CN102410901B - 航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置 - Google Patents

航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102410901B
CN102410901B CN 201110241502 CN201110241502A CN102410901B CN 102410901 B CN102410901 B CN 102410901B CN 201110241502 CN201110241502 CN 201110241502 CN 201110241502 A CN201110241502 A CN 201110241502A CN 102410901 B CN102410901 B CN 102410901B
Authority
CN
China
Prior art keywords
linear bearing
force
dimensional
sensor
force sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN 201110241502
Other languages
English (en)
Other versions
CN102410901A (zh
Inventor
宋爱国
马俊青
茅晨
吴涓
崔建伟
徐宝国
李会军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nantong Huahai Casting Co., Ltd.
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN 201110241502 priority Critical patent/CN102410901B/zh
Publication of CN102410901A publication Critical patent/CN102410901A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102410901B publication Critical patent/CN102410901B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

一种航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置，第一抓杆基座与第二抓杆基座转动连接，在第一抓杆基座和第二抓杆基座都设有抓取力测力装置，该抓取力测力装置由三维力传感器、转接块、扭矩传感器、柱形抓杆、直线轴承机座、直线轴承、二维力传感器组成，三维力传感器上的法兰盘与转接块下表面连接，转接块侧面与扭矩传感器的基体连接，三维力传感器的标定轴与扭矩传感器的标定轴垂直，柱形抓杆一端套设在扭矩传感器标定轴上，并与扭矩传感器的标定轴刚性连接，直线轴承过盈配合装配于直线轴承基座内部，直线轴承内圈装在柱形抓杆的另一端上，且直线轴承与柱形抓杆滑动连接，直线轴承机座下表面与二维力传感器的法兰盘连接。

