[发明专利]一种用于体感微低重力模拟装置的主动补偿方法

说明书

本发明公开了用于体感微低重力模拟装置的主动补偿方法，所述体感微重力模拟装置包括重力平衡组件、向所述重力平衡组件提供缓冲势能以至少部分平衡人体重力的缓冲组件，所述主动补偿方法包括：S1：获取微低重力模拟装置产生的附加力矩；S2：根据附加力矩向所述体感微低重力装置输出相反方向的补偿力矩。本发明根据获取的附加力矩输出反向的补偿力矩，使得宇航员在训练系统中步行的效果与在月球表面及火星表面实际行走的效果一致或者接近，提高主动补偿的效率，提高装置模拟的精度。

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，具体地说，涉及一种用于体感微低重力模拟装置的主动补偿方法，通过在地球表面进行低重力步行训练，模拟空间站在月球表面、火星表面其他失重环境下的步行训练，适应在月球以及火星表面的微低重力环境。

背景技术

随着航天空技术的发展，所有的载人空间探索活动不仅需要在航天工程上进一步创新发展，还需要对宇航员进行训练，以帮助其熟悉在太空或外星球执行任务的微重力或低重力环境。目前宇航员在地模拟低重力环境的的实验系统主要有自由落体运动、抛物线飞行实验系统、中性水池实验系统、吊丝配重式实验系统、超导磁体悬浮实验系统、气悬浮实验系统、虚拟现实技术验系统等。航天任务验证和航天员在地微重力模拟训练需求增大，地面微重力模拟是伴随着航天技术发展而出现的一个新的研究领域，相比于数字仿真与理论分析，通过微重力模拟所得到的实验结果更具有真实性与可靠性。

美国专利的公开号为（US8152699B1）的专利提供一种用于重力平衡装置的装置和方法，该重力平衡装置利用机械结构之间组合运动的实现的微重力模拟，用于训练人类进行空间探测和其它应用，包括容易调节的弹簧装置，弹簧安装后，装置实施例建造成本较低，操作安全、可靠性高、持续时间长等优势，并可适用于多种应用，以供人们在较低或零重力环境中体验步行。但由于重力模拟装置的弹簧组由多根弹簧组成，总质量可达几十千克，同时该装置本身的重力和宇航员的重力不可避免地会存在摩擦力矩和惯性力矩，在实验中发现存在的重力力矩、摩擦力矩和惯性力矩有时很大，因此如何有效补偿装置当中的重力、惯性力和摩擦力是微低重力模拟装置中亟待解决的重要课题。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种用于体感微低重力模拟装置的主动补偿方法，根据关节点的初始转角信息，控制电机输出对应的补偿力矩，使主动补偿组件产生的效果达到最佳。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种用于体感微低重力模拟装置的主动补偿方法，所述体感微重力模拟装置包括重力平衡组件、向所述重力平衡组件提供缓冲势能以至少部分平衡人体重力的缓冲组件，其特征在于，所述主动补偿方法包括：

S1：获取微低重力模拟装置产生的附加力矩；

S2：根据附加力矩向所述体感微低重力装置输出相反方向的补偿力矩。

进一步地，所述补偿力矩至少包括重力平衡组件和人机接口的重力力矩、装置的摩擦力矩、位移产生的惯性力矩中的一种或一种以上的组合。

进一步地，所述重力平衡组件包括至少一个平行四边形结构，所述补偿力矩的具体步骤包括：

获取所述平行四边形结构关节点的角位移信息，计算需要补偿的重力力矩值；和/或

获取所述平行四边形结构关节点的角速度和角加速度信息，计算需要补偿的惯性力力矩值；和/或

获取所述平行四边形结构关节点的正压力值，计算需要补偿的摩擦力矩。