[发明专利]航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置

说明书

技术领域

本发明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。 

背景技术

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，与本发明相比较，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。 

发明内容

本发明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。 

本发明采用如下技术方案： 

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，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F_x、F_y、F_z，沿Y方向扭矩为M_y，三维力传感器测得三个方向分力为F_x1、F_y1、F_z1，二维力传感器测得两个方向分力为F_x2、F_y2，扭矩传感器测得Y方向扭矩为M_y1，则航天员手臂抓取力为F_x、F_y、F_z可表示为： 

F_x= F_x1+ F_x2，