航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置制造方法及图纸

一种航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置，第一抓杆基座与第二抓杆基座转动连接，在第一抓杆基座和第二抓杆基座都设有抓取力测力装置，该抓取力测力装置由三维力传感器、转接块、扭矩传感器、柱形抓杆、直线轴承机座、直线轴承、二维力传感器组成，三维力传感器上的法兰盘与转接块下表面连接，转接块侧面与扭矩传感器的基体连接，三维力传感器的标定轴与扭矩传感器的标定轴垂直，柱形抓杆一端套设在扭矩传感器标定轴上，并与扭矩传感器的标定轴刚性连接，直线轴承过盈配合装配于直线轴承基座内部，直线轴承内圈装在柱形抓杆的另一端上，且直线轴承与柱形抓杆滑动连接，直线轴承机座下表面与二维力传感器的法兰盘连接。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种多维力测力装置，特别涉及一种航天员在模拟太空环境中进行舱外攀爬活动训练时，用于测量航天员左右手四维抓取力的测力装置。
技术介绍
飞船在轨道飞行期间，航天员处于微重力环境下。航天员进行舱外活动时，经常需要把一个太空设备装配到另一个太空设备上，或者从一个工作位置移动到另一个工作位置。在完成上述出舱任务时，最重要的是使身体保持在一定的位置或有效地进行身体移动。 身体移动的最好办法是头朝下，面对要移动的方向，手臂把扶住周围的某些固定物体做攀爬运动。在舱外活动中，航天员的攀爬运动与普通地面上运动员抓取固定物体做攀爬运动存在很大的差别，航天员的手、手腕和手臂的肌力和耐力比心血管功能更为重要。为了保证航天员能顺利地完成舱外活动任务，需要对航天员加强地面模拟太空环境的舱外活动训练。舱外活动训练包括航天员身穿舱外航天服，利用软绳将航天员腰部系住并悬吊于空中，航天员单手或双手抓持住放置于地面的训练杆，练习如何通过抓持训练杆稳定自己的身体，防止随意旋转运动，并将自己的身体保持一个特定的位置和角度；练习如何通过抓持训练杆向特定的目标和方向移动自己的身体。为配合航天员顺利完成上述地面模拟舱外活动攀爬训练，需要研究航天员在模拟舱外活动攀爬训练中手臂对物体抓取的生物力学特征，设计一种可以测量航天员左右手四维抓取力的测量装置。中国专利CN101832834A公开了用于失重环境下攀爬训练的抓杆装置，可以测量失重环境下人员攀爬训练时对训练杆的三维抓取力，与本技术相比较，当两个固定于支架上的三维力传感器的传力轴与抓杆刚性连接时，整个抓杆装置构成超静定系统，当两个传力轴的实际距离与传力轴在抓杆上的正确安装距离有细微差别时，在抓杆装置内部，抓杆将对两个三维力传感器产生沿Y方向的巨大的内力，因此两个三维力传感器测得的合力不仅是人员攀爬训练时对训练杆的三维抓取力，还包括抓杆对两个三维力传感器的作用内力，该作用内力不好测量并具有可变性，严重影响测量精度，且该抓杆装置不区分左右手，不可根据攀爬人员实际需要调节抓杆装置的杆长，和两个杆长的相对角度，也不能够测量攀爬训练时训练杆受到的沿训练杆中心轴的扭矩。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种能够提高测量精度的航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置。本技术采用如下技术方案—种航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置，包括第一抓杆基座和第二抓杆基座，第一抓杆基座与第二抓杆基座转动连接，在第一抓杆基座和第二抓杆基座都设有抓取力测力装置，抓取力测力装置由三维力传感器、转接块、扭矩传感器、柱形抓杆、直线轴承机座、直线轴承、二维力传感器组成，三维力传感器上的法兰盘与转接块下表面连接，转接块侧面与扭矩传感器的基体连接，三维力传感器的标定轴与扭矩传感器的标定轴垂直，柱形抓杆一端套设在扭矩传感器的标定轴上，并与扭矩传感器的标定轴通过销子刚性连接，直线轴承过盈配合装配于直线轴承基座内部，直线轴承内圈装在柱形抓杆的另一端上，且直线轴承与柱形抓杆滑动连接，直线轴承机座下表面与二维力传感器的法兰盘连接。当航天员进行攀爬训练时，设柱形抓杆受到航天员手臂抓取力为Fx、Fy、Fz，沿Y方向扭矩为My，三维力传感器测得三个方向分力为fxl、Fyl、Fzl，二维力传感器测得两个方向分力为Fx2、Fy2，扭矩传感器测得Y方向扭矩为Myl，则航天员手臂抓取力为Fx、Fy、Fz可表示为Fx=Fx1+Fx2,Fy=Fyl+Fy2,Fz=Fzl， My=Myl。