Description

航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置
技术领域
本发明涉及一种多维力测力装置，特别涉及一种航天员在模拟太空环境中进行舱外攀爬活动训练时，用于测量航天员左右手四维抓取力的测力装置。
背景技术
飞船在轨道飞行期间，航天员处于微重力环境下。航天员进行舱外活动时，经常需要把一个太空设备装配到另一个太空设备上，或者从一个工作位置移动到另一个工作位置。在完成上述出舱任务时，最重要的是使身体保持在一定的位置或有效地进行身体移动。身体移动的最好办法是头朝下，面对要移动的方向，手臂把扶住周围的某些固定物体做攀爬运动。在舱外活动中，航天员的攀爬运动与普通地面上运动员抓取固定物体做攀爬运动存在很大的差别，航天员的手、手腕和手臂的肌力和耐力比心血管功能更为重要。
为了保证航天员能顺利地完成舱外活动任务，需要对航天员加强地面模拟太空环境的舱外活动训练。舱外活动训练包括航天员身穿舱外航天服，利用软绳将航天员腰部系住并悬吊于空中，航天员单手或双手抓持住放置于地面的训练杆，练习如何通过抓持训练杆稳定自己的身体，防止随意旋转运动，并将自己的身体保持一个特定的位置和角度；练习如何通过抓持训练杆向特定的目标和方向移动自己的身体。为配合航天员顺利完成上述地面模拟舱外活动攀爬训练，需要研究航天员在模拟舱外活动攀爬训练中手臂对物体抓取的生物力学特征，设计一种可以测量航天员左右手四维抓取力的测量装置。
中国专利CN101832834A公开了用于失重环境下攀爬训练的抓杆装置，可以测量失重环境下人员攀爬训练时对训练杆的三维抓取力，与本发明相比较，当两个固定于支架上的三维力传感器的传力轴与抓杆刚性连接时，整个抓杆装置构成超静定系统，当两个传力轴的实际距离与传力轴在抓杆上的正确安装距离有细微差别时，在抓杆装置内部，抓杆将对两个三维力传感器产生沿Y方向的巨大的内力，因此两个三维力传感器测得的合力不仅是人员攀爬训练时对训练杆的三维抓取力，还包括抓杆对两个三维力传感器的作用内力，该作用内力不好测量并具有可变性，严重影响测量精度，且该抓杆装置不区分左右手，不可根据攀爬人员实际需要调节抓杆装置的杆长，和两个杆长的相对角度，也不能够测量攀爬训练时训练杆受到的沿训练杆中心轴的扭矩。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高测量精度的航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置。
本发明采用如下技术方案：
一种航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置，包括第一抓杆基座和第二抓杆基座，第一抓杆基座与第二抓杆基座转动连接，在第一抓杆基座和第二抓杆基座都设有抓取力测力装置，抓取力测力装置由三维力传感器、转接块、扭矩传感器、柱形抓杆、直线轴承机座、直线轴承、二维力传感器组成，三维力传感器上的法兰盘与转接块下表面连接，转接块侧面与扭矩传感器的基体连接，三维力传感器的标定轴与扭矩传感器的标定轴垂直，柱形抓杆一端套设在扭矩传感器的标定轴上，并与扭矩传感器的标定轴通过销子刚性连接，直线轴承过盈配合装配于直线轴承基座内部，直线轴承内圈装在柱形抓杆的另一端上，且直线轴承与柱形抓杆滑动连接，直线轴承机座下表面与二维力传感器的法兰盘连接。
当航天员进行攀爬训练时，设柱形抓杆受到航天员手臂抓取力为Fx、Fy、Fz，沿Y方向扭矩为My，三维力传感器测得三个方向分力为Fx1、Fy1、Fz1，二维力传感器测得两个方向分力为Fx2、Fy2，扭矩传感器测得Y方向扭矩为My1，则航天员手臂抓取力为Fx、Fy、Fz可表示为：
Fx＝Fx1+Fx2，
Fy＝Fy1+Fy2，
Fz＝Fz1，
My＝My1。
同现有技术比较，本发明的优点是：1)两个抓取力测力装置分别固定于第一抓杆基座、第二抓杆基座的上表面，可以同时分别测量航天员爬杆训练中左手、右手对柱形抓杆的四维抓取力，第一抓杆基座与第二抓杆基座通过转动副套合，可以相互沿着转轴进行相对转动，使得本发明装置可以根据航天员体型和抓取抓杆姿势的实际需要调节两个柱形抓杆的相对角度；2)直线轴承内圈装在柱形抓杆上，外圈装在直线轴承机座上，直线轴承机座下表面与二维力传感器的法兰盘连接，将二维力传感器的基体的底盘固定在二维力传感器安装孔的不同位置，可以根据航天员体型大小和实际需要调节柱形抓杆的长度；3)直线轴承与柱形抓杆沿轴向滑动连接，避免了超静定系统的产生，柱形抓杆不会对二维力传感器与三维力传感器产生沿Y方向的内力，保证了测量精度，否则，若二维力传感器与三维力传感器均与柱形抓杆刚性连接，形成超静定系统，在对装置实际加工安装时，由于机械误差、安装方式等原因，三维力传感器的标定轴与二维力传感器的标定轴的实际距离与上述两个传力轴在抓杆上的正确安装距离不可避免会有细微差别，则在装置内部，柱形抓杆会对三维力传感器和二维力传感器产生沿Y方向的内力，该内力值通常较大，使得三维力传感器和二维力传感器测得力值不仅包括航天员对训练杆的抓取力，还包括柱形抓杆会对三维力传感器和二维力传感器产生沿Y方向的内力，严重影响了装置对四维抓取力的测量；4)直线轴承与柱形抓杆除轴向滑动连接外，还有周向滑动连接，使得安装在柱形抓杆另一端的扭矩传感器可以准确测量航天员对抓杆的扭矩。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明抓取装置结构示意图。
图3是本发明三维力传感器示意图。
图4是本发明扭矩传感器示意图。
图5是本发明二维力传感器示意图。
图6是本发明直线轴承和直线轴承机座示意图。
图7是本发明第一抓杆基座和第二抓杆基座示意图。
图8是本发明抓取装置结构立体图。
具体实施方式
一种航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置，第一抓杆基座1和第二抓杆基座2，第一抓杆基座1与第二抓杆基座2转动连接，在第一抓杆基座1和第二抓杆基座2都设有抓取力测力装置，该抓取力测力装置由三维力传感器301、转接块302、扭矩传感器303、柱形抓杆304、直线轴承机座305、直线轴承306、二维力传感器307组成，三维力传感器301上的法兰盘3013与转接块302下表面连接，转接块302侧面与扭矩传感器的基体3031连接，三维力传感器的标定轴3012与扭矩传感器的标定轴3032垂直，柱形抓杆304一端套设在扭矩传感器标定轴3032上，并与扭矩传感器的标定轴3032通过销子刚性连接，直线轴承306过盈配合装配于直线轴承基座305内部，直线轴承306内圈装在柱形抓杆304的另一端上，且直线轴承306与柱形抓杆304滑动连接，直线轴承机座305下表面与二维力传感器的法兰盘3073连接。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
参照图1，为本发明的立体结构示意图，抓取力测量装置由第一抓杆基座1，第二抓杆基座2、第一抓取力测力装置4、第二抓取力测力装置3组成。
抓取力测力装置结构参照图2，由三维力传感器301、转接块302、扭矩传感器303、柱形抓杆304、直线轴承机座305、直线轴承306、二维力传感器307组成。参照图3，三维力传感301包括三维力传感器的基体3011、三维力传感器的标定轴3012、三维力传感器的法兰盘3013。参照图4，二维力传感器307包括二维力传感器的基体3071、二维力传感器的标定轴3072、二维力传感器的法兰盘3073。参照图5，扭矩传感器303包括扭矩传感器的基体3031与扭矩传感器的标定轴3032。三维力传感器的法兰盘3013与转接块302下表面连接，转接块302侧面与扭矩传感器的基体3031连接，三维力传感器的标定轴3012与扭矩传感器的标定轴3032保持垂直，柱形抓杆304一段套设在扭矩传感器的标定轴3032上，并与扭矩传感器的标定轴3032通过销子刚性连接。参照图6，直线轴承306过盈配合装配于直线轴承基座305内部。参照图2，直线轴承306内圈装在柱形抓杆304上，直线轴承306与柱形抓杆304滑动连接，直线轴承机座305下表面与二维力传感器法兰盘3073连接。
参照图7，第一抓杆基座1上一端有第一三维力传感器安装孔101，用于将三维力传感器基体3011的底盘固定在第一抓杆基座1的一端，另一端有第一二维力传感器安装孔102，将二维力传感器基体3071的底盘固定在第一二维力传感器安装孔102的不同位置，可以将二维力传感器307固定在第一抓杆基座1的另一端的不同位置；第二抓杆基座2上一端有第二三维力传感器安装孔201，用于将三维力传感器基体3011的底盘固定在第二抓杆基座2的一端，另一端有第二二维力传感器安装孔202，将二维力传感器基体3071的底盘固定在第二二维力传感器安装孔202的不同位置，可以将二维力传感器307固定在第二抓杆基座2的另一端的不同位置。使两个抓取装置分别固定于第一抓杆基座1和第二抓杆基座2。第一抓杆基座1与第二抓杆基座2转动连接，可以沿着转轴进行相对转动。
航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置测力原理参照图8，当航天员进行攀爬训练时，设柱形抓杆304受到航天员手臂抓取力为Fx、Fy、Fz，沿Y方向扭矩为My，三维力传感器测得三个方向分力为Fx1、Fy1、Fz1，二维力传感器测得两个方向分力为Fx2、Fy2，扭矩传感器测得Y方向扭矩为My1，则航天员手臂抓取力为Fx、Fy、Fz可表示为：
Fx＝Fx1+Fx2，
Fy＝Fy1+Fy2，
Fz＝Fz1，
My＝My1。

