的设定，方便卸载爪刺片与星表之间的固定力，从而方便本装置的持续性工作效率的提高。
附图说明
20.图1为本发明柔性足趾的结构示意图；
21.图2为本发明柔性足趾工作过程示意图；
22.图3为本发明柔性足趾覆形附着状态剖面示意图；
23.图4为本发明柔性足趾覆形附着状态外观示意图；
24.图5为本发明限位轴16与爪刺片12接触受力状态示意图。
25.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
26.1、足趾套管；2、足趾导杆；3、足趾转轴；4、转动销轴；5、恢复弹簧；6、爪刺箱；7、螺母；8、绳头固定环；9、爪刺箱销轴；10、回转片；11、固定片；12、爪刺片；13、柔性铰链一；14、柔性铰链二；15、柔性铰链三；16、限位轴；17、传动绳；18、星表。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
28.实施例
29.结合图1-图5说明：
30.一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾，柔性足趾组件主要包括足趾套管1、足趾导杆2、足趾转轴3、转动销轴4、恢复弹簧5、爪刺箱6、螺母7、绳头固定环8、爪刺箱销轴9、回转片10、固定片11、爪刺片12、柔性铰链一13、柔性铰链二14、柔性铰链三15、限位轴16、传动绳17组成。足趾套管1内部开设有限位腔，所述足趾导杆2滑动设置在限位腔内部，足趾导
杆2一端延伸出足趾套管1，爪刺箱6中根据需要及空间约束布置多组柔性片。
31.爪刺箱6开设有呈水平状的l形槽口，爪刺箱6内部设置有两个爪刺箱销轴9和一个限位轴16，回转片10和固定片11分别通过两个爪刺箱销轴9设置在爪刺箱6的l形槽口内部，爪刺片12通过限位轴16设置在爪刺箱6的l形槽口内部，柔性铰链一13的两端分别设置在回转片10和固定片11，柔性铰链二14的两端分别设置在回转片10的一端和爪刺片12的一端，柔性铰链三15的两端分别设置在回转片10的另一端和爪刺片12上；各柔性片之间允许变形不同步，爪刺片12下方呈多个弧形尖刺状。爪刺箱6通过螺母7固定在足趾导杆2上，足趾导杆2内孔中安装传动绳17，外部安装有恢复弹簧5，传动绳17的两端分别延伸出足趾导杆2和足趾套管1，传动绳17延伸出足趾导杆2的一端设置有绳头固定环8，传动绳17另一端穿过足趾转轴3与一个转动销轴4之间，足趾套管1一端开设有槽口，三个转动销轴4设置在足趾套管1上，其中两个转动销轴4设置在限位腔内部，足趾导杆2外表面设置有限位环，限位环设置在这两个所述转动销轴4之间，且恢复弹簧5位于限位环一侧和限位腔一侧内壁之间，足趾导杆2在足趾套管1中可以自由伸缩移动，并在2个转动销轴4作用下不脱出。槽口内部设置有足趾转轴3，足趾转轴3与槽口内部的转动销轴4上下错位设置，整个足趾组件通过足趾转轴3与外部设备连接，并可绕足趾转轴3进行转动。当传动绳17上的力小于恢复弹簧5压力时，足趾导杆2及爪刺箱6保持不动；当传动绳17上的力大于恢复弹簧5压力时，足趾导杆2被拉动，带动爪刺箱6及柔性片一同移动。
32.柔性铰链一13、柔性铰链二14、柔性铰链三15整体形状为矩形波形，圆角折弯，能够产生较大的伸缩弹性变形；柔性铰链一13、柔性铰链三15为水平构型，柔性铰链二14倾斜构型；柔性铰链一13用于连接固定片11及回转片10，柔性铰链二14、柔性铰链三15用于连接爪刺片12及回转片10；通过调整三种柔性铰链截面尺寸以及单个波形的长度、幅值、波形数量及柔性铰链二14的角度调整，以及2个爪刺箱销轴的限位作用，柔性片受拉后以横向位移为主。
33.以图2为例，对足趾组件工作过程及原理进行说明：
34.如图2(a)所示，足趾组件绕足趾转轴3进行转动，在下压力的作用下，爪刺箱6中的爪刺片12尖刺部分与星表18接触，由于柔性铰链一13、柔性铰链二14、柔性铰链三15组合形成的高度方向大柔性，爪刺片12在弱下压力下产生微小的顺时针旋转变形，如图3、图4所示，爪刺箱6中分布有多个爪刺片12，上述大柔性的特点使更多的爪刺片12与星表18接触；
35.如图2(b)所示，当传动绳17被持续拉动时，爪刺箱6与爪刺箱销轴9随足趾导杆2一同沿足趾套管1内腔横移，爪刺片12随之横向滑动，直至爪刺片12上的尖刺与运动路径中星表18的微观凸起、沟壑或缝隙勾挂形成固定；随着传动绳17的持续拉动，爪刺箱6持续横移，将恢复弹簧5进行持续压缩；柔性铰链三15被持续拉伸；回转片10绕爪刺箱销轴9进行旋转，在柔性铰链一13、柔性铰链二14的共同作用下限制爪刺片12的垂直位移量，使爪刺片12运动以横向位移为主，避免翻转产生脱附；
36.足趾导杆2沿足趾套管1内腔滑动，直至足趾导杆2运动到限位位置停止；运动结束；
37.在爪刺片12结构中设计有限位框，限位轴16布置与限位框中；如爪刺片12与星表18微观凸起、沟壑或缝隙勾挂固定；如图5所示，当限位轴16随爪刺箱6运动至与爪刺片12限位框侧边接触时，爪刺片12达到许用最大变形，不再横移；此后继续拉动传动绳17时，则爪
刺箱6通过限位轴16传递给爪刺片12更大的水平分力及垂向分力，而不再产生水平位移；通过对爪刺片12限位框侧边斜率的设置，使其小于爪刺片12与星表18的摩擦角，即可实现爪刺片12尖刺与星表18的固定保持，随着传动绳17的拉动，横向固定力持续增加；
38.当需要解除固定时，卸载传动绳17，则足趾导杆2在恢复弹簧5的推力作用下复位，从而卸载爪刺片12与星表18之间的固定力，从而解除固定。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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。
40.以上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和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

