航天服肩法兰与上肢活动相关性数学模型研究

肩法兰是航天服影响人体上肢活动的关键部分,为分析其对上躯干结构和航天服工效性能的影响,依据人体上肢运动学建立了上肢可达域运动学模型,再通过分析肩法兰对上肢活动的影响,建立了肩法兰与上肢活动的相关性数学模型。开展了肩法兰与上肢活动相关性实验,将模型计算的肩法兰对人体上肢活动的影响和实验测试结果进行了对比,包括上肢活动空间的外观形态、体积及截面面积等,模型计算结果与实验测试结果相近,说明所建立的肩法兰与人体上肢活动相关性模型可有效地计算肩法兰对上肢活动的影响。研究成果为未来肩法兰的优化设计以及航天服工效性能的改进提供了参考。     

飞天舱外航天服适体性设计方法与验证

适体性是舱外航天服工效保障能力的基本要求.为确保出舱活动任务的顺利实施,开展了飞天舱外航天服适体性设计实践.根据飞天舱外航天服的结构构形,确定适体性设计原则,采用被动适体和主动适体融合设计;分析讨论了舱外航天服适体性设计因素,以身高等人体参数作为主要参考数据完成了适体性设计,并开展了无人、有人适体性验证试验.试验结果表...     

航天服肩法兰布局与上肢活动相关性试验

航天服上躯干结构的构成主要包括各个法兰环开口及包络面,在各个法兰开口中,肩法兰是与人体交互作用的关键部位。为探究肩法兰布局的各个设计因素与人体上肢活动的相关性,采用混合水平正交试验方法设计开展试验,利用极差、方差和回归分析等手段,以人体上肢单手操作空间(RVWOH)和双手操作空间(RVWTH)作为评价指标,对航天服肩法兰的4个设计因素进行分析。结果表明肩法兰布局4个设计因素中,角度γ是影响单、双手操作空间的主要因素,以下依次是角度α,内径d和左右肩法兰中心距l;方差分析表明4个因素都对单、双手操作空间有显著或非常显著的影响;单、双手操作空间与4个设计因素关系可以用回归方程表达。通过试验研究确定了航天服肩法兰布局与人体上肢活动的相关性,为其设计及优化提供了依据。     

基于随动机器人的舱内/外航天服手臂测试方法

 提出了一种新的方法用于测量中国舱内和舱外航天服的关节力学特性。测量原理基于机器人运动学、静力学和动力学。首先,建立了随动机器人的运动学模型,然后根据航天服特殊的机械结构同时建立了舱内和舱外航天服手臂通用的运动学模型;其次,针对包含有柔性关节的舱内和舱外航天服手臂给出了求解其运动学逆运算的方法;最后,根据航天服手臂末端的力矩、位置和姿态信息计算出航天服关节的阻尼力矩。实验结果和SGI工作站上的仿真证明了该测量方法的正确性和有效性。     

舱外航天服-航天员下肢系统动力学建模与分析

针对未来月球、火星等地外星体表面探测对舱外航天服下肢系统活动性的需求,探讨了充压航天服对航天员下肢运动的影响,进行了航天服下肢系统自由度配置、航天服-航天员下肢系统的建模、运动学和动力学分析。首先,结合人体生理结构特点和工效学要求,配置了具有12个自由度的航天服下肢关节系统。然后采用DH参数法,对单腿6自由度系统进行了正逆运动学分析,并利用拉格朗日方法建立了人服系统的动力学方程。最后,以直立行走和上下楼梯模拟不同路况,定量分析了航天员在未着服、着服未充压和着服充压状态下髋关节、膝关节和踝关节的力矩变化。结果表明,航天服质量、转动惯量和关节阻力矩将增加航天员的活动负荷;不同路况下,下肢各关节的力矩受到不同影响。未来星表探测航天服设计时,合理确定航天服质量、关节结构形式是非常必要的。     

Stewart平台铰点工作空间的研究

针对并联六自由度运动平台工作空间大小与结构尺寸参数评价关系问题进行了探讨,提出了6-6结构六自由度并联机构铰点工作空间的概念,并以此出发建立了工作空间大小与尺寸参数的联接关系表达式,从而实现了直接依据工作空间大小进行结构尺寸设计而不必进行大量工作空间反复核算。通过仿真实验不仅验证了投入使用的飞行模拟器六自由度运动平台结构设计的合理性,而且依据铰点工作空间的原理构造出Stewart平台位置可达工作空间。此方法既为系统总体结构参数合理选择提供理论依据,又对Stewart平台工程设计提供机构边界运动范围,为工作空间的分析与综合提供了新途径。     

舱外航天服手套加热方案探讨

 针对舱外作业中航天员常常因手冷而不得不提前回舱的情况,提出了主动加热的方法。利用边界元法以边界点上未知函数满足积分方程为基础进行近似计算的特点,建立了手部和舱外航天服手套温度场三维计算模型,通过模拟试验件验证了模型。模型针对航天员处于太阳和地球辐射阴面时提出了舱外航天服手套主动加热的优化方案,并通过模拟试验件验证加热方法合理。     

