CN108837429B - 一种人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，包括：支撑框架、悬吊系统和移动平台；所述支撑框架用于支撑并为所述悬吊系统和移动平台提供安装接口；所述悬吊系统安装于所述移动平台上，用于通过悬吊方式抵消部分重力；所述移动平台安装在所述支撑框架上，用于为所述悬吊系统提供水平移动的平台。该装置通过滑轮组合将减重装置与移动平台有机结合，解决了常见悬吊式低重力模拟装置无法随动的难题。此外，该装置选用配重或弹力绳两种方式抵消重力，可以根据使用者体重方便快捷地调节，配合拉力传感器可以精确实现不同低重力水平的模拟。

Description

一种人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置

技术领域

本发明涉及本发明是一种可以水平随动的悬吊式低重力模拟装置，特别是涉及一种可以根据使用者自身重量快速准确调节重力水平并且在水平方向上能跟随使用者运动的悬吊式低重力模拟装置。

背景技术

在未来的空间站、载人登月、载人深空探测活动中，航天员需要在轨道、月球表面、火星表面等不同低重力环境中执行任务。在地面搭建低重力模拟装置，一方面可以用于地面预先研究，通过研究掌握低重力对人体关节活动特性、肌肉施力能力、生理代谢、心理活动等的影响规律，为任务规划、装备研究提供依据，提高任务的可靠性和安全性；另一方面可以用于航天员地面训练，通过训练使航天员熟悉低重力环境下的动作特点、学习掌握低重力环境下行走及运动的规律方法、提升低重力环境下作业技巧和能力。

目前常见的悬吊式低重力模拟装置主要存在两个问题：一是装置无法随动，这主要是由于多数悬吊式低重力模拟装置采用弹力绳方式减重，随动会导致弹力绳长度改变，进而改变弹力的大小影响减重效果；二是使用操作性较差，对于弹力绳减重方式，实际使用时如果要精准模拟低重力，需要根据使用者的体重调整弹力绳的伸长量，更换使用者时弹力绳的调节操作通常比较繁琐。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，用于地面低重力试验研究及地面模拟低重力训练。

本发明通过如下技术方案实现：

一种人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，包括：支撑框架(1)、悬吊系统和移动平台(4)；

所述支撑框架(1)用于支撑并为所述悬吊系统和移动平台(4)提供安装接口；

所述悬吊系统安装于所述移动平台(4)上，用于通过悬吊方式抵消部分重力；

所述移动平台(4)安装在所述支撑框架(1)上，用于为所述悬吊系统提供水平移动的平台。

在具体的实施例中，所述支撑框架(1)包括底横梁(11)、底纵梁(12)、顶横梁(13)、顶纵梁(14)、竖梁(15)和直角连接件(16)；所述直角连接件(16)用于固定连接上述梁。

在具体的实施例中，所述梁采用铝合金型材。

在具体的实施例中，所述悬吊系统为配重悬吊系统(2)，包括配重悬吊框架(21)、测力计(22)、悬吊背带、悬吊杆组件(24)、定滑轮组(25)、悬吊钢缆(26)和配重单元(27)；

所述配重悬吊框架(21)对称安装在所述移动平台(4)两侧；

所述测力计(22)的传感器安装在悬吊杆组件(24)和悬吊钢缆(26)之间，所述测力计(22)的显示器安装在所述配重悬吊框架(21)上；

所述悬吊背带(23)悬吊在所述悬吊杆组件(24)下面；

所述定滑轮组(25)安装在所述移动平台(4)上，用于牵引所述悬吊钢缆(26)；

所述配重单元(27)安装在所述配重悬吊框架(21)上；

所述配重单元(27)通过所述悬吊钢缆(26)连接所述悬吊背带(23)。

在具体的实施例中，所述传感器上端通过鱼眼轴承(209)、旋转挂钩(210)与悬吊钢缆(26)连接，下端与悬吊杆组件(24)铰接。

在具体的实施例中，所述配重单元(27)包括配重块(205)和配重片(206)，所述配重块(205)由插销固定，所述配重片(206)由螺栓固定。

在具体的实施例中，所述配重系统为弹力绳悬吊系统(3)，包括弹力绳悬吊框架(31)、测力计(22)、悬吊背带(23)、悬吊杆组件(24)、定滑轮组(25)、悬吊弹力绳(36)、可调滑轮(37)和弹力绳固定销(38)；