技术特征：
1.一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾，其特征在于：包括足趾套管(1)、足趾导杆(2)、转动销轴(4)、爪刺箱(6)和螺母(7)；所述足趾套管(1)内部开设有限位腔，所述足趾导杆(2)滑动设置在限位腔内部，足趾导杆(2)一端延伸出足趾套管(1)；所述足趾套管(1)一端开设有槽口，三个所述转动销轴(4)设置在足趾套管(1)上，其中两个所述转动销轴(4)设置在限位腔内部，并紧靠足趾导杆(2)上表面，所述足趾导杆(2)外表面设置有限位环，所述限位环设置在这两个所述转动销轴(4)之间，另一个所述转动销轴(4)设置在槽口内部，并紧靠足趾导杆(2)下表面；所述爪刺箱(6)通过螺母(7)固定在足趾导杆(2)延伸出足趾套管(1)的一端，所述爪刺箱(6)内部设置有多个柔性片。2.根据权利要求1所述的一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾，其特征在于：所述足趾导杆(2)外部套接有恢复弹簧(5)，且恢复弹簧(5)位于限位环一侧和限位腔一侧内壁之间。3.根据权利要求1所述的一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾，其特征在于：所述槽口内部设置有足趾转轴(3)，所述足趾转轴(3)与槽口内部的转动销轴(4)上下错位设置。4.根据权利要求3所述的一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾，其特征在于：所述足趾导杆(2)内部安装有传动绳(17)，所述传动绳(17)的两端分别延伸出足趾导杆(2)和足趾套管(1)，所述传动绳(17)延伸出足趾导杆(2)的一端设置有绳头固定环(8)，所述传动绳(17)另一端穿过足趾转轴(3)与一个转动销轴(4)之间。5.根据权利要求1所述的一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾，其特征在于：所述柔性片包括回转片(10)、固定片(11)、爪刺片(12)、柔性铰链一(13)、柔性铰链二(14)和柔性铰链三(15)，所述爪刺箱(6)开设有呈水平状的l形槽口，所述爪刺箱(6)内部设置有两个爪刺箱销轴(9)和一个限位轴(16)，所述回转片(10)和固定片(11)分别通过两个爪刺箱销轴(9)设置在爪刺箱(6)的l形槽口内部，所述爪刺片(12)通过限位轴(16)设置在爪刺箱(6)的l形槽口内部，所述柔性铰链一(13)的两端分别设置在回转片(10)和固定片(11)，所述柔性铰链二(14)的两端分别设置在回转片(10)的一端和爪刺片(12)的一端，所述柔性铰链三(15)的两端分别设置在回转片(10)的另一端和爪刺片(12)上；各柔性片之间允许变形不同步。6.根据权利要求5所述的一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾，其特征在于：所述柔性铰链一(13)和柔性铰链三(15)为水平构型，柔性铰链二(14)倾斜构型。7.根据权利要求5所述的一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾，其特征在于：所述爪刺片(12)下方呈多个弧形尖刺状。8.根据权利要求5所述的一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾，其特征在于：所述爪刺片(12)上开设有限位框，所述限位轴(16)布置与限位框中。

技术总结
本发明公开了深空探测技术领域的一种可适应星表起伏附着固定的柔性足趾，包括足趾套管、足趾导杆、转动销轴、爪刺箱、螺母；所述足趾套管内部开设有限位腔，所述足趾导杆滑动设置在限位腔内部，足趾导杆一端延伸出足趾套管；所述足趾套管一端开设有槽口，三个所述转动销轴设置在足趾套管上，其中两个所述转动销轴设置在限位腔内部，并紧靠足趾导杆上表面，所述足趾导杆外表面设置有限位环，所述限位环设置在这两个所述转动销轴之间；实现了在较小的下压力作用下，无需侵入岩石，即可对星表进行附着固定，各柔性片可根据地形起伏进行覆形附着，对地形起伏具有广泛的适应能力；同时该足趾具有较好的抗翻转能力，能够有效的防止柔性片翻转脱附。片翻转脱附。片翻转脱附。


技术研发人员：曾磊 刘鑫 郝世杰 张运 王储 王耀兵 满剑锋 巩雪鉴
受保护的技术使用者：北京空间飞行器总体设计部
技术研发日：2022.09.29
技术公布日：2023/4/17