CN106828986A - 基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置及其使用方法，所述航天服关节加劲装置是基于柱状充气囊制作而成的，其初始形状为直筒形状，所述柱状充气囊由基底、柱状气囊和薄膜组成，基底与薄膜之间设置有若干个柱状气囊。本发明的航天服关节加劲装置可以根据航天员肢体力量的改变及弯曲倾向，通过不断改变航天服关节加劲装置内部的多个柱状气囊的正向弯曲或反向弯曲状态，实现航天服关节加劲装置的适应性与可重复性，解决了空间环境中航天服内航天员肢体关节处不易弯折的问题。本发明的航天服关节加劲装置内部的多个柱状气囊的弹性良好，能够调节松紧程度，避免了因为航天服缺少弹性引起关节僵硬与肢体肿胀等问题。

Description

基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置及其使用 方法

技术领域

本发明涉及一种航天服关节加劲装置及其使用方法。

背景技术

在空间环境中，真空、高低温、宇宙辐射、微流星等都会对航天员造成伤害，航天服不但可以保证航天员生命安全，而且为航天员完成工作任务提供必要的工作能力。人体血液中含有氮气，在空间环境中变成气体，使人体膨胀。因此，如果航天员不穿加压气密的航天服，就会因为体内外的压差悬殊而死亡。但是传统的航天服内由于存在较高的内压，航天员关节处的弯曲受到了限制，这使得他们难以灵活完成工作任务。

与此同时，由于传统的航天服没有加劲装置，航天员需要较大的力量才能弯曲关节，这使得肢体在工作时很容易出现疲劳；并且由于航天服缺少弹性，容易引起关节的僵硬，航天服内压力过大时还会压迫人体组织导致运血障碍，发生肢体的肿胀等问题。

发明内容

为了解决传统航天服关节处缺少动力配置，在空间环境中由于航天服内压力平衡的需要，航天员肢体关节处不易弯折的问题，本发明提供了一种基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置及其使用方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置，所述航天服关节加劲装置是基于柱状充气囊制作而成的，其初始形状为直筒形状，直径或者周长等于航天员手臂或腿臂关节处的直径或周长，所述柱状充气囊由基底、柱状气囊和薄膜组成，基底与薄膜之间设置有若干个柱状气囊。

一种上述基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1、根据航天员个体情况，确定航天服关节加劲装置中基底与薄膜的材料和种类；

步骤2、基于航天员个体情况，制备航天服关节加劲装置；

步骤3、航天员佩戴之前，将航天服关节加劲装置的柱状气囊充气；

步骤4、将充气后的航天服关节加劲装置安装在航天员手臂或腿臂关节处，根据航天员肢体力量的改变及弯曲倾向，航天服关节加劲装置内部的柱状气囊发生弯曲，产生加劲作用；

步骤5、根据航天员肢体力量的改变及弯曲倾向，航天服关节加劲装置内部的柱状气囊发生弯曲，此时的弯曲方向与步骤4的弯曲方向相反，产生加劲恢复作用；

步骤6、重复步骤4和5，不断改变航天服关节加劲装置内部柱状气囊的弯曲状态。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的航天服关节加劲装置不但可以对航天员关节处进行柔性贴合，而且在航天员伸展手臂（或伸膝）与收回手臂（或屈膝）时可以重复加劲使用。

2、本发明的航天服关节加劲装置可以根据航天员肢体力量的改变及弯曲倾向，通过不断改变航天服关节加劲装置内部的多个柱状气囊的正向弯曲或反向弯曲状态，实现航天服关节加劲装置的适应性与可重复性，解决了空间环境中航天服内航天员肢体关节处不易弯折的问题。