同现有技术比较，本技术的优点是1)两个抓取力测力装置分别固定于第一抓杆基座、第二抓杆基座的上表面，可以同时分别测量航天员爬杆训练中左手、右手对柱形抓杆的四维抓取力，第一抓杆基座与第二抓杆基座通过转动副套合，可以相互沿着转轴进行相对转动，使得本技术装置可以根据航天员体型和抓取抓杆姿势的实际需要调节两个柱形抓杆的相对角度；2)直线轴承内圈装在柱形抓杆上，外圈装在直线轴承机座上，直线轴承机座下表面与二维力传感器的法兰盘连接，将二维力传感器的基体的底盘固定在二维力传感器安装孔的不同位置，可以根据航天员体型大小和实际需要调节柱形抓杆的长度；3)直线轴承与柱形抓杆沿轴向滑动连接，避免了超静定系统的产生，柱形抓杆不会对二维力传感器与三维力传感器产生沿Y方向的内力，保证了测量精度，否则，若二维力传感器与三维力传感器均与柱形抓杆刚性连接，形成超静定系统，在对装置实际加工安装时，由于机械误差、安装方式等原因，三维力传感器的标定轴与二维力传感器的标定轴的实际距离与上述两个传力轴在抓杆上的正确安装距离不可避免会有细微差别，则在装置内部，柱形抓杆会对三维力传感器和二维力传感器产生沿Y方向的内力，该内力值通常较大，使得三维力传感器和二维力传感器测得力值不仅包括航天员对训练杆的抓取力，还包括柱形抓杆会对三维力传感器和二维力传感器产生沿Y方向的内力，严重影响了装置对四维抓取力的测量；4)直线轴承与柱形抓杆除轴向滑动连接外，还有周向滑动连接，使得安装在柱形抓杆另一端的扭矩传感器可以准确测量航天员对抓杆的扭矩。附图说明图I是本技术的结构示意图。图2是本技术抓取装置结构示意图。图3是本技术三维力传感器示意图。图4是本技术扭矩传感器示意图。图5是本技术二维力传感器示意图。图6是本技术直线轴承和直线轴承机座示意图。图7是本技术第一抓杆基座和第二抓杆基座示意图。图8是本技术的抓取装置结构立体图。具体实施方式一种航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置，第一抓杆基座I和第二抓杆基座2，第一抓杆基座I与第二抓杆基座2转动连接，在第一抓杆基座I和第二抓杆基座2都设有抓取力测力装置，该抓取力测力装置由三维力传感器301、转接块302、扭矩传感器303、柱形抓杆304、直线轴承机座305、直线轴承306、二维力传感器307组成，三维力传感器301上的法兰盘3013与转接块302下表面连接，转接块302侧面与扭矩传感器的基体3031连接，三维力传感器的标定轴3012与扭矩传感器的标定轴3032垂直，柱形抓杆304一端套设在扭矩传感器标定轴3032上，并与扭矩传感器的标定轴3032通过销子刚性连接，直线轴承306过盈配合装配于直线轴承基座305内部,直线轴承306内圈装在柱形抓杆304的另一端上，且直线轴承306与柱形抓杆304滑动连接，直线轴承机座305下表面与二维力传感器的法兰盘3073连接。以下结合附图及具体实施例对本技术作进一步说明。 参照图I，为本技术的立体结构示意图，抓取力测量装置由第一抓杆基座1，第二抓杆基座2、第一抓取力测力装置4、第二抓取力测力装置3组成。抓取力测力装置结构参照图2，由三维力传感器301、转接块302、扭矩传感器303、柱形抓杆304、直线轴承机座305、直线轴承306、二维力传感器307组成。参照图3，三维力传感301包括三维力传感器的基体3011、三维力传感器的标定轴3012、三维力传感器的法兰盘3013。参照图4，二维力传感器307包括二维力传感器的基体3071、二维力传感器的标定轴3072、二维力传感器的法兰盘3073。参照图5，扭矩传感器303包括扭矩传感器的基体3031与扭矩传感器的标定轴3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置，其特征在于，包括：第一抓杆基座（1）和第二抓杆基座（2），第一抓杆基座（1）与第二抓杆基座（2）转动连接，在第一抓杆基座（1）和第二抓杆基座（2）都设有抓取力测力装置，所述的抓取力测力装置由三维力传感器（301）、转接块（302）、扭矩传感器（303）、柱形抓杆（304）、直线轴承机座（305）、直线轴承（306）、二维力传感器（307）组成，三维力传感器（301）上的法兰盘（3013）与转接块（302）下表面连接，转接块（302）侧面与扭矩传感器的基体（3031）连接，三维力传感器的标定轴（3012）与扭矩传感器的标定轴（3032）垂直，柱形抓杆（304）一端套设在扭矩传感器标定轴（3032）上，并与扭矩传感器的标定轴（3032）通过销子刚性连接，所述的直线轴承（306）过盈配合装配于直线轴承基座（305）内部，直线轴承（306）内圈装在柱形抓杆（304）的另一端上，且直线轴承（306）与柱形抓杆（304）滑动连接，直线轴承机座（305）下表面与二维力传感器的法兰盘（3073）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋爱国，马俊青，茅晨，吴涓，崔建伟，徐宝国，李会军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：