[发明专利]基于空间机器人的航天员质量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种人员质量测量方法，尤其是通过空间机器人进行航天员质量测量的方法，属于空间技术及测量技术领域。

背景技术

航天员在空间站等失重环境下长期工作时，生理和心理上都会发生一定的变化，为了监测航天员的生理变化，需要定期检测航天员的生理参数，而航天员的质量则是一项检测的基本参数。在微重力的太空，进行航天员质量测量与在地球上相比具有很大困难，现有的美国、俄罗斯以及我国都研制了专门的航天员质量测量仪来实现在太空中对宇航员的质量进行测量。而太空都有空间机器人进行空间站的无人值守，本发明拟通过现有的空间机器人实现航天员的质量测量。

发明内容

本发明提出了一种具有运动变化柔和的基于空间机器人的航天员质量测量方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于空间机器人的航天员质量测量方法，所述测量方法是利用空间站机械手测得在微重力环境下宇航员的质量，所述空间站机械手包括：空间机器人手臂、腕力传感器、机械手、测控系统以及底座，腕力传感器安装在空间机器人手臂的前端，机械手安装在腕力传感器的前端，具体测量步骤如下：

步骤1.测控系统(4)控制空间机器人手臂(1)，使其前端的机械手(3)准确抓住宇航员(11)；

步骤2.在测控系统(4)上设定机械手(3)的加速度曲线且加速度曲线为正弦变化，加速度曲线的中点在空间机器人手臂(1)伸展的最长位置和收缩的最短位置的中点，通过测控系统(4)控制机械手作直线往复运动；

步骤3.由腕力传感器(2)得到的力信息电压信号，在测控系统(4)中进行信号放大、A/D转换以及利用腕力传感器(2)力/力矩与电压的关系，得到并输出对应于腕力传感器(2)上力信息电压信号的力变化曲线；

步骤4.根据牛顿第一运动定律，选取机械手(3)的加速度曲线的峰值，并取出对应的腕力传感器(2)的力的峰值，计算出总质量m，进而计算出宇航员(11)的质量m2＝m-m1，其中，m1为机械手(3)的质量，m2为宇航员(11)的质量。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

一种在微重力环境下宇航员质量的测量方法的装置，包括空间机器人手臂、腕力传感器、机械手以及测控系统，腕力传感器安装在空间机器人手臂的前端，机械手安装在腕力传感器的前端。通过空间机器人手臂控制机械手在一条直线上做加速度为正弦曲线的运动。根据关节型机器人运动学规律，测控系统设定机械手的加速度运动曲线；由腕力传感器得到的力信息电压信号，在测控系统中进行信号放大、A/D转换以及利用腕力传感器力/力矩与电压的关系，得到并输出对应于腕力传感器上力信息电压信号的力变化曲线。根据牛顿第一运动定律，选取机械手的加速度曲线的峰值，并取出对应的腕力传感器的力的峰值，计算出总质量m，进而计算出宇航员的质量m2＝m-m1，其中，m1为机械手的质量，m2为宇航员的质量。

在空间站中都设有空间机器人用于空间站的值守，而空间机器人手臂上都装有腕力传感器和机械手，本发明旨在通过已有的空间机器人手腕的力传感器和机械手实现在微重力环境下宇航员质量的测量。测量宇航员质量时，测控系统控制机械手抓住宇航员。在控制机械手做加速度为正弦曲线运动的同时，测控系统获得腕力传感器上的力信息电压信号，利用机械手加速度信号和腕力传感器力信息电压信号，计算出宇航员的质量。本发明无需繁杂的航天员质量测试仪，最大限度的利用了空间站中已有设备，能够有效减少航天员发射时候的发射载荷，这对于航天发射来说具有很好的经济效益。同时，本发明所采用的加速度曲线为正弦曲线，具有运动变化柔和的特点，最大限度的降低测量过程对于航天员身体的影响。

附图说明

图1为本发明方法的工作流程图；

图2为本发明方法的示意图。

图3为空间机器人的几何结构图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

如图2所示，一种基于空间机器人的航天员质量测量方法，其特征为，所述测量方法是利用空间站机械手测得在微重力环境下宇航员的质量，所述空间站机械手包括：空间机器人手臂1、腕力传感器2、机械手3、测控系统4、底座5、第一关节6、第二关节7、第三关节8、第四关节9以及第五关节10，腕力传感器2安装在空间机器人手臂1的前端，机械手3安装在腕力传感器2的前端。测控系统4可以通过外部输入来控制空间站机械手的运动，外部输入可以来自于面板也可以来自于PC机。

具体测量步骤如下：