3、本发明的航天服关节加劲装置佩戴简单，适用于航天服关节处的弯曲加劲，既可以独立于航天服系统而单独使用，也可以与航天服联合使用实现航天员关节弯曲的加劲作用。

4、本发明的航天服关节加劲装置内部的多个柱状气囊的弹性良好，能够调节松紧程度，避免了因为航天服缺少弹性引起关节僵硬与肢体肿胀等问题。

附图说明

图1为基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置的初始形状示意图；

图2为基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置在处于第一次临时形状下的佩戴方式示意图；

图3为基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置在处于第二次弯曲状态下的示意图；

图4为基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置在处于第三次弯曲恢复状态下的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：本实施方式提供的基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置是基于柱状充气囊制作而成的，其形状与航天员关节处的肢体形状相吻合，所述柱状充气囊由基底、柱状气囊和薄膜组成，基底与薄膜之间设置有若干个柱状气囊。

根据航天员肢体力量的改变及弯曲倾向，航天服关节加劲装置内部的柱状充气囊会在正向弯曲与反向弯曲形态之间转变，产生航天服关节加劲装置的可重复性，以手臂为例，具体表现为：

如图1所示，航天服关节加劲装置初始形状为直筒形状，其直径或者周长等于航天员上肢手臂关节处的直径或周长；

如图2所示，航天员佩戴之前，将航天服关节加劲装置的柱状气囊充气，改变该装置直径或周长，使其略大于航天员关节处手臂的直径或周长，得到第一次初始形状的航天服关节加劲装置；

如图3所示，将得到的第一次初始形状的航天服关节加劲装置安装在航天员上肢手臂关节处，根据航天员肢体力量的改变及弯曲倾向，假设航天员需要弯曲手臂，此时航天服关节加劲装置内部的多个柱状气囊会发生正向弯曲或反向弯曲，产生加劲作用，并使航天服关节加劲装置对航天员上肢手臂关节处于最合适的状态，得到第二次弯曲形状的航天服关节加劲装置；

如图4所示，根据航天员肢体力量的改变及弯曲倾向，假设航天员需要将弯曲的手臂恢复伸直状态，此时航天服关节加劲装置内部的多个柱状气囊会发生正向弯曲或反向弯曲，产生加劲恢复作用，并使航天服关节加劲装置对航天员上肢手臂关节处于最合适的状态，得到第三次恢复形状的航天服关节加劲装置。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述柱状气囊的横截面为圆形、三角形、四边形及其他可能的多边形。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一、二不同的是，所述加劲作用可以由基底的形状记忆效应或气囊收缩与膨胀的作用力单独提供，也可以由这两种作用力共同提供。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一~三不同的是，所述薄膜的材料为聚酰亚胺薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜和聚酯薄膜中的一种或多种。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一~四不同的是，所述基底的材料为形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆复合材料和橡胶中的一种或多种。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是，所述橡胶为乳聚丁苯橡胶、溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶和丁基橡胶中的一种或多种。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五不同的是，所述形状记忆合金（体系）为Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等形状记忆合金的一种或多种。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五不同的是，所述形状记忆聚合物为聚氨酯树脂、环氧类的热塑性形状记忆聚合物、环氧类的热固性形状记忆聚合物、苯乙烯类形状记忆聚合物、氰酸酯类形状记忆聚合物、双马来酰亚胺形状记忆聚合物、聚酰亚胺形状记忆聚合物、聚己内酯形状记忆聚合物的一种或多种。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五不同的是，所述形状记忆复合材料的增强相材料为石墨纤维、碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维或以上纤维织物、硼纤维、碳化硅纤维、碳粉、炭黑、碳纳米管和镍粉中的一种或多种，且其含量为1~60wt%。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五不同的是，所述形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆复合材料的形状记忆效应可以由热、溶液、pH值、电、磁、电磁、光中的一种或多种因素激发。

具体实施方式十一：本实施方式提供了一种基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置的使用方法，以上肢手臂为例，具体步骤如下：

步骤1、根据航天员个体情况确定航天服关节加劲装置中基底与薄膜的材料和种类，如果选择复合材料还包括增强相的种类；

步骤2、基于航天员个体情况，由特定模具制备基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置，其中：柱状气囊的个数与截面形状可以根据航天员的舒适程度进行调节，制备出来的航天服关节加劲装置初始形状的直径或者周长等于航天员上肢手臂关节处的直径或周长；

