本发明专利技术提供了一种用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统，包括三维旋转机构、外骨骼支架机构和重力矩补偿机构，所述外骨骼支架机构与所述三维旋转机构转动连接；所述重力矩补偿机构设置在所述三维旋转机构上，并与所述外骨骼支架机构连接。本发明专利技术中的用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统通过在三维旋转机构上设置重力矩补偿机构，以连接三维旋转机构与外骨骼支架机构，用于在外骨骼支架机构随宇航员三轴旋转时补偿重力矩，以模拟出宇航员在三个旋转自由度方向上的失重，从而真实模拟宇航员在微低重力环境中的体感。感。感。
【技术实现步骤摘要】
一种用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统
[0001]本专利技术涉及微重力模拟
，具体而言，涉及一种用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统。
技术介绍
[0002]太空和外星球表面存在着复杂的不同于地球地面的环境，例如高辐射、高真空和微低重力等环境。其中，微低重力环境对航天器和宇航员的影响很大，宇航员在太空任务的执行过程中会出现和在地面重力下完全不同的体感，这大大增加了太空任务执行所需的时间并增加了任务失败的风险。
[0003]为了让宇航员能够提前适应太空的微低重力环境，需要在地面通过实验设备模拟太空的微低重力环境用于宇航员训练，目前针对宇航员的微低重力模拟多采用悬吊法。但现有的悬吊法模拟微低重力环境存在一定局限性，大部分仅能实现三维平动的微低重力模拟，无法实现宇航员三轴旋转，模拟水平有限；而小部分能够实现宇航员三轴旋转的悬吊法技术，例如美国NASA研制的在悬吊式的基础上增加了可以实现宇航员三轴旋转的人机背架的模拟系统，其仅是在背架上布置了被动的旋转副，无法模拟出宇航员在三个旋转自由度方向上的失重，也就是说，宇航员三轴旋转时在关节处产生的重力矩没有补偿，体感并不准确。
技术实现思路
[0004]本专利技术解决的问题是：如何实现宇航员三轴旋转时重力矩的补偿。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统，包括三维旋转机构、外骨骼支架机构和重力矩补偿机构，所述外骨骼支架机构与所述三维旋转机构转动连接；所述重力矩补偿机构设置在所述三维旋转机构上，并与所述外骨骼支架机构连接。
[0006]可选地，所述外骨骼支架机构包括均与所述三维旋转机构转动连接的背部外骨骼支架和腿部外骨骼支架，所述重力矩补偿机构包括均设置在所述三维旋转机构上的背部重力矩补偿机构和腿部重力矩补偿机构；所述背部重力矩补偿机构连接所述三维旋转机构与所述背部外骨骼支架，所述腿部重力矩补偿机构连接所述三维旋转机构与所述腿部外骨骼支架。
[0007]可选地，所述用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统还包括悬吊机构，所述三维旋转机构与所述悬吊机构转动连接。
[0008]可选地，所述三维旋转机构包括依次连接的上横杆、竖直杆、连杆机构和水平杆，所述上横杆远离所述竖直杆的一端与所述悬吊机构转动连接，所述连杆机构与所述竖直杆转动连接，所述水平杆远离所述连杆机构的一端与所述背部外骨骼支架和腿部外骨骼支架连接，所述上横杆、所述竖直杆、所述连杆机构和所述水平杆合围形成适于容纳所述背部外骨骼支架的容纳区；所述背部重力矩补偿机构设置在所述上横杆和所述竖直杆中的至少一
个上，所述腿部重力矩补偿机构设置在所述水平杆上。
[0009]可选地，所述连杆机构包括第一连架杆、第二连架杆、第一竖直连杆和第二竖直连杆，所述第一连架杆和所述第二连架杆均与所述竖直杆转动连接并沿所述竖直杆的长度方向间隔设置；所述第一竖直连杆、所述竖直杆和第二竖直连杆沿所述第一连架杆的长度方向依次间隔设置，且所述第一竖直连杆的上下两端分别与所述第一连架杆的一端和所述第二连架杆的一端转动连接，所述第二竖直连杆的上下两端分别与所述第一连架杆的另一端和所述第二连架杆的另一端转动连接。
[0010]可选地，所述水平杆包括扶手式左横杆、扶手式右横杆、髋左侧水平杆和髋右侧水平杆，所述扶手式左横杆和所述扶手式右横杆的一端分别与所述第一竖直连杆和第二竖直连杆的上端连接，所述扶手式左横杆和所述扶手式右横杆的另一端均通过所述腿部重力矩补偿机构与所述腿部外骨骼支架连接；所述髋左侧水平杆和髋右侧水平杆的一端均与所述第二连架杆连接，所述髋左侧水平杆和髋右侧水平杆的另一端均与所述腿部外骨骼支架转动连接。
[0011]可选地，所述背部外骨骼支架包括设置在所述髋左侧水平杆和所述髋右侧水平杆上的背部连杆机构以及设置在所述背部连杆机构上并适于相对所述背部连杆机构移动的调节杆；所述背部重力矩补偿机构连接所述三维旋转机构与所述调节杆。
[0012]可选地，所述腿部外骨骼支架包括依次转动连接的大腿连接杆、小腿连接杆、下转移杆和小腿力矩转移杆，且所述大腿连接杆远离所述小腿连接杆的一端与所述小腿力矩转移杆转动连接，所述三维旋转机构与所述大腿连接杆和所述小腿力矩转移杆中的至少一个转动连接。
[0013]可选地，所述腿部重力矩补偿机构包括大腿重力矩补偿结构和小腿重力矩补偿结构，所述三维旋转机构分别通过所述大腿重力矩补偿结构和所述小腿重力矩补偿结构与所述大腿连接杆和所述小腿力矩转移杆连接。
[0014]可选地，所述背部重力矩补偿机构、所述大腿重力矩补偿结构和所述小腿重力矩补偿结构均包括拉簧、减速结构和吊索，所述拉簧一端与所述三维旋转机构连接，另一端通过所述减速结构和所述吊索连接所述外骨骼支架机构。
