[发明专利]一种航天员舱外活动手部助力外骨骼

说明书

一种航天员舱外活动手部助力外骨骼，包括手套模块、套索模块和动力模块；手套模块分为手套掌心侧和手套掌背侧，通过套索模块连接到动力模块的输出端。本发明增加舱外航天服手套的主动助力特性，同时提升手套的灵活性和可靠性，可以很好地解决舱外航天服手套导致的抓握力下降和手部疲劳损伤的问题，同时提高舱外活动任务的执行效率。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种航天员舱外活动手部助力外骨骼。

背景技术

随着航天科学的发展以及航天工程技术的提高，人类有更多的机会进入宇宙外太空进行探索，空间站在轨建造任务以及未来的火星登陆计划将给航天员的出舱活动带来巨大挑战，频繁的出舱活动和太空操作任务对舱外航天服手套的灵活性、可靠性甚至助力特性提出了非常高的要求。

舱外航天服手套是航天员实现舱外作业的关键部件。舱外航天服手套一般有三层，分别为气密层、限制层和最外保护层。气密层用以维持手套内气压；限制层用以限制气密层的膨胀；最外保护层由多层材料复合而成用以保护内层，具有隔热、保暖、防辐射、防微流陨石的功能。为了保证航天员的正常生命特征，整个舱外航天服需要加压，当舱外航天服手套内部加压后，这三层结构会紧密贴合在一起。

当舱外航天服手套加压后，手套体积和编织物刚度在关节弯曲时会导致航天服手套变硬，产生的关节阻力矩使得航天服手套与航天员的手部运动产生差异，这种运动学上的差异不仅会增加航天员的代谢支出，消耗额外的能量，降低工作效率，而且可能会造成各种肌肉骨骼损伤。受到航天服内外压差和编织物挤压的影响，航天员在进行舱外作业时，手部力量会下降40％-50％左右，同时也导致手套灵活性和可靠性下降，严重影响舱外活动任务的进行。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种航天员舱外活动手部助力外骨骼，增加舱外航天服手套的主动助力特性，同时提升手套的灵活性和可靠性，可以很好地解决舱外航天服手套导致的抓握力下降和手部疲劳损伤的问题，同时提高舱外活动任务的执行效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种航天员舱外活动手部助力外骨骼，包括手套模块1、套索模块2和动力模块3；手套模块1分为手套掌心侧和手套掌背侧，手套模块1通过套索模块2连接到动力模块3的输出端。

所述手套模块1包括远端固定环，中端固定环和近端固定环，分别位于除小拇指外的其余四手指，在手指的三个固定环上方掌心侧设置了薄膜压力传感器，分别为远端薄膜压力传感器，中端薄膜压力传感器和近端薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器用于测量人手抓握物体时，手指与物体的接触力，位于手套的掌心偏上位置固定了一个手掌固定环110，通过高强度纺织线缝制在手套相应位置并且围绕在手掌一周，手套的掌心位置固定了一个引导装置109，引导装置109用于改变钢丝绳的驱动方向，在手套掌心侧和手套掌背侧的手腕处，分别固定了掌心侧集线器107和掌背侧集线器115，掌心侧的四个手指，包括拇指、食指、中指和无名指通过掌心侧钢丝绳108驱动，掌背侧的四个手指连接了掌背侧钢丝绳114，用于感知手指的弯曲意图。

所述的固定环包括手指不锈钢环118、手指导线槽117和聚四氟乙烯管116，所述手指不锈钢环118通过0.3mm厚的不锈钢薄板弯曲成环状，其直径小大根据实际穿戴者手指的直径进行调节，所述不锈钢薄板弯曲后的接口处打有直径2mm的孔，通过M2螺栓和螺母连接到手指导线槽117上，手指导线槽117通过3D打印得到，手指导线槽117中间位置有一段直径1.6mm的通孔，一段内直径为0.8mm，外直径为1.6mm的聚四氟乙烯管116固定在通孔中，小指不安装固定环，不进行驱动，而是保持自由状态。