[發明專利]一種航天員艙外活動手部助力外骨骼

有效

• 申請號: 202011405107.6
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112589771B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 朱愛斌;黃虎;鄒佳峻;屠堯;宋紀元
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10;B25J9/16
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

一種航天員艙外活動手部助力外骨骼，包括手套模塊、套索模塊和動力模塊；手套模塊分為手套掌心側和手套掌背側，通過套索模塊連接到動力模塊的輸出端。本發明增加艙外航天服手套的主動助力特性，同時提升手套的靈活性和可靠性，可以很好地解決艙外航天服手套導致的抓握力下降和手部疲勞損傷的問題，同時提高艙外活動任務的執行效率。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，特別涉及一種航天員艙外活動手部助力外骨骼。

背景技術

隨著航天科學的發展以及航天工程技術的提高，人類有更多的機會進入宇宙外太空進行探索，空間站在軌建造任務以及未來的火星登陸計劃將給航天員的出艙活動帶來巨大挑戰，頻繁的出艙活動和太空操作任務對艙外航天服手套的靈活性、可靠性甚至助力特性提出了非常高的要求。

艙外航天服手套是航天員實現艙外作業的關鍵部件。艙外航天服手套一般有三層，分別為氣密層、限制層和最外保護層。氣密層用以維持手套內氣壓；限制層用以限制氣密層的膨脹；最外保護層由多層材料復合而成用以保護內層，具有隔熱、保暖、防輻射、防微流隕石的功能。為了保證航天員的正常生命特征，整個艙外航天服需要加壓，當艙外航天服手套內部加壓后，這三層結構會緊密貼合在一起。

當艙外航天服手套加壓后，手套體積和編織物剛度在關節彎曲時會導致航天服手套變硬，產生的關節阻力矩使得航天服手套與航天員的手部運動產生差異，這種運動學上的差異不僅會增加航天員的代謝支出，消耗額外的能量，降低工作效率，而且可能會造成各種肌肉骨骼損傷。受到航天服內外壓差和編織物擠壓的影響，航天員在進行艙外作業時，手部力量會下降40％-50％左右，同時也導致手套靈活性和可靠性下降，嚴重影響艙外活動任務的進行。

發明內容

為了克服以上技術問題，本發明的目的在于提供一種航天員艙外活動手部助力外骨骼，增加艙外航天服手套的主動助力特性，同時提升手套的靈活性和可靠性，可以很好地解決艙外航天服手套導致的抓握力下降和手部疲勞損傷的問題，同時提高艙外活動任務的執行效率。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種航天員艙外活動手部助力外骨骼，包括手套模塊1、套索模塊2和動力模塊3；手套模塊1分為手套掌心側和手套掌背側，手套模塊1通過套索模塊2連接到動力模塊3的輸出端。

所述手套模塊1包括遠端固定環，中端固定環和近端固定環，分別位于除小拇指外的其余四手指，在手指的三個固定環上方掌心側設置了薄膜壓力傳感器，分別為遠端薄膜壓力傳感器，中端薄膜壓力傳感器和近端薄膜壓力傳感器，所述薄膜壓力傳感器用于測量人手抓握物體時，手指與物體的接觸力，位于手套的掌心偏上位置固定了一個手掌固定環110，通過高強度紡織線縫制在手套相應位置并且圍繞在手掌一周，手套的掌心位置固定了一個引導裝置109，引導裝置109用于改變鋼絲繩的驅動方向，在手套掌心側和手套掌背側的手腕處，分別固定了掌心側集線器107和掌背側集線器115，掌心側的四個手指，包括拇指、食指、中指和無名指通過掌心側鋼絲繩108驅動，掌背側的四個手指連接了掌背側鋼絲繩114，用于感知手指的彎曲意圖。

所述的固定環包括手指不銹鋼環118、手指導線槽117和聚四氟乙烯管116，所述手指不銹鋼環118通過0.3mm厚的不銹鋼薄板彎曲成環狀，其直徑小大根據實際穿戴者手指的直徑進行調節，所述不銹鋼薄板彎曲后的接口處打有直徑2mm的孔，通過M2螺栓和螺母連接到手指導線槽117上，手指導線槽117通過3D打印得到，手指導線槽117中間位置有一段直徑1.6mm的通孔，一段內直徑為0.8mm，外直徑為1.6mm的聚四氟乙烯管116固定在通孔中，小指不安裝固定環，不進行驅動，而是保持自由狀態。