一种用于抛投式机器人的缓冲防护结构

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1.本发明涉及机器人技术领域，特别涉及了一种用于抛投式机器人的缓冲防护结构。

背景技术：

2.抛投式机器人作为载荷嵌入整个飞行系统，在到达工作区域附近时，通过分离机构将机器人弹射至目标点附近，机器人具有一定的移动、工作能力，并能在目标区域附近进行信息采集等工作。抛投式机器人在落地前通常具有几十米每秒的速度，为了保证抛投式机器人的正常工作，需要缓冲吸能结构对整体结构进行缓冲吸能。
3.目前对抗冲击防护材料结构的研究较多，主要包括复合材料层合抗冲击结构（纤维增强复合材料、混杂纤维复合材料、仿生复合材料、功能梯度复合材料）、多孔金属及夹层结构（泡沫金属、蜂窝/手性材料、轻质点阵材料）、仿生缓冲吸能结构等，为开展抛投式机器人的缓冲防护结构的研究可以为抛投式机器人的应用奠定基础。
4.因此，在抛投过程中，如何能够既要求机器人在撞击地面时结构完整，有效载荷安全，又能够保证撞击后机器人的工作不受防护结构影响，即成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

5.本发明针对以上问题，提出了一种用于抛投式机器人的缓冲防护结构，既能在有效撞击地面吸能的同时，保护好内部有效载荷安全，又使得抛投式机器人能够完成预先设定的工作任务。
6.本发明的技术方案为：所述缓冲防护结构包括依次固定相连的铝壳吸能缓冲模块1、铝蜂窝吸能模块2、橡胶-弹簧缓冲模块3以及尾端降落伞减速模块4；所述铝壳吸能缓冲模块1和尾端降落伞减速模块4之间还固定连接有防撞外壳壳体5，所述铝蜂窝吸能模块2、橡胶-弹簧缓冲模块3均容置在防撞外壳壳体5之内；所述铝壳吸能缓冲模块1包括固定相连的铝制外层壳11、铝制内层壳12以及石英砂配重挡板13，所述铝制内层壳12容置在铝制外层壳11之内，并且在二者之间留有空隙，所述铝制内层壳12呈一端开口的空心状，所述石英砂配重挡板13固定连接在该开口处，并且在铝制内层壳12内填充有配重材料；所述铝蜂窝吸能模块2包括依次固定相连的大铝蜂窝21、铝蜂窝挡板22、小铝蜂窝23、双正弦波纹夹层结构24、夹层结构挡板25，所述大铝蜂窝21与石英砂配重挡板13相贴合，通过铝蜂窝挡板22将大铝蜂窝21、小铝蜂窝23分隔开；所述橡胶-弹簧缓冲模块3包括下部弹簧-橡胶组合结构31、下部机器人约束槽32、上部机器人约束槽33以及上部橡胶块34，所述下部弹簧-橡胶组合结构31连接在夹层结构挡板25和下部机器人约束槽32之间，所述上部橡胶块34固定连接在上部机器人约束槽33和尾端降落伞减速模块4之间，所述下部机器人约束槽32与上部机器人约束槽33相互插接；所
述下部弹簧-橡胶组合结构31包括橡胶缓冲本体以及固定连接在橡胶缓冲本体上的若干下部弹簧311，若干下部弹簧311均与夹层结构挡板25固定相连；橡胶缓冲本体以及上部橡胶块34都开设有用于容置抛投式机器人的凹槽，并且两凹槽相对设置，所述抛投式机器人设于上部机器人约束槽33以及下部机器人约束槽32的内部，并且其两端分别容置于两凹槽中；所述尾端降落伞减速模块4包括容置有降落伞的降落伞尾仓41，所述上部橡胶块34固定连接在降落伞尾仓41的端面上，所述防撞外壳壳体5套在上部橡胶块34之外，并且也固定连接在降落伞尾仓41的端面上。
7.进一步的，所述铝制外层壳11、铝制内层壳12都呈空心的半球状。
8.进一步的，所述配重材料为石英砂。
9.进一步的，所述下部机器人约束槽32、上部机器人约束槽33都呈直筒状，所述下部机器人约束槽32贯穿所述上部机器人约束槽33，并且二者相适配。
10.进一步的，所述下部弹簧-橡胶组合结构31包括橡胶缓冲本体以及固定连接在橡胶缓冲本体上的若干下部弹簧311，若干下部弹簧311均与夹层结构挡板25固定相连。
11.本发明所能实现的具体功能包括：一、有效载荷的铝壳缓冲吸能：两层铝壳留有空隙地组合在一起，二者使用法兰连接，在受到冲击后，两层铝壳分别变形，吸收撞击能量。二层铝壳内部留有空腔，用于填充石英砂作为配重，同时维持总体结构形态。
12.二、有效载荷的铝蜂窝吸能缓冲：铝蜂窝缓冲结构由两层不同厚度及六边形边长的铝蜂窝及一组双正弦波纹夹层结构组成，对于不同抛投速度可以选择不同厚度与大小的铝蜂窝组合，以在保证能量吸收的前提下降低峰值加速度，在前部铝壳变形基本结束后两层铝蜂窝将变形吸能缓冲，同时双正弦波纹夹层结构可以降低峰值载荷，保护有效载荷。
