[发明专利]航天员舱外活动用脚限位器

说明书

技术领域

本发明直接应用于航天员进行舱外活动时自身位置与姿态的确定。

背景技术

在国外早期由空间机械臂辅助航天员进行的舱外活动中，采用脚限位器来连接航天员与空间站（航天飞机或空间机械臂）。美国ESSEX公司于1986年4月完成的研究报告（The Design，Fabrication and Delivery of a Manipulator Foot Restraint Mockup for Space Telescope Development Testing,Michael A.Hollingsworth,NASA-CR-178837）对脚限位器（Foot Restraint）的研制有较为详细的论述。脚限位器是空间站机械臂系统的一个子系统，并安装于其上，在进行哈勃望远镜在轨维修时发挥了关键作用。工作中，脚限位器承担运输所有维修替换器件以及固定航天员的任务。1991年3月，美国的Monford,Jr申请了专利“END EFFECTOR WITH ASTRONAUT FOOT RESTRAINT”(US Patent No.5,070,964)，提出了一种简单而实用的单关节脚限位器设计，并较详细地阐述了其基本结构和工作原理，专利中对脚限位器刚性平台的结构设计影响至今。

在空间站的运行中，航天员进行复杂的舱外活动时需要借助脚限位器来固定于指定的位置并保持相应的姿态。脚限位器通过机械接口直接与空间站或通过空间机械臂与空间站相连，成为航天员与空间站的连接纽带，即实现航天员与空间站的可靠连接、保证航天员的在轨安全，同时又实现了航天员位置与姿态受控，为航天员顺利开展舱外作业提供保障。脚限位器正是基于以上功能考虑而设计的，其设计要点在于同时实现航天员与空间站的可靠连接与航天员姿态的灵活调整。

发明内容

本发明的解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种航天员舱外活动用脚限位器，该限位器能够精确的确定航天员的位置与姿态。

本发明的技术解决方案是：航天员舱外活动用脚限位器，包括脚部限位踏板、位姿调整机构、载荷限制单元和快速安装接口单元。

脚部限位踏板安装于位姿调整机构上，通过位姿调整机构调整其姿态，位姿调整机构通过载荷限制单元与快速安装接口单元连接，载荷限制单元用于限制从航天员传递到空间站上的载荷；快速安装接口单元用于与空间站连接。

所述的脚部限位踏板主要由支撑底板、靴蹬和靴跟卡条组成，靴蹬安装在支撑底板的上表面，用于套入和限制宇航靴的靴面位置，靴跟卡条安装在支撑底板的上表面，用于限制宇航靴的靴跟位置。

所述的位姿调整机构包括偏航关节调整组件、横滚关节调整组件和俯仰关节调整组件；俯仰关节调整组件一端连接载荷限制单元，另一端固接横滚关节调整组件的一端，俯仰关节调整组件在使用前通过手动方式调节整个限位器的俯仰方位；横滚关节调整组件的另一端固接偏航关节调整组件，横滚关节调整组件在使用过程中实现对整个限位器横滚姿态的调节；偏航关节调整组件的另一端与脚部限位踏板中的支撑底板连接，偏航关节调整组件在使用过程中实现对整个限位器偏航姿态的调节。

所述的偏航关节调整组件与横滚关节调整组件在使用前均处于自锁状态，使用时都是通过踩踏踏板，踏板产生的力带动连杆顺时针或者逆时针旋转，与连杆连接的两个棘爪在使用前与棘轮啮合，连杆旋转带动其中一个棘爪与棘轮脱离啮合关系，由继续保持啮合的那个棘爪带动棘轮转动，由棘轮带动齿轮转动，通过齿轮传动带动蜗杆转动，蜗轮固接于调整组件的支撑部件上，进而通过蜗杆转动作用于蜗轮上带动整个调整组件实现偏航方向或者横滚方向的调整。

所述的俯仰关节调整组件包括L形支架、锁紧手柄、压紧轮、压缩弹簧、锁紧销、锁紧球、调位齿盘；L形支架一端与调位齿盘铰接，L形支架侧面装有可旋转的锁紧手柄，锁紧手柄与L形支架中空槽处的压紧轮固接，压紧轮与可移动的锁紧销的一端贴合，套装在锁紧销的压缩弹簧保持锁紧销的另一端与锁紧球贴合，锁紧球嵌入调位齿盘的齿槽中，调位齿盘的末端与快速安装接口单元固接。

所述的载荷限制单元包括空心预紧杆、预紧双螺母、盒盖、限载弹性件、限载骨架；空心预紧杆的外圆柱面与快速安装接口单元中承力骨架的内圆柱孔配合，空心预紧杆通过球面端和螺纹端处的预紧双螺母将承力骨架与限载骨架拉紧并允许相对转动，罩在盒盖内的承力骨架大端底部开孔处与限载弹性件压紧，承力骨架大端侧面的凸柱嵌入限载骨架的凹槽中起到圆周方向的限位作用。