CN102009749B - 一种用于低重力漫步的模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于低重力漫步的模拟系统，包括横梁，固定于横梁之上的导轨，安装于导轨上的滑块，固定于滑块上的定滑轮以及穿过定滑轮的第一绳索。第一绳索通过绳索固定器进行固定与加载装置的一端相连接，与加载装置另一端相连的测力装置，分别与加载装置和测力装置连接的控制装置，与测力装置连接的第二绳索和与第二绳索的另一端相连接的支撑带。通过本发明的低重力漫步模拟系统，通过自动测量实验人员及其装备的质量，能够自动适应实验人员的身高、体重，并能在地面漫步模拟的过程中实时提供精确重力补偿，从而可以大大提高模拟真实度。
Description
技术领域
本发明涉及低重力漫步模拟领域，特别涉及一种用于低重力漫步的模拟系统。
背景技术
目前，外星球探索研究中，需要人在外星球行走作业，由于外星球的重力与地球重力不一致，如月球重力为地球重力的1/6，因此在外星球行走的人员需要首先在地球的地面上进行低重力漫步模拟，以适应低重力情况下作业环境。
现在开展的低重力漫步模拟有两种方法，其一，营造低重力环境，真实感很强，但成本昂贵；其二，在漫步模拟过程中施加与重力相反的力，具有成本低的优点。但现在使用的后一种方法存在如下问题：
1)装置施加给实验人员的力不能根据实验人员的体重和装备重量自动调节；
2)装置施加给实验人员的力在实验人员漫步行走过程中发生变化，影响模拟真实度；
3)装置不能自动适应实验人员的身高，影响模拟真实度。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别提出了一种用于低重力漫步的模拟系统，该系统除解决现有模拟方法中的问题外，还能够自动适应实验人员的身高和体重，能够在实验过程中精确保持恒力输出，对于改善低重力漫步模拟的真实度具有重要的意义。
为实现上述目的，本发明实施例提出了一种用于低重力漫步的模拟系统，包括横梁；固定于所述横梁之上的导轨；安装于所述导轨上的滑块，所述滑块沿导轨方向运动；固定于所述滑块上的定滑轮以及穿过所述定滑轮的第一绳索；所述第一绳索通过绳索固定器进行固定，所述第一绳索与加载装置的一端相连接；与所述加载装置另一端相连的测力装置，所述加载装置可上下运动；分别与所述加载装置和测力装置连接的控制装置，用于记录所述加载装置的位置和所述测力装置的力信号，并根据所述加载装置的位置和所述测力装置的力信号确定实验人员及装备的质量，以及根据所需要的重力加速度大小以及确定的所述实验人员及装备的质量控制所述加载装置保持恒力输出；与所述测力装置连接的第二绳索；和与所述第二绳索的另一端相连接的支撑带。
在本发明的一个实施例中，所述第一绳索用于调整所述横梁距地面的距离，调整后通过所述绳索固定器保持其长度。
在本发明的一个实施例中，所述加载装置通过液压缸驱动以输出实时恒力。
在本发明的一个实施例中，所述加载装置通过电动机驱动丝杠带动螺母以输出实时恒力。
在本发明的一个实施例中，所述加载装置通过直线电机驱动以输出实时恒力。
通过本发明的低重力漫步模拟系统，通过自动测量实验人员及其装备的质量，能够自动适应实验人员的身高、体重，并能在地面漫步模拟的过程中实时提供精确重力补偿，从而可以大大提高模拟真实度。因此，本发明的低重力漫步模拟系统具有操作安全、结构简单、成本低廉的优点。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的用于低重力漫步模拟系统的结构示意图，
其中，1-横梁； 2-导轨； 3-滑块； 4-定滑轮；
5-第一绳索； 6-绳索固定器；7-加载装置；8-测力装置；
9-第二绳索； 10-实验人员及装备； 11-支撑带；
12-地面； 13-控制装置。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明主要在于，针对现有的低重力漫步模拟实验中存在的问题，提出了一种用于低重力漫步的模拟系统，该系统可以自动适应待实验人员的身高，根据实验人员的体重和装备重量自动调节，并且能够在地面漫步模拟的过程中实时提供精确重力补偿，从而可以大大提高模拟真实度。
图1为上述低重力漫步模拟系统的结构示意图。如图1所示，该模拟系统包括横梁1、固定于横梁1上导轨2以及安装于导轨2上，能够沿导轨2的方向滑动的滑块3。在所述滑块3上通过绳索进一步固定有定滑轮4，第一绳索5穿过定滑轮4。上述第一绳索5的穿过定滑轮4后垂下的绳索两端通过绳索固定器6固定，合为一束绳索进一步连接到加载装置7的一端。