所述弹力绳悬吊框架(31)对称安装在所述移动平台(4)两端；

所述测力计(22)的传感器安装在悬吊杆组件(24)和悬吊弹力绳(36)之间，所述测力计(22)的显示器安装在所述弹力绳悬吊框架(31)上；

所述悬吊背带(23)悬吊在所述悬吊杆组件(24)下面；

所述定滑轮组(25)安装在所述移动平台(4)上，用于牵引所述悬吊弹力绳(36)；

所述悬吊弹力绳(36)的一端通过悬吊杆组件(24)和悬吊背带(23)连接，另一端绕过可调滑轮(37)后通过所述弹力绳固定销(38)固定在弹力绳悬吊框架(31)上。

在具体的实施例中，所述可调滑轮(37)和/或弹力绳固定销(38)的位置可调整，以使弹力在0kg～70kg范围内连续可调。

在具体的实施例中，所述移动平台(4)包括导轨(41)、滑块(42)，所述导轨(41)安装在所述支撑框架(1)的顶纵梁(14)上，与所述滑块(42)形成滑动结构。

在具体的实施例中，所述移动平台(4)还包括支撑平台(43)、牵引挂钩(44)、牵引绳(45)和牵引电机(46)；所述支撑平台(43)位于所述滑块(42)上，通过滑块(42)在导轨(41)上水平移动；

所述牵引挂钩(44)位于所述支撑平台(43)上，所述牵引绳(45)的一端通过所述牵引挂钩(44)与所述支撑平台(43)连接，另一端与所述牵引电机(46)连接。

综上所述，本发明提供了一种人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，该装置通过滑轮组合将减重装置与移动平台有机结合，解决了常见悬吊式低重力模拟装置无法随动的难题。此外，该装置选用配重或弹力绳两种方式抵消重力，可以根据使用者体重方便快捷地调节，配合拉力传感器可以精确实现不同低重力水平的模拟。该装置可用于低重力地面试验研究及地面训练。

附图说明

图1是本申请的一种人体测量用随动悬吊式低重力模拟装置结构图；

图2是本申请的一种支撑框架的结构图；

图3是本申请的一种配重悬吊系统结构图；

图4是本申请的悬吊架、配重单元示意图；

图5是本申请的测力传感器连接示意图；

图6是本申请的一种弹力绳悬吊系统结构图；

图7是本申请的悬吊架、弹力绳安装示意图

图8是本申请的一种移动平台结构图。

附图标记：

1：支撑框架；2：配重悬吊系统；3：弹力绳悬吊系统；4：移动平台；11：底横梁；12：底纵梁；13：顶横梁；14：顶纵梁；15：竖梁；16：直角连接件；21：配重悬吊框架；22：测力计；23：悬吊背带；24：悬吊杆组件；25：定滑轮组；26：悬吊钢缆；27：配重单元；201：竖梁，202：限位导杆；203：顶板；204：底板；205：标准配重块；206：马蹄形配重片；207：配重块选择插销；208：配重片固定螺栓；209：鱼眼轴承；210：旋转挂钩；31：弹力绳悬吊框架；36：悬吊弹力绳；37：可调滑轮；38：弹力绳固定销；41：导轨；42：滑块；43：支撑平台；44：牵引挂钩；45：牵引绳；46：牵引电机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本申请实施例的核心构思之一在于，通过物理方法悬吊的方法模拟不同重力加速度的环境特征，从而开展人体在低重力条件下的各类运动测量试验。该装置既可以快速实现不同重力水平模拟，又可以为人体运动规律的研究提供基础平台和测试系统接口。