步骤3、航天员佩戴之前，将航天服关节加劲装置的柱状气囊充气，改变该装置的直径或周长，使其略大于航天员关节处手臂的直径或周长，得到第一次初始形状的航天服关节加劲装置；

步骤4、将得到的第一次初始形状的航天服关节加劲装置安装在航天员上肢手臂关节处，根据航天员肢体力量的改变及弯曲倾向，假设航天员需要弯曲手臂，此时航天服关节加劲装置内部的多个柱状气囊会发生正向弯曲或反向弯曲，产生加劲作用，并使航天服关节加劲装置对航天员上肢手臂关节处于最合适的状态，得到第二次弯曲形状的航天服关节加劲装置；

步骤5、根据航天员肢体力量的改变及弯曲倾向，假设航天员需要将弯曲的手臂恢复伸直状态，此时航天服关节加劲装置内部的多个柱状气囊会发生正向弯曲或反向弯曲，产生加劲恢复作用，并使航天服关节加劲装置对航天员上肢手臂关节处于最合适的状态，得到第三次恢复形状的航天服关节加劲装置；

步骤6、根据航天员肢体力量的改变及弯曲倾向，重复步骤4和5，通过不断改变航天服关节加劲装置内部的多个柱状气囊的正向弯曲或反向弯曲状态，实现航天服关节加劲装置的适应性与可重复性，解决了空间环境中航天服内航天员肢体关节处不易弯折的问题。

Claims (10)

1.一种基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置，其特征在于所述航天服关节加劲装置是基于柱状充气囊制作而成的，其初始形状为直筒形状，所述柱状充气囊由基底、柱状气囊和薄膜组成，基底与薄膜之间设置有若干个柱状气囊。

2.根据权利要求1所述的基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置，其特征在于所述直筒的直径或者周长等于航天员手臂或腿臂关节处的直径或周长。

3.根据权利要求1所述的基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置，其特征在于所述柱状气囊的横截面为圆形或多边形。

4.根据权利要求1所述的基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置，其特征在于所述薄膜的材料为聚酰亚胺薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜和聚酯薄膜中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置，其特征在于所述基底的材料为形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆复合材料和橡胶中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置，其特征在于所述橡胶为乳聚丁苯橡胶、溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶和丁基橡胶中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置，其特征在于所述形状记忆合金为Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si形状记忆合金的一种或多种。

8.根据权利要求5所述的基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置，其特征在于所述形状记忆聚合物为聚氨酯树脂、环氧类的热塑性形状记忆聚合物、环氧类的热固性形状记忆聚合物、苯乙烯类形状记忆聚合物、氰酸酯类形状记忆聚合物、双马来酰亚胺形状记忆聚合物、聚酰亚胺形状记忆聚合物、聚己内酯形状记忆聚合物的一种或多种。

9.根据权利要求5所述的基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置，其特征在于所述形状记忆复合材料的增强相材料为石墨纤维、碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维或以上纤维织物、硼纤维、碳化硅纤维、碳粉、炭黑、碳纳米管和镍粉中的一种或多种，且其含量为1~60wt%。

10.一种权利要求1-9任一权利要求所述的基于柱状充气囊的可重复柔性航天服关节加劲装置的使用方法，其特征在于所述方法步骤如下：

步骤1、根据航天员个体情况，确定航天服关节加劲装置中基底与薄膜的材料和种类；

步骤2、基于航天员个体情况，制备航天服关节加劲装置；

步骤3、航天员佩戴之前，将航天服关节加劲装置的柱状气囊充气；

步骤4、将充气后的航天服关节加劲装置安装在航天员手臂或腿臂关节处，根据航天员肢体力量的改变及弯曲倾向，航天服关节加劲装置内部的柱状气囊发生弯曲，产生加劲作用；

步骤5、根据航天员肢体力量的改变及弯曲倾向，航天服关节加劲装置内部的柱状气囊发生弯曲，此时的弯曲方向与步骤4的弯曲方向相反，产生加劲恢复作用；

步骤6、重复步骤4和5，不断改变航天服关节加劲装置内部柱状气囊的弯曲状态。