[发明专利]一种太空运动辅助方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及宇航员太空作业装置领域，具体涉及一种太空运动辅助方法及其装置。

背景技术

宇航员在星球表面活动及进行太空任务作业过程中，由于配套车辆的适应能力有限，宇航员需要携带搬运的物质越来越多，譬如一些测量设备、实验样本等，而且宇航员经常需要在沟壑、山丘、凹凸不平的环境中活动，宇航员在上述环境中活动会耗费大量的体力，常常造成宇航员很快疲惫以及身体损伤，极大的影响了宇航员的行进速度、活动范围和机动能力。

目前，为了增强宇航员运动能力，通常的做法都是尽可能地减轻宇航服的重量或减少负载，从而节约宇航员的体力，进而保证宇航员的行进速度、活动范围和机动能力，但是，宇航服重量的减轻受限于宇航服需要完成的功能，负载的减轻受限于任务数量和太空工作内容。因此，采用这些方法增强宇航员的运动能力，效果不明显。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效增强宇航员运动能力的太空运动辅助方法。这种新的增强宇航员运动能力且降低宇航员太空运动能量消耗的太空运动辅助方法，具体采用如下方式实现：在宇航服上耦合外骨骼系统，该外骨骼系统包括仿形机械结构、人机接口系统、控制系统、执行机构和能源动力系统，通过人机接口系统感知宇航员的运动状态或运动意图并将其发送给控制系统，控制系统将信息处理后发送指令给执行机构，执行机构驱动仿形机械结构辅助支撑宇航员负重或为宇航员的动作提供助力。

本发明还提供了一种实现上述方法的太空运动辅助装置，该太空运动辅助装置，包括仿形机械结构和用于将仿形机械结构与宇航服耦合在一起的耦合组件，所述仿形机械结构包括下肢结构、髋部结构，所述下肢结构包括左腿结构与右腿结构，所述左腿结构与右腿结构均包括仿人体大腿结构、小腿结构和足部结构，所述大腿结构与小腿结构通过膝关节相连，所述小腿结构与足部结构通过踝关节相连；所述髋部结构与左腿结构、右腿结构分别通过髋关节相连所述髋关节、膝关节上均安装有执行机构；还包括人机接口系统、控制系统以及给人机接口系统、执行机构、控制系统提能源动力的能源动力系统，人机接口系统基于无重力环境下人体运动动力学特征、微重力环境下人体运动动力学特征、月面重力环境下人体运动动力学特征、火星重力环境下人体运动动力学特征划分运动步态，感知航天员的运动状态、运动意图并将其发送给控制系统，控制系统根据上述信息确定髋关节、膝关节的力矩、阻尼、角度、角速度，并发送指令给执行机构，执行机构驱动髋关节、膝关节进行关节运动或在关节处提供阻尼。

进一步的是，所述髋部结构包括左侧面支撑杆、右侧面支撑、底部支撑横杆，所述左侧面支撑杆的前端与左腿结构的大腿结构顶端、右侧面支撑杆的前端与右腿结构的大腿结构顶端均通过髋关节相连，底部支撑横杆左端与左侧面支撑杆固定连接，右端与右侧面支撑杆固定连接。

进一步的是，所述髋部结构还包括左弹性支撑元件与右弹性支撑元件，所述左弹性支撑元件一端固定在左侧面支撑杆上，另一端固定在左腿结构的大腿结构上，所述右弹性支撑元件一端固定在右侧面支撑杆上，另一端固定在右腿结构的大腿结构上。

进一步的是，所述仿形机械结构还包括背部支撑结构，所述背部支撑结构包括左支撑竖杆与右支撑竖杆，所述左支撑竖杆的下端固定在左侧面支撑杆上，所述右支撑竖杆的下端固定在右侧面支撑杆上，所述背部支撑结构还包括支撑面板，所述支撑面板的两侧分别通过可调长度的悬挂结构固定在左侧面支撑杆的末端和右侧面支撑杆的末端。

进一步的是，所述仿形机械结构还包括前胸负载结构，所述前胸负载结构包括左弧形支撑杆与右弧形支撑杆，所述左弧形支撑杆通过铰接结构固定在左支撑竖杆的上端，右弧形支撑杆通过铰接结构固定在右支撑竖杆的上端，所述左弧形支撑杆与右弧形支撑杆的自由端通过胸前悬挂杆相连。

进一步的是，所述左支撑竖杆、右支撑竖杆、胸前悬挂杆上均设置有能够悬挂物体的悬挂装置。

进一步的是，所述耦合组件包括设置在足部结构上的足部耦合装置、设置在小腿结构上的小腿耦合装置、设置在大腿结构上的大腿耦合装置、设置在左侧面支撑杆内侧和右侧面支撑杆内侧的第一髋部耦合装置、设置在左侧面支撑杆前端和右侧面支撑杆前端的第二髋部耦合装置、设置在底部支撑横杆上的第三髋部耦合装置、设置在左支撑竖杆内侧和右支撑竖杆内侧的第一背部耦合装置、设置在左支撑竖杆中部和右支撑竖杆中部的第二背部耦合装置；