参考图1，示出了本申请的一种人体测量用随动悬吊式低重力模拟装置结构图，在本申请实施例中，所述装置，具体可以包括：支撑框架1，配重悬吊系统2，弹力绳悬吊系统3，移动平台4。支撑框架1是所述装置主体承载结构，支撑整个系统开展试验；悬吊系统安装在移动平台4上，包含配重悬吊和弹力绳悬吊两种方式，可以实现悬吊方式的快速更换；移动平台4安装在支撑框架1上，为悬吊系统提供前后移动的平台。

如图2所示，本申请所述人体测量用随动悬吊式低重力模拟装置的支撑框架1由标准铝合金型材联接而成。两根底横梁11和两根底纵梁12连接成矩形底座，十二根竖梁15均布在矩形底座上，两根顶横梁13和两根顶纵梁14分别与各竖梁连接，同时连接成矩形顶框。所有标准铝合金型材之间通过标准的直角连接件16连接并由螺栓固定。同时，支撑框架1具有与移动平台导轨41、牵引绳定滑轮的安装接口。

在本申请的一种优选实施例中，通过配重悬吊的方式实现低重力模拟，如图3所示，配重悬吊系统2包括：配重悬吊框架21，测力计22，悬吊背带23，悬吊杆组件24，定滑轮组25，悬吊钢缆26和配重单元27。

配重悬吊框架21通过螺栓对称安装在移动平台4两侧，包括由铝合金型材构成的竖梁201，限位导杆202，具有大圆孔的顶板203和小圆孔的底板204，如图4所示；配重单元27包括标准配重块205、马蹄形配重片206、配重块选择插销207、配重片固定螺栓208。标准配重块205的规格为5kg，马蹄形配重片206包括1kg和2kg两种规格，通过不同规格配重的组合使用能够使配重在10kg～100kg范围内连续可调，调节精度为1kg。测力计22的传感器部分安装在悬吊杆组件24与悬吊钢缆26之间，传感器上端通过鱼眼轴承209、旋转挂钩210与悬吊钢缆26连接，下端与悬吊杆组件24铰接，如图5所示，测力计22的数字显示器部分安装在配重悬吊框架21上。

在具体实现中，根据减重需求通过配重块选择插销207选择两侧标准配重块205数量，对于较大的质量通过在两侧增加马蹄形配重片206进行微调，使得配重误差不超过1kg。马蹄形配重片206上开有四个安装孔，配重片固定螺栓208与标准配重块205上表面的螺纹孔连接固定。配重单元通过悬吊钢缆26，测力计22，悬吊杆组件24、悬吊背带23将悬吊力传递至人体，达到减重效果，利用测力计22实施校准、监测悬吊力的数值。测力计22与悬吊钢缆26之间的旋转挂钩210可以实现快速断连，方便人体穿脱悬吊背带23，同时可以旋转实现人体运动方向的改变。

在本申请的一种优选实施例中，通过弹力绳悬吊的方式实现低重力模拟，弹力绳悬吊系统3主要通过弹力绳的方式抵消部分重力达到模拟低重力的效果。如图6所示，弹力绳悬吊系统3包括：弹力绳悬吊框架31，测力计22，悬吊背带23，悬吊杆组件24和定滑轮组25，悬吊弹力绳36，可调滑轮37和弹力绳固定销38。

弹力绳悬吊框架31通过螺栓对称安装在移动平台4两侧，包括由铝合金型材构成的四根竖梁301，具有大圆孔的顶板302和小圆孔的底板303，弹力绳悬吊框架31主要为可调滑轮37和弹力绳固定销38提供安装位置，并提供弹力绳悬吊系统3和移动平台4的安装接口；悬吊杆组件24与测力计22与配重悬吊系统2中相同，测力计22的传感器部分安装在悬吊杆组件24与悬吊弹力绳36之间，测力计22的数字显示器部分安装在弹力绳悬吊框架31上；悬吊弹力绳36由高强度弹性高分子材料组成，弹力绳的一端通过悬吊杆组件24和悬吊背带23与使用者连接，另一端绕过可调滑轮37通过弹力绳固定销38与弹力绳悬吊框架31连接。

