[發明專利]航天服髖關節

有效

• 申請號: 201710446375.4
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107082124B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 王振偉;劉雙印;胥任杰;徐利梅;謝曉梅
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B64G6/00
• 分類號: B64G6/00
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開了一種航天服髖關節，包括連接體，連接體兩邊分別與一個旋架列相連，每個旋架列包括依次轉動連接的多個旋架，每個旋架列中最上端的旋架與連接體轉動連接，每個旋架內部安裝有用于固定布料的布料件；旋架包括上連接件和下連接件，上連接件與下連接件一端通過支撐桿相連，另一端通過連接鉸相連；支撐桿兩端分別設有上連接鉸和下連接鉸，上連接鉸與上連接件相連，下連接鉸與下連接件相連。本發明提供的一種航天服髖關節，采用可調整4段硬式全旋轉結構，具有一個冗余旋轉自由度，從而保證髖關節活動靈活性，運動阻力小，結構簡單，制造方便。

技術領域

本發明屬于航空航天技術領域，具體涉及一種航天服髖關節。

背景技術

航天服是航天員進行星表與太空作業的重要生命支撐保障系統。與太空作業不同，星表作業要求航天服上下肢關節系統都具備較好的運動性和靈活性，以便完成星表行走、探測、維修、搬運等任務。在內壓作用下，航天服多層織物剛性將明顯增強，材質物理屬性和力學特性都將發生變化，導致航天服關節系統產生較大的運動阻力，增大星表作業難度。為了提高航天服關節活動性，通常采用關節織物褶皺、活動框架和旋轉軸承結構等，如美國“水星”航天服、“雙子星”航天服、“MARK III”、“Z-1”、“Z-2”，俄羅斯“海鷹”航天服，中國“飛天”航天服等。圍繞航天服髖關節系統，目前許多研究工作主要集中在關節設計、阻力/阻力矩分析、動態性能計算、實驗測試、織物材料屬性、人機交互性能等方面。隨著太空探測任務的不斷深入，對其它天體的星表探測存在較大的任務需求，例如月球、火星、土星等星表探測，這對航天服下肢關節系統研究提出了更高的要求。美國、俄羅斯、中國等國家都已開展了航天服上肢關節系統的設計研發工作，并完成了相關的理論研究和實驗驗證。相對而言，航天服下肢關節系統研制相對滯后。尤其，作為影響航天服下肢行走性能的主要部件，髖關節研究仍不是很理想，仍存在一些問題，例如活動性不足、運動阻力大等。

從技術角度來講，航天服髖關節通常可分為軟關節和硬關節兩大類。軟關節主要是通過航天服布料的柔性來傳遞相對運動，其涉及到布料的變形阻尼、織物結構等影響因素。硬關節是硬質材料構成的旋轉運動機構來實現傳遞運動，其涉及到連接軸承、關節結構等影響因素。目前，軟關節結構多用于航天服上肢關節系統，多為肩關節、肘關節、膝關節等部位，其主要以提供靈活性為主，對關節承重要求不高。例如，美國R.S.COLLEY設計了由軟式肘關節、髖關節、膝關節構成的航天服；美國C.P.KRUPP先后提出了軟式肘關節和膝關節設計方案和全軟式航天服概念設計方案。硬關節多應用在髖關節、腰關節處，以及肩關節，主要作用是承擔重量，并提供必要的肢體活動靈活性，它通常采用3段式設計結構。例如，美國Hubert C.Vykukal曾先后提出了不同結構形式的硬式3段髖關節和腰關節，并完成了相關的實驗檢驗。通常，3段式關節具備充分完整的運動約束，可實現明確的運動，而且具有“等容性”、服內壓力波動小等特點。因此，硬式關節的靈活性要好于軟式關節。但是，3段硬式關節結構也存在諸多不足，例如，運動范圍有限使得肢體運動范圍相對較小、關節安裝角度調整不便、連接軸承的旋轉運動可能對航天員肢體造成損傷或擦傷等。

發明內容

本發明的目的是解決上述問題，提供一種結構簡單，制造方便，具有一個冗余旋轉自由度且能起到保護作用的航天服髖關節。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種航天服髖關節，包括連接體，連接體兩邊分別與一個旋架列相連，每個旋架列包括依次轉動連接的多個旋架，每個旋架列中最上端的旋架與連接體轉動連接，每個旋架內部安裝有用于固定布料的布料件。

優選地，所述旋架包括上連接件和下連接件，上連接件與下連接件一端通過支撐桿相連，另一端通過連接鉸相連。

優選地，所述支撐桿兩端分別設有上連接鉸和下連接鉸，上連接鉸與上連接件相連，下連接鉸與下連接件相連。

優選地，所述上連接鉸和下連接鉸中間設有通孔，通孔內設有卡槽，卡槽內安裝有卡環，連接銷穿設于卡環。