一种航天员舱外活动手部助力外骨骼制造技术

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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种航天员舱外活动手部助力外骨骼
本专利技术涉及机器人
，特别涉及一种航天员舱外活动手部助力外骨骼。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了克服以上技术问题，本专利技术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，本专利技术采用的技术方案是：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。所述的手掌固定环110包括手掌不锈钢环121、手掌导线槽120和聚四氟乙烯管119，其中手掌不锈钢环121通过0.3mm厚的不锈钢薄板弯曲成环状，其小大根据实际穿戴者手掌的宽度进行调节，不锈钢薄板弯曲后的接口处打有直径2mm的孔，通过M2螺栓和螺母连接成环状，同时手掌不锈钢环121上通过M2螺栓和螺母固定4个手掌导线槽120，依次对应食指、中指、无名指和小指方向，手掌导线槽120通过3D打印得到，其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119固定在通孔中。所述的引导装置109固定在手套的掌心位置，用于改变钢丝绳的驱动方向，引导装置109包括基座123、导线槽124和聚四氟乙烯管122，基座123四个角打有直径2mm的孔，通过M2螺栓和螺母固定在手套的掌心位置，两个导线槽124通过M2螺栓和螺母固定在基座123左边和右下角，导线槽124通过3D打印得到，其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122弯曲成90度，两头分别固定在两个导线槽124的通孔中。所述的掌心侧集线器107和掌背侧集线器115形状相同，通过高强度纺织线穿过集线器左右两端的方形孔并将其缝制在手套手腕处，集线器上有4个阶梯孔，在靠近手指方向的孔直径为1.2mm，在背离手指方向的孔直径为3mm。所述的远端固定环，中端固定环和近端固定环，其中远端固定环固定在手指远端指骨处，中端固定环固定在手指近端指骨处，近端固定环固定在手指掌骨前段，掌心侧钢丝绳108依次穿过三个固定环上方手指导线槽117中的聚四氟乙烯管116，并穿过引导装置109中的聚四氟乙烯管122以及掌心侧集线器107的最左边的通孔，固定掌心侧钢丝绳108的末端，在掌心侧钢丝绳108拉动时，实现对手指的指间关节和掌指关节的弯曲助力。所述4根掌背侧钢丝绳114，分别连接到拇指、食指、中指以及无名指的远端固定环上固定，另一端穿过掌背侧集线器115的4个通孔，接入套索模块2中，用于感知手指的弯曲意图。所述套索模块2包括钢丝绳201，聚四氟乙烯管202和弹簧管203，在正常传动时，钢丝绳201在聚四氟乙烯管202内滑动，所述聚四氟乙烯管202外设置弹簧管203。所述钢丝绳201为不锈钢，所述钢丝绳201与掌心侧钢丝绳108和掌背侧钢丝绳114结构相同。所述套索模块2一端连接到掌心侧集线器107或掌背侧集线器115的3mm孔中，然后套索模块2中的钢丝绳201从1.2mm孔中伸出连接到手套模块1中的掌心侧钢丝绳108和掌背侧钢丝绳114中，套索模块2另一端接入动力模块3。所述动力模块3包括壳体310，壳体310通过M2螺栓与底板305连接，壳体310和底板305都是通过3D打印得到，底板305左右方向有两个吊耳，吊耳用于穿过绑带，底板305上安装有四个动力子模块，分别为动力子模块306、动力子模块307、动力子模块308和动力子模块309，动力子模块306与动力子模块307对称分布并安装在底板305上，动力子模块308与动力子模块309对称分布并安装在底板305上，所述动力子模块308与动力子模块309往前偏置一段距离，以减小底板305的宽度，壳体310顶部安装有按钮开关304、电动推杆驱动板303、降压模块302、控制板301和薄膜压力传感器电压转换模块311。所述的动力子模块306包括电动推杆312，电动推杆312左边安装有左侧板335，右边安装有右侧板334，左侧板335和右侧板334都是通过3D打印得到，左侧板335和右侧板334之间通过螺柱313连接，角度传感器314和角度传感器323安装在左侧板335的圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航天员舱外活动手部助力外骨骼，其特征在于，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。/n

【技术特征摘要】
1.一种航天员舱外活动手部助力外骨骼，其特征在于，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。


2.根据权利要求1所述的一种航天员舱外活动手部助力外骨骼，其特征在于，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。


3.根据权利要求2所述的一种航天员舱外活动手部助力外骨骼，其特征在于，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，所述小指不安装固定环，不进行驱动，而是保持自由状态。


4.根据权利要求2所述的一种航天员舱外活动手部助力外骨骼，其特征在于，所述的手掌固定环(110)包括手掌不锈钢环(121)、手掌导线槽(120)和聚四氟乙烯管(119)，其中手掌不锈钢环(121)通过0.3mm厚的不锈钢薄板弯曲成环状，其小大根据实际穿戴者手掌的宽度进行调节，不锈钢薄板弯曲后的接口处打有直径2mm的孔，通过M2螺栓和螺母连接成环状，同时手掌不锈钢环(121)上通过M2螺栓和螺母固定4个手掌导线槽(120)，依次对应食指、中指、无名指和小指方向，手掌导线槽(120)通过3D打印得到，其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(119)固定在通孔中。


5.根据权利要求2所述的一种航天员舱外活动手部助力外骨骼，其特征在于，所述的引导装置(109)固定在手套的掌心位置，用于改变钢丝绳的驱动方向，引导装置(109)包括基座(123)、导线槽(124)和聚四氟乙烯管(122)，基座(123)四个角打有直径2mm的孔，通过M2螺栓和螺母固定在手套的掌心位置，两个导线槽(124)通过M2螺栓和螺母固定在基座(123)左边和右下角，导线槽(124)通过3D打印得到，其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(122)弯曲成90度，两头分别固定在两个导线槽(124)的通孔中。


6.根据权利要求2所述的一种航天员舱外活动手部助力外骨骼，其特征在于，所述的掌心侧集线器(107)和掌背侧集线器(115)形状相同，通过高强度纺织线穿过集线器左右两端的方形孔并将其缝制在手套手腕处，集线器上有4个阶梯孔，在靠近手指方向的孔直径为1.2mm，在背离手指方向的孔直径为3mm。


7.根据权利要求2所述的一种航天员舱外活动手部助力外骨骼，其特征在于，所述的远端固定环，中端固定环和近端固定环，其中远端固定环固定在手指远端指骨处，中端固定环固定在手指...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱爱斌，黄虎，邹佳峻，屠尧，宋纪元，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61