在具体实现中，如图7所示，根据减重需求调节可调滑轮37在弹力绳悬吊框架31上的位置，同时改变弹力绳固定销38位置，改变悬吊弹力绳36长度，从而实现不同悬吊力的调整，优选地，可以实现悬吊力在0kg～70kg范围内连续可调。通过可调滑轮37增加悬吊弹力绳36的初始长度，减小在人体运动测量过程中悬吊弹力绳36的悬吊力波动，同时利用测力计22实施监测悬吊力的数值。类似地，通过测力计22，悬吊杆组件24、悬吊背带23将悬吊力传递至人体，达到减重效果。测力计22与悬吊弹力绳36之间的旋转挂钩210可以实现快速断连，方便人体穿脱悬吊背带23，同时可以旋转实现人体运动方向的改变。

在本申请中，通过拆装和更换与移动平台4连接的配重悬吊框架21和弹力绳悬吊框架31，实现两种悬吊方式的更换。更换过程中同步更换悬吊钢缆26和悬吊弹力绳36，测力计22、悬吊背带23、悬吊杆组件24、定滑轮组25保持不变。

在本申请的一种优选实施例中，通过移动平台4实现悬吊系统的水平移动，保证人体测量中的随动功能。如图8所示，移动平台4包括：导轨41，滑块42，支撑平台43，牵引挂钩44，牵引绳45，牵引电机46。导轨41沿矩形顶框长度方向安装在支撑框架1顶部，导轨41共有两根，分别通过螺钉安装在支撑框架1的两根顶纵梁14上，与滑块42一起构成滑动结构，减小悬吊系统水平移动的阻力。支撑平台43为移动平台4的主要承载结构，主要功能是为悬吊系统与移动平台连接提供接口载体。牵引绳45的一端通过牵引挂钩44与支撑平台43连接，另外一端与牵引电机46连接，其功能是将牵引电机46输出的作用力传导到支撑平台43实现装置悬吊系统的随动功能。

综上所述，本发明提供了一种人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，包括：支撑框架、悬吊系统和移动平台；所述支撑框架用于支撑并为所述悬吊系统和移动平台提供安装接口；所述悬吊系统安装于所述移动平台上，用于通过悬吊方式抵消部分重力；所述移动平台安装在所述支撑框架上，用于为所述悬吊系统提供水平移动的平台。该装置通过滑轮组合将减重装置与移动平台有机结合，解决了常见悬吊式低重力模拟装置无法随动的难题。此外，该装置选用配重或弹力绳两种方式抵消重力，可以根据使用者体重方便快捷地调节，配合拉力传感器可以精确实现不同低重力水平的模拟。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (13)

1.一种人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，其特征在于，包括：支撑框架(1)、悬吊系统和移动平台(4)；

所述支撑框架(1)用于支撑并为所述悬吊系统和移动平台(4)提供安装接口；

所述悬吊系统安装于所述移动平台(4)上，用于通过悬吊方式抵消部分重力；所述悬吊系统为配重悬吊系统(2)，包括配重悬吊框架(21)、测力计(22)、悬吊背带(23)、悬吊杆组件(24)、定滑轮组(25)、悬吊钢缆(26)和配重单元(27)；所述配重悬吊框架(21)对称安装在所述移动平台(4)两侧；所述测力计(22)的传感器安装在悬吊杆组件(24)和悬吊钢缆(26)之间，所述测力计(22)的显示器安装在所述配重悬吊框架(21)上；所述悬吊背带(23)悬吊在所述悬吊杆组件(24)下面；所述定滑轮组(25)安装在所述移动平台(4)上，用于牵引所述悬吊钢缆(26)；所述配重单元(27)安装在所述配重悬吊框架(21)上；所述配重单元(27)通过所述悬吊钢缆(26)连接所述悬吊背带(23)；

所述移动平台(4)安装在所述支撑框架(1)上，用于为所述悬吊系统提供水平移动的平台。

2.根据权利要求1所述的人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，其特征在于，所述支撑框架(1)包括底横梁(11)、底纵梁(12)、顶横梁(13)、顶纵梁(14)、竖梁(15)和直角连接件(16)；所述直角连接件(16)用于固定连接上述梁。