Claims (1)

1.一种航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置，其特征在于，第一抓杆基座（1）和第二抓杆基座（2），第一抓杆基座（1）与第二抓杆基座（2）转动连接，在第一抓杆基座（1）和第二抓杆基座（2）都设有抓取力测力装置，所述的抓取力测力装置由三维力传感器（301）、转接块（302）、扭矩传感器（303）、柱形抓杆（304）、直线轴承基座（305）、直线轴承（306）、二维力传感器（307）组成，三维力传感器（301）上的法兰盘（3013）与转接块（302）下表面连接，转接块（302）侧面与扭矩传感器的基体（3031）连接，三维力传感器的标定轴（3012）与扭矩传感器的标定轴（3032）垂直，柱形抓杆（304）一端套设在扭矩传感器标定轴（3032）上，并与扭矩传感器的标定轴（3032）通过销子刚性连接，所述的直线轴承（306）过盈配合装配于直线轴承基座（305）内部，直线轴承（306）内圈装在柱形抓杆（304）的另一端上，且直线轴承（306）与柱形抓杆（304）滑动连接，直线轴承基座（305）下表面与二维力传感器的法兰盘（3073）连接。
CN 201110241502 2011-08-22 2011-08-22 航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置 Active CN102410901B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110241502 CN102410901B (zh) 2011-08-22 2011-08-22 航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110241502 CN102410901B (zh) 2011-08-22 2011-08-22 航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102410901A CN102410901A (zh) 2012-04-11
CN102410901B true CN102410901B (zh) 2013-09-18

