[发明专利]分布式多位姿运动重力卸载宇航员地面训练系统

权利要求书

1.分布式多位姿运动重力卸载宇航员地面训练系统，其特征在于，包括桁车二自由度运动平台、分布式重力卸载平台；所述桁车二自由度运动平台用于实现人体整体在水平面内的二自由度大范围运动；所述分布式重力卸载平台安装在桁车二自由度运动平台上，用于实现人体整体在竖直方向上的大范围运动、空间三自由度转动，以及人体自身的小范围的姿态调整；

所述桁车二自由度运动平台由桁架(2)、轨道一(1)、轨道二(6)、桁车驱动器一(3)、桁车驱动器二(4)组成；所述轨道一(1)安装在桁架(2)两侧横梁上，所述桁车驱动器一(3)安装在轨道一(1)上且可沿轨道一(1)直线运动；所述轨道二(6)的两端分别安装在一个桁车驱动器一(3)底部，所述桁车驱动器二(4)安装在轨道二(6)上且可沿轨道二(6)直线运动；

所述分布式重力卸载平台包括刚性平台支架(7)、悬吊系统(5)；所述刚性平台支架(7)安装在桁车二自由度运动平台底部，可绕其竖直轴线自由转动，用于为人体整体提供水平转动自由度，同时底部设计有水平框架(17)为悬吊系统(5)提供安装位置和空间；所述悬吊系统(5)安装在水平框架(17)上，用于为人体躯干、头部、四肢提供与重力方向相反的恒定补偿力，实现人体整体在竖直方向上的大范围运动、除水平转动外的其他空间二自由度转动，以及人体自身的小范围的姿态调整；

所述悬吊系统(5)包括躯干悬吊系统、四肢悬吊系统；所述躯干悬吊系统，在竖直方向上采用主动恒力控制为质量较大的躯干部位提供恒定补偿力，在水平方向通过对桁车二自由度运动平台主动控制实现跟随运动，进而保持吊索(11)的竖直，降低了由于吊索(11)倾斜产生的水平力误差；所述四肢悬吊系统用于为四肢及头部提供重力补偿，在竖直方向是依然采用主动恒力，水平方向采用由零刚度平行四边形单元通过铰链连接而成的树形多自由度被动恒力机构实现了吊索的跟随运动；

所述躯干悬吊系统包括主动恒力伺服系统(9)、永磁恒力弹簧(16)、平衡梁(10)、吊索(11)、拉力传感器(12)、躯干连接器(18)；所述主动恒力伺服系统(9)安装在水平框架(17)底部，用于为躯干提供竖直向上的恒定补偿力，底部相机可检测其对应吊索(11)与水平面的垂直度，为主动随动系统提供控制依据；所述平衡梁(10)、躯干连接器(18)、吊索(11)共同构成了顶部为单索悬吊的空间平行四边形机构实现了躯干的左右摆动、前后俯仰及水平转动；

所述主动恒力伺服系统包括悬挂支架(24)、伺服电机(25)、相机(26)、直角变速器(27)、齿轴(28)、螺纹补偿环(29)、螺钉(30)、滚筒(31)、吊索(11)；所述悬挂支架(24)主体为L型的板状结构，上端设计螺纹副用于与其他机构装配，中间为正方形带有螺栓孔及轴孔的正方形板状结构，用于与伺服电机(25)和直角变速器(27)的连接固定，下端是带有螺纹孔的板状结构，用于安装相机(26)；所述伺服电机(25)、直角变速器(27)通过螺钉安装在悬挂支架(24)上，伺服电机(25)为直角变速器(27)提供扭矩，驱动其输出轴转动；所述直角变速器(27)的输出轴设计为带有六个滑槽的齿轴(28)，用于与滚筒(31)中心的齿环(32)配合，通过齿轴(28)驱动滚筒(31)转动，同时滚筒沿着齿轴(28)上的滑槽沿轴线方向直线滑动；所述滚筒(31)中心设计有与齿轴(28)相配合的齿环(32)结构，用于与齿轴(28)配合传递扭矩，滚筒(31)的内侧转轴外表面带有螺纹用于与螺纹补偿环(29)内部螺纹配合；所述螺纹补偿环(29)为端部带有法兰且内部具有螺纹的环状结构，其端部法兰通过螺栓与直角变速器(27)的齿轴(28)根部连接固定，与齿轴(28)同轴配合，内部螺纹用于与滚筒(31)的内侧转轴外表面螺纹配合，使滚筒(31)在转动过程中沿着齿轴(28)轴线微动，实现对吊索(11)的位置补偿，确保竖直吊索(11)轴心线与悬挂支架(24)顶端螺纹副轴线始终重合；有效避免了滚筒(31)在收放吊索(11)时，由于绕在滚筒(31)上的吊索(11)圈数会发生变化导致竖直吊索(11)相对于主动恒力伺服系统(9)中相机(26)的位置会沿着齿轴(28)轴线方向偏移引发的对吊索位置的视觉测量误差。