13.三、有效载荷的橡胶-弹簧缓冲减震：外层铝壳与铝蜂窝变形吸能的同时，为了减小峰值载荷与冲击，在载荷上下包裹了橡胶块，橡胶块通过弹簧与双正弦波纹夹层连接。橡胶块与弹簧为系统提供额外的阻尼，增加结构复杂度从而达到减小峰值载荷，约束有效载荷运动的目的。
14.四、降落伞开伞减速：尾端留有降落伞仓，可以放置降落伞以在合适的速度展开，进行减速，减小冲击。
15.本发明依靠着陆抛投式机器人进行多级缓冲结构布设，具有结构紧凑、重量小、成本低、可靠性高等优点，适应抛投式机器人缓冲的需求。
附图说明
16.图1为本发明的结构示意图；图2为多层铝壳吸能缓冲模块的结构分解示意图；图3为铝蜂窝吸能模块的结构分解示意图；图4为橡胶-弹簧缓冲模块的结构分解示意图；图5为尾端降落伞减速模块的结构分解示意图；图6为防撞外壳结构示意图；图7为双正弦波纹结构示意图；
图8为铝蜂窝示意图。
17.附图中的对应标记名称为：铝壳吸能缓冲模块组合体1、铝蜂窝吸能模块组合体2、橡胶-弹簧缓冲模块组合体3、尾端降落伞减速模块组合体4、防撞外壳壳体5、防撞外壳壳体连接孔51、铝制外层壳11、铝制外层壳连接孔111、铝制内层壳12、铝制内层壳连接孔121、石英砂配重挡板13、石英砂配重挡板连接孔131、大铝蜂窝21、铝蜂窝挡板22、小铝蜂窝23、双正弦波纹夹层结构24、双正弦波纹结构241、夹层结构挡板25、夹层结构挡板弹簧连接孔251、下部弹簧-橡胶组合结构31、下部弹簧311、下部机器人约束槽32、上部机器人约束槽33、上部橡胶块34、降落伞尾仓41、降落伞尾仓连接孔411、降落伞尾仓盖42、降落伞尾仓盖连接孔421。
具体实施方式
18.为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。
19.如图1所示，本发明整体包括铝壳吸能缓冲模块1、铝蜂窝吸能模块2、橡胶-弹簧缓冲模块3、尾端降落伞减速模块4、防撞外壳壳体5。
20.关于有效载荷的铝壳缓冲吸能。
21.如图2所示，铝壳吸能缓冲模块1呈半球形，由铝制外层壳11、铝制内层壳12、石英砂配重挡板13组成，铝制外层壳11与铝制内层壳12之间留有空隙用于变形吸能，铝制内层壳12与石英砂配重挡板13之间的空腔用于填充石英砂等配重，铝制外层壳11、铝制内层壳12、石英砂配重挡板13以及防撞外壳壳体5通过铝制外层壳连接孔111、铝制内层壳连接孔121、石英砂配重挡板连接孔131、防撞外壳壳体连接孔51连接固定，冲击开始后铝制外层壳11、铝制内层壳12、内部石英砂配重变形吸能，达到缓冲减震的目的。
22.关于有效载荷的铝蜂窝吸能缓冲。
23.图3所示的铝蜂窝吸能模块2由大铝蜂窝21、铝蜂窝挡板22、小铝蜂窝23、双正弦波纹夹层结构24、夹层结构挡板25组成，大铝蜂窝21与小铝蜂窝23通过铝蜂窝挡板22隔开，小铝蜂窝23与双正弦波纹夹层结构24连接。双正弦波纹夹层结构24与夹层结构挡板25连接，夹层结构挡板25通过夹层结构挡板弹簧连接孔251与下部弹簧311连接。接受冲击后，大铝蜂窝21、小铝蜂窝23变形吸能，双正弦波纹夹层结构24可以显著减小有效载荷受到的峰值载荷，达到缓冲的目的。
24.关于有效载荷的橡胶-弹簧缓冲减震。
25.图4的橡胶-弹簧缓冲模块由下部弹簧-橡胶组合结构31、下部弹簧311、下部机器人约束槽32、上部机器人约束槽33、上部橡胶块34组成，下部弹簧-橡胶组合结构31承担缓冲功能，与抛投式机器人外侧形状完全贴合的凹槽可以减小冲击，并约束机器人纵向以外的自由度，减小水平移动。下部弹簧-橡胶组合结构31为系统提供额外的阻尼，增加结构复杂度从而减小峰值载荷，下部机器人约束槽32、上部机器人约束槽33可以为抛投式机器人提供撞击方向之外的约束，保证机器人纵向运动的稳定性，上部橡胶块34在抛投式机器人受到下部弹簧-橡胶组合结构31缓冲后发生回弹时，可以防止有效载荷与降落伞尾仓盖42的直接撞击。
26.关于降落伞开伞减速。
27.图5的尾端降落伞减速模块由降落伞尾仓41、降落伞尾仓盖42组成，降落伞尾仓41中装有降落伞，在结构整体到达地面前可以进一步通过降落伞减速，降落伞尾仓41、降落伞尾仓盖42通过降落伞尾仓连接孔411、降落伞尾仓盖连接孔421连接，在到达工作条件后降落伞尾仓盖42脱离降落伞自动拉出达到减速目的。由于可自动打开的降落伞仓为本领域的常规技术，因此，本案中对于其具体结构不再赘述。
28.本发明具体实施途径很多，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。