Family

ID=45913107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110241502 Active CN102410901B (zh) 2011-08-22 2011-08-22 航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102410901B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9320636B2 (en) 2012-07-05 2016-04-26 Panasonic Corporation Support device, operation support device, and muscle strength training support device
CN103027694B (zh) * 2012-11-30 2018-10-19 中国航天员科研训练中心 一种用于测试动物在强迫游泳状态下活动的装置
CN107314853B (zh) * 2017-06-09 2019-06-25 燕山大学 一种刚柔混合三维力感知机构
CN110751886B (zh) * 2019-09-18 2021-12-07 上海航天控制技术研究所 一种绳系拖曳控制地面试验验证方法及系统
CN116929702B (zh) * 2023-09-15 2023-12-29 中国人民解放军32806部队 一种飞行器气动特性测试天平装置与测试方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4425256A1 (de) * 1994-07-16 1996-01-18 Alfred Dr Med Thilmann Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Muskel- und Kraftantwort bei Bewegung eines Gelenks
JP2002048661A (ja) * 2000-08-01 2002-02-15 Olympus Optical Co Ltd 力覚センサ
DE10149150A1 (de) * 2001-10-04 2002-03-28 Lutz Klaasens Kraftmeßvorrichtung für Heizelementstumpfschweißmaschinen
DE102007050209A1 (de) * 2007-10-20 2009-04-23 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Sensorhalterung und Verfahren zur Befestigung einer Drehmoment- oder Drehwinkelsensoranordnung
CN101832834B (zh) * 2010-03-26 2012-07-04 东南大学 用于失重环境下攀爬训练的抓杆测力装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN102410901A (zh) 2012-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102410901B (zh) 航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置
CN104908042B (zh) 一种可扩展连接的6自由度力反馈机械臂
Suarez et al. Lightweight compliant arm for aerial manipulation
Keemink et al. Mechanical design of a manipulation system for unmanned aerial vehicles
CN104118580B (zh) 一种低重力模拟装置及方法
CN104326368B (zh) 一种用于太阳翼低温展开试验的重力补偿装置
CN105157896B (zh) 一种适用于微小型推进器的可变量程推力测量装置
EP3177375A1 (en) Upper limb rehabilitation system
CN104626101A (zh) 机器人三维空间重力平衡补偿装置及方法
CN103662109A (zh) 一种模拟月面微重力装置
Doman et al. Modeling interactions between flexible flapping-wing spars, mechanisms, and drive motors
CN106601070A (zh) 一种飞行器侧杆模拟装置
KR101571313B1 (ko) 무게중심 제어를 통한 로봇의 자세 제어 시스템
CN203975239U (zh) 一种低重力环境模拟装置
CN107560777A (zh) 基于力/力矩传感器的三维力反馈手柄回复力控制结构及方法
CN207095774U (zh) 一种无人机重心平衡检验装置
CN202582805U (zh) 航天员舱外攀爬活动训练用的四维抓取力的测力装置
Chen et al. A passively safe cable driven upper limb rehabilitation exoskeleton
Arezoo et al. Design, Fabrication and Control of a Handheld Force-Feedback Device
CN103688877A (zh) 动物模拟低重力锻炼装置
CN204134135U (zh) 手部锻炼器
CN201752559U (zh) 一种基于虚拟现实技术的三自由度上肢康复训练装置
CN107014580B (zh) 一种水平冲击小车
Tanaka et al. Humanoid robot performing jump-and-hit motions using structure-integrated pneumatic cable cylinders
CN110164229A (zh) 一种用于航天员地面模拟微重力环境搬运物体的训练装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SOWTHEAST UNIV.

Effective date: 20140813

Owner name: NANTONG HUAHAI CASTING CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: SOWTHEAST UNIV.

Effective date: 20140813

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 211189 NANJING, JIANGSU PROVINCE TO: 226600 NANTONG, JIANGSU PROVINCE

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20140813

Address after: 226600 Industrial Zone, Mo Mo Town, Jiangsu, Nantong

Patentee after: Nantong Huahai Casting Co., Ltd.

Patentee after: Southeast University

Address before: 211189 Jiangsu Road, Jiangning Development Zone, Southeast University, No. 2, No.

Patentee before: Southeast University