3.根据权利要求2所述的人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，其特征在于，所述梁采用铝合金型材。

4.根据权利要求1所述的人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，其特征在于，所述传感器上端通过鱼眼轴承(209)、旋转挂钩(210)与悬吊钢缆(26)连接，下端与悬吊杆组件(24)铰接。

5.根据权利要求1所述的人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，其特征在于，所述配重单元(27)包括配重块(205)和配重片(206)，所述配重块(205)由插销固定，所述配重片(206)由螺栓固定。

6.根据权利要求1所述的人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，其特征在于，所述移动平台(4)包括导轨(41)、滑块(42)，所述导轨(41)安装在所述支撑框架(1)的顶纵梁(14)上，与所述滑块(42)形成滑动结构。

7.根据权利要求6所述的人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，其特征在于，所述移动平台(4)还包括支撑平台(43)、牵引挂钩(44)、牵引绳(45)和牵引电机(46)；所述支撑平台(43)位于所述滑块(42)上，通过滑块(42)在导轨(41)上水平移动；

所述牵引挂钩(44)位于所述支撑平台(43)上，所述牵引绳(45)的一端通过所述牵引挂钩(44)与所述支撑平台(43)连接，另一端与所述牵引电机(46)连接。

8.一种人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，其特征在于，包括：支撑框架(1)、悬吊系统和移动平台(4)；

所述支撑框架(1)用于支撑并为所述悬吊系统和移动平台(4)提供安装接口；

所述悬吊系统安装于所述移动平台(4)上，用于通过悬吊方式抵消部分重力；所述悬吊系统为弹力绳悬吊系统(3)，包括弹力绳悬吊框架(31)、测力计(22)、悬吊背带(23)、悬吊杆组件(24)、定滑轮组(25)、悬吊弹力绳(36)、可调滑轮(37)和弹力绳固定销(38)；所述弹力绳悬吊框架(31)对称安装在所述移动平台(4)两端；所述测力计(22)的传感器安装在悬吊杆组件(24)和悬吊弹力绳(36)之间，所述测力计(22)的显示器安装在所述弹力绳悬吊框架(31)上；所述悬吊背带(23)悬吊在所述悬吊杆组件(24)下面；所述定滑轮组(25)安装在所述移动平台(4)上，用于牵引所述悬吊弹力绳(36)；所述悬吊弹力绳(36)的一端通过悬吊杆组件(24)和悬吊背带(23)连接，另一端绕过可调滑轮(37)后通过所述弹力绳固定销(38)固定在弹力绳悬吊框架(31)上；

所述移动平台(4)安装在所述支撑框架(1)上，用于为所述悬吊系统提供水平移动的平台。

9.根据权利要求8所述的人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，其特征在于，所述支撑框架(1)包括底横梁(11)、底纵梁(12)、顶横梁(13)、顶纵梁(14)、竖梁(15)和直角连接件(16)；所述直角连接件(16)用于固定连接上述梁。

10.根据权利要求9所述的人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，其特征在于，所述梁采用铝合金型材。

11.根据权利要求8所述的人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，其特征在于，所述可调滑轮(37)和/或弹力绳固定销(38)的位置可调整，以使弹力在0kg～70kg范围内连续可调。

12.根据权利要求8所述的人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，其特征在于，所述移动平台(4)包括导轨(41)、滑块(42)，所述导轨(41)安装在所述支撑框架(1)的顶纵梁(14)上，与所述滑块(42)形成滑动结构。

13.根据权利要求12所述的人体测量及训练用随动悬吊式低重力模拟装置，其特征在于，所述移动平台(4)还包括支撑平台(43)、牵引挂钩(44)、牵引绳(45)和牵引电机(46)；所述支撑平台(43)位于所述滑块(42)上，通过滑块(42)在导轨(41)上水平移动；

所述牵引挂钩(44)位于所述支撑平台(43)上，所述牵引绳(45)的一端通过所述牵引挂钩(44)与所述支撑平台(43)连接，另一端与所述牵引电机(46)连接。

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