Research on robot measuring system for spacesuit joint mobility

Presents the principles of the passive robot system for measuring spacesuit joint mobility. The model of passive robot is developed. Based on its special mechanical structure, the model of the flexible IVA （intravehicular activity） spacesuit＇ s arm according to robotics is built. The inverse kinematics of a spacesuit＇ s arm based on artificial neural networks is put forward. Also, the self-learning algorithm of the network architecture based on generalization ability is developed, which ensures that the network architecture is designed and optimized. The joint mobility of an actual IVA spacesuit is measured. Experimental results prove that the theoretical system is correct and available, and the measuring system has high preciseness.     

航天服手臂阻尼力矩测试方法

论述了俄罗斯、美国和中国航天服手臂阻尼力矩的测试方法,比较了各种方法的特点.通过分析不同测试方法的测量结果,给出了航天服手臂关节的阻尼力矩特性.     

舱外航天服手臂的逆运动学解法

针对航天服手臂的特殊软关节结构和多自由度的特点,提出了基于最近邻的快速逆运动学解法,该方法保证在任何测量位置都能得到航天服关节角度的近似解.采用空间分块二步搜索策略,解决了基于最近邻方法求解舱外航天服手臂逆运动学中内存占用量大和效率低的缺点.仿真结果表明,最近邻的快速逆运动学解法在计算精度和实时性上均能满足测试系统的要求.     

航天服充气压状态下的关节阻力矩特性研究

航天服为航天员在太空环境提供基本生命保障,同时还需具有较好的活动性能以便开展作业。航天服工作时需充气压构成真空防护,而气压会导致较大关节阻力矩,对着服者活动产生很大影响。为研究航天服充气压状态下的关节阻力矩特性,研制了一种能够消除重力、牵引轨迹误差等因素干扰的测试平台,并对航天服肘关节、膝关节、髋关节活动阻力矩进行测试,分析了关节阻力矩与航天服余压及关节活动速度的关系。在测试数据的基础上,采用改进型数值实现方法及线性插值方法建立了基于Preisach迟滞模型的航天服关节角度与关节阻力矩数学模型,并在MATLAB/Simulink中进行模型预测仿真计算,验证了所提出的改进型迟滞模型能实现对航天服关节阻力矩的精确预测,为航天服关节活动性能的改善提供了理论参考。     

舱外航天服除湿装置除湿及再生特性

在舱外航天服环境控制与生命保障系统中,除湿装置能够对介质气体中湿气进行去除,可有效提高CO₂分压传感器的测量灵敏度。为适应舱外航天服的使用模式、出舱时间,同时延长除湿装置在舱外航天服中的使用次数,提出了使用舱外航天服氧瓶剩余氧气进行硅胶吹扫再生的方法,为分析除湿装置的除湿特性、再生特性以及使用模式对其性能影响,首先对比了氯化钙、变色硅胶和细孔硅胶等干燥剂的物理特性和除湿性能;其次,采用纯氧吹扫的方式对变色硅胶进行了除湿再生试验研究;最后,对比分析了除湿装置使用模式对其除湿性能的影响特性。试验结果表明：CaCl₂颗粒的除湿效果优于变色硅胶,但吸湿后CaCl₂干燥剂会出现坍塌短路的现象;在相同试验条件下,变色硅胶的连续除湿时间为32 h,而细孔硅胶的连续除湿时间为23 h;除湿过程经过暂停后,除湿特性发生变化,间断模式的出口绝对湿度随着除湿时间的增加而有所增大,并且高于正常模式下的出口绝对湿度。变色硅胶的物理特性稳定且在满足除湿要求下的除湿时间较长,更适用于该系统中的除湿装置;且变色硅胶经过纯氧吹扫后可循环使用,具备多次除湿...     

手的热特性实验研究

恶劣的太空环境(极低温、真空、电离、辐射等)使得航天员在舱外活动常常感到冷，甚至不得不因冷而提前回舱，给手套采用外加热已成不争的事实，而加热方法的优化必须基于手的数学模型的计算，但目前还没有在满足工效情况下的手的温度场实验和数据报道，为给数值模拟模型计算和验证提供可靠的数据，设计了手的最低温为15℃时的温度场实验，对坐、失重和平躺等情况进行了实验研究。     

基于六自由度机器人的航天服性能参数测试

介绍了一种基于六自由度测量机器人的航天服性能参数测试系统的测量原理，基于机器人运动学和静力学原理建立了随动式机器人和舱内航天服（IVA)三自由度手臂软关节的数学模型，分析了机器人的工作空间，有效地证明了测试原理的正确性。     

Kinematic compatibility between the body and a mock spacesuit during basic upper body motions

In this study, a novel conceptual method was tested to study the kinematic mismatch between the body motion of an occupant with respect to a rigid suit. It was hypothesized that differences between body and suit motion would require extra body movement to achieve the desired suit motion. To quantify the mismatch in kinematics, mock upper body suits with an open structure were used in conjunction with a marker-based motion capture system. A 3D motion modeling software was used to determine the range of motion of the suit and body segments of nine participants performing seven basic arm and trunk motions. In general, range of motion of the body segment was found to be higher than the corresponding suit segment range of motion. Differences in range of motion of up to 21.3% were found between corresponding body and suit segments, and significance was found in five of the seven motions.     

航天服浪涌抑制电路设计和应用研究

为解决航天服电源带载切换瞬间浪涌抑制功能失效问题,提出一种改进的浪涌电流抑制方法,增加MOS管栅极电压快速泄放通道,设计相对独立的充电电路和放电电路,通过分析计算确定各阻容元件的参数值;仿真计算结果表明,MOS管栅极电压泄放时间由48.55ms减小为554.5μs,充满电时间由90ms变为42ms,放电时间加快,而充电时间相对稳定;经实验测试,电源初始加电及电源切换加电瞬间,浪涌电流峰值均不大于3A,两种工况下浪涌电流都能得以抑制;改进后的浪涌抑制电路有效地解决了带载切换过程中浪涌电流过大的问题,能够很好地应用于航天服的供电系统中。