其中，通过调整第一绳索5的长度以适应横梁1距地面距离。调整后第一绳索5通过绳索固定器6进行固定以保持其长度。
加载装置7的一端与通过绳索固定器6固定后的第一绳索5连接，另一端连接到测力装置8，该测力装置8用于测量进行漫步模拟实验的人员及设备的重力。此外，本发明实施例的漫步模拟系统进一步包括控制装置13，该控制装置13能够记录加载装置7的位置和测力装置测量得到的力信号。
测力装置8通过第二绳索9与支撑带11相连，支撑带11进一步连接到进行漫步模拟实验的人员10。
以下结合具体的实施例详细说明采用本发明实施例的低重力漫步模拟系统进行实验的过程。
首先，将支撑带11绑定在实验人员10身上，实验人员10在地面12上行走开始模拟实验。随着实验人员10在地面12上模拟低重力漫步，带动滑块3及定滑轮4等在导轨2上运动。测力装置8实时测量实验过程中的实验人员10及装备的重力，并将力信号实时发送给控制装置13。控制装置13记录接收上述力信号，当力信号不再增加时，测得的力即为实验人员及装备的重力。在实验过程中，控制装置13根据加载装置7的位置和上述测力装置8的力信号确定实验人员及装备的质量。控制装置13进一步根据上述已确定的实验人员及装备的质量和所需要的重力加速度大小控制加载装置7保持恒力输出。
其中，加载装置7具有一定的运动范围，可以上下运动。在实验开始时，加载装置7向上运动。根据来自控制装置13的力信号，加载装置7保持恒力输出的同时，可以自动适应实验人员身高和体重。
其中，加载装置7可以通过以下三种方式驱动输出恒力。
(1)采用液压缸驱动加载装置7，由控制装置13控制恒力输出。
(2)采用电动机驱动丝杠带动螺母进一步驱动加载装置7，由控制装置13控制恒力输出。
(3)采用直线电机驱动加载装置7，由控制装置13控制恒力输出。
加载装置7通过上述方式向实验人员10提供精确重力补偿，保持实时力跟踪控制，大大提高了实验模拟真实度。并且由于加载装置7具有一定的运动范围，可以自动适应实验人员身高和体重。
利用本发明的低重力漫步模拟系统，通过自动测量实验人员及其装备的质量，能够自动适应实验人员的身高、体重，并能在地面漫步模拟的过程中实时提供精确重力补偿，在实验过程中保持实时力跟踪控制，从而可以大大提高模拟真实度。同时可以降低实验成本、降低实验风险。因此，本发明的低重力漫步模拟系统具有操作安全、结构简单、成本低廉的优点。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (5)
1.一种用于低重力漫步的模拟系统，其特征在于，该装置包括：
横梁；
固定于所述横梁之上的导轨；
安装于所述导轨上的滑块，所述滑块沿导轨方向运动；
固定于所述滑块上的定滑轮以及穿过所述定滑轮的第一绳索；
所述第一绳索通过绳索固定器进行固定，所述第一绳索与加载装置的一端相连接；
与所述加载装置另一端相连的测力装置，所述加载装置可上下运动；
分别与所述加载装置和测力装置连接的控制装置，用于记录所述加载装置的位置和所述测力装置的力信号，并根据所述加载装置的位置和所述测力装置的力信号确定实验人员及装备的质量，以及根据所需要的重力加速度大小以及确定的所述实验人员及装备的质量控制所述加载装置保持恒力输出；
与所述测力装置连接的第二绳索；和
与所述第二绳索的另一端相连接的支撑带，所述支撑带进一步连接到进行漫步模拟实验的人员。
2.如权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，
所述第一绳索用于调整所述横梁距地面的距离，调整后通过所述绳索固定器保持其长度。
3.如权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述加载装置通过液压缸驱动以输出实时恒力。
4.如权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述加载装置通过电动机驱动丝杠带动螺母以输出实时恒力。
5.如权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述加载装置通过直线电机驱动以输出实时恒力。
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