[0015]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：三维旋转机构通过悬吊机构悬吊在相应吊架上，以实现用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统的悬吊，且三维旋转机构通过悬吊机构和相应吊架实现三维空间运动，以实现宇航员的三维空间运动；且三维旋转机构用于实现与其转动连接的外骨骼支架机构的三轴旋转，即实现外骨骼支架机构和宇航员的横滚(侧倾)运动、俯仰运动和偏航运动三个旋转自由度方向上的转动运动，以满足宇航员的多种动作需求，提升微低重力模拟水平。重力矩补偿机构设置在三维旋转机构上，并连接三维旋转机构与外骨骼支架机构，用于在外骨骼支架机构随宇航员三轴旋转时补偿重力矩(例如重力在宇航员相应关节处产生的重力矩)，以模拟出宇航员在三个旋转自由度方向上的失重，从而真实模拟宇航员在微低重力环境中的体感。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例中用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统的部分结构示意图；
[0017]图2为本专利技术实施例中三维旋转机构与悬吊机构连接的结构示意图；
[0018]图3为本专利技术实施例中背部外骨骼支架与水平杆连接的结构示意图；
[0019]图4为本专利技术实施例中腿部外骨骼支架与水平杆连接的结构示意图。
[0020]附图标记说明：
[0021]1‑
三维旋转机构，11
‑
上横杆，12
‑
竖直杆，13
‑
连杆机构，131
‑
第一连架杆，132
‑
第二连架杆，133
‑
第一竖直连杆，134
‑
第二竖直连杆，14
‑
水平杆，141
‑
扶手式左横杆，142
‑
扶手式右横杆，143
‑
髋左侧水平杆，144
‑
髋右侧水平杆；2
‑
外骨骼支架机构，21
‑
背部外骨骼支架，211
‑
背部连杆机构，211a
‑
前向杆，211b
‑
背部连杆，211c
‑
后向杆，212...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统，其特征在于，包括三维旋转机构(1)、外骨骼支架机构(2)和重力矩补偿机构(3)，所述外骨骼支架机构(2)与所述三维旋转机构(1)转动连接；所述重力矩补偿机构(3)设置在所述三维旋转机构(1)上，并与所述外骨骼支架机构(2)连接。2.如权利要求1所述的用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统，其特征在于，所述外骨骼支架机构(2)包括均与所述三维旋转机构(1)转动连接的背部外骨骼支架(21)和腿部外骨骼支架(22)，所述重力矩补偿机构(3)包括均设置在所述三维旋转机构(1)上的背部重力矩补偿机构(31)和腿部重力矩补偿机构(32)；所述背部重力矩补偿机构(31)连接所述三维旋转机构(1)与所述背部外骨骼支架(21)，所述腿部重力矩补偿机构(32)连接所述三维旋转机构(1)与所述腿部外骨骼支架(22)。3.如权利要求2所述的用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统，其特征在于，还包括悬吊机构(4)，所述三维旋转机构(1)与所述悬吊机构(4)转动连接。4.如权利要求3所述的用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统，其特征在于，所述三维旋转机构(1)包括依次连接的上横杆(11)、竖直杆(12)、连杆机构(13)和水平杆(14)，所述上横杆(11)远离所述竖直杆(12)的一端与所述悬吊机构(4)转动连接，所述连杆机构(13)与所述竖直杆(12)转动连接，所述水平杆(14)远离所述连杆机构(13)的一端与所述背部外骨骼支架(21)和腿部外骨骼支架(22)连接，所述上横杆(11)、所述竖直杆(12)、所述连杆机构(13)和所述水平杆(14)合围形成适于容纳所述背部外骨骼支架(21)的容纳区(5)；所述背部重力矩补偿机构(31)设置在所述上横杆(11)和所述竖直杆(12)中的至少一个上，所述腿部重力矩补偿机构(32)设置在所述水平杆(14)上。5.如权利要求4所述的用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统，其特征在于，所述连杆机构(13)包括第一连架杆(131)、第二连架杆(132)、第一竖直连杆(133)和第二竖直连杆(134)，所述第一连架杆(131)和所述第二连架杆(132)均与所述竖直杆(12)转动连接并沿所述竖直杆(12)的长度方向间隔设置；所述第一竖直连杆(133)、所述竖直杆(12)和第二竖直连杆(134)沿所述第一连架杆(131)的长度方向依次间隔设置，且所述第一竖直连杆(133)的上下两端分别与所述第一连架杆(131)的一端和所述第二连架杆(132)的一端转动连接，所述第二竖直连杆(134)的上下两端分别与所述第一连...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘振，高海波，牛福亮，黄中山，于海涛，李楠，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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