技术特征：

1.一种用于抛投式机器人的缓冲防护结构，其特征在于，所述缓冲防护结构包括依次固定相连的铝壳吸能缓冲模块（1）、铝蜂窝吸能模块（2）、橡胶-弹簧缓冲模块（3）以及尾端降落伞减速模块（4）；所述铝壳吸能缓冲模块（1）和尾端降落伞减速模块（4）之间还固定连接有防撞外壳壳体（5），所述铝蜂窝吸能模块（2）、橡胶-弹簧缓冲模块（3）均容置在防撞外壳壳体（5）之内；所述铝壳吸能缓冲模块（1）包括固定相连的铝制外层壳（11）、铝制内层壳（12）以及石英砂配重挡板（13），所述铝制内层壳（12）容置在铝制外层壳（11）之内，并且在二者之间留有空隙，所述铝制内层壳（12）呈一端开口的空心状，所述石英砂配重挡板（13）固定连接在该开口处，并且在铝制内层壳（12）内填充有配重材料；所述铝蜂窝吸能模块（2）包括依次固定相连的大铝蜂窝（21）、铝蜂窝挡板（22）、小铝蜂窝（23）、双正弦波纹夹层结构（24）、夹层结构挡板（25），所述大铝蜂窝（21）与石英砂配重挡板（13）相贴合，通过铝蜂窝挡板（22）将大铝蜂窝（21）、小铝蜂窝（23）分隔开；所述橡胶-弹簧缓冲模块（3）包括下部弹簧-橡胶组合结构（31）、下部机器人约束槽（32）、上部机器人约束槽（33）以及上部橡胶块（34），所述下部弹簧-橡胶组合结构（31）连接在夹层结构挡板（25）和下部机器人约束槽（32）之间，所述上部橡胶块（34）固定连接在上部机器人约束槽（33）和尾端降落伞减速模块（4）之间，所述下部机器人约束槽（32）与上部机器人约束槽（33）相互插接；所述下部弹簧-橡胶组合结构（31）包括橡胶缓冲本体以及固定连接在橡胶缓冲本体上的若干下部弹簧（311），若干下部弹簧（311）均与夹层结构挡板（25）固定相连；橡胶缓冲本体以及上部橡胶块（34）都开设有用于容置抛投式机器人的凹槽，并且两凹槽相对设置，所述抛投式机器人设于上部机器人约束槽（33）以及下部机器人约束槽（32）的内部，并且其两端分别容置于两凹槽中；所述尾端降落伞减速模块（4）包括容置有降落伞的降落伞尾仓（41），所述上部橡胶块（34）固定连接在降落伞尾仓（41）的端面上，所述防撞外壳壳体（5）套在上部橡胶块（34）之外，并且也固定连接在降落伞尾仓（41）的端面上。2.根据权利要求1所述的一种用于抛投式机器人的缓冲防护结构，其特征在于，所述铝制外层壳（11）、铝制内层壳（12）都呈空心的半球状。3.根据权利要求1所述的一种用于抛投式机器人的缓冲防护结构，其特征在于，所述配重材料为石英砂。4.根据权利要求1所述的一种用于抛投式机器人的缓冲防护结构，其特征在于，所述下部机器人约束槽（32）、上部机器人约束槽（33）都呈直筒状，所述下部机器人约束槽（32）贯穿所述上部机器人约束槽（33），并且二者相适配。

技术总结

本发明公开了一种用于抛投式机器人的缓冲防护结构，涉及机器人技术领域。既能在有效撞击地面吸能的同时，保护好内部有效载荷安全，又使得抛投式机器人能够完成预先设定的工作任务。所述缓冲防护结构包括依次固定相连的铝壳吸能缓冲模块、铝蜂窝吸能模块、橡胶-弹簧缓冲模块以及尾端降落伞减速模块。功能包括：一、有效载荷的铝壳缓冲吸能；二、有效载荷的铝蜂窝吸能缓冲；三、有效载荷的橡胶-弹簧缓冲减震；四、降落伞开伞减速。本发明依靠着陆抛投式机器人进行多级缓冲结构布设，具有结构紧凑、重量小、成本低、可靠性高等优点，适应抛投式机器人缓冲的需求。器人缓冲的需求。器人缓冲的需求。