一种航天员舱外活动用脚限位器的设计与分析

针对航天员开展舱外活动时与舱体的可靠连接和工作位姿的调节与固定这两个亟待解决的问题,提出了一种舱外活动用新型三关节便携式脚限位器的设计,阐述了其结构组成和工作原理,确定了其系统方案和技术参数;基于静力学和有限元分析,对设计进行了结构优化,利用ADAMS软件对该装置进行了运动学和动力学仿真分析,验证了该装置通过三个关节机构实现折叠状态和调节位姿的有效性,获得了主要关节位姿调节的运动学和动力学特性,为该装置的结构改进和优化奠定了基础。     

Stewart机床运动学分析

运用多体系统理论研究了6-SPS型Stewart机床机构和丰田型Stewart机床机构的运动学,建立了相应的零级（位姿）和一级（速度和角速度）运动学方程,获得了两种Stewart机床机构的雅可比矩阵。运用多体系统通用分析软件对Stewart机床的运动进行了仿真计算,为后续研究等奠定良好基础。     

飞行模拟器运动系统虚拟样机的联合建模研究

针对传统的数学建模方法在对飞行模拟器运动系统——液压驱动Stewart平台进行动力学建模的过程中存在建模过程相对复杂、 仿真无法提供可视化信息等缺点,提出采用ADAMS和Matlab/Simulink联合建模的方法,建立了液压驱动Stewart平台的虚拟样机.通过研究与仿真分析,并与真实的Stewart平台进行实验对比,结果表明,虚拟样机在动力学性能方面与真实的液压驱动Stewart平台相比具有很高的相似性,可代替一般的数学模型,为液压驱动Stewart平台的研究和研制提供理论上的指导和验证,同时也证明了联合建模方法的正确性和有效性.     

基于有限元方法的航天服平褶式关节建模

关节的灵活性能是航天服改进设计的一个重要方向,平褶式关节是一类典型的航天服软关节。为全面了解平褶式关节的活动特性,利用有限元方法构建了平褶式关节的仿真模型,该模型能够反映关节的主要材料和结构特征,计算得到了关节的阻力矩-角度关系。为验证模型,开展了关节原理样件的阻力矩测量,分析了模型误差的来源。比较了有限元方法和经典分析方法,并进一步讨论了平褶式关节阻力矩的组成。结果表明,有限元模型能够反映关节弯曲运动的基本特征,尽管关节运动初期和伸展运动后期阻力矩计算的准确性还有待提高,但与经典分析方法相比具有显著的优势。此外,结合模型结果分析得到平褶式关节阻力矩由压缩气体、材料摩擦以及结构的弹性变形引起。     

航天服关节力矩的数学模型

航天服关节力矩特性的数学表述是预测航天员出舱(EVA)作业强度、评估航天员疲劳度、规划EVA活动路径的重要基础。首先,分析了关节力矩的特性,提出建立数学模型的要求,阐述了Jiles-Atherton磁滞模型原理,以及磁滞模型与关节力矩特性的相合性。其次,利用模拟退火算法的思想对遗传算法进行了改进,并基于MATLAB软件实现。最终,对EVA航天服腕关节和肩关节力矩进行仿真,得到关节力矩在特定活动角度下的数学模型。仿真结果表明,针对关节力矩迟滞特性所得的关节力矩数学模型,能够更准确地描述关节活动力矩特性,计算所得模型可以更便捷地用于航天服工效学等相关研究领域。     

可视化仿真在六自由度运动平台设计中的应用

在传统的六自由度运动平台的设计过程中,机械设计人员很难直观、准确地确定各个机械零部件的极限运动范围以防止发生机械干涉.为了解决这一问题,运用VRML - Java技术,基于运动学反解以及机械实体的静态、动态装配约束关系,建立六自由度电动运动平台的可视化仿真模型,利用该模型对其运动状态(包括极限位姿)进行可视化仿真,通过...     

基于软交换技术的多连接服务模型研究

以多连接服务中心系统的研究开发为背景,探讨了软交换平台体系结构和H.323协议栈结构的应用问题.首先提出采用软交换技术构建多连接服务模型的基本思想,进而给出基于软交换平台体系结构的多连接服务模型的系统构架,并给出网守模块的呼叫信令设计流程.基于软交换构建连接服务模型具有一定的独创性和先进性.     

一种基于旋量理论的自动钻铆机调姿反解算法

运动学反解是实现机床运动控制的技术基础,也是提高运动精度的技术保证。根据飞机装配自动化钻铆的需求分析,以龙门式自动钻铆机为研究对象,基于旋量理论建立其运动学模型。采用Paden-Kalan子问题模型和自动钻铆机上下末端执行器的几何关系相结合的方法,提出了一种基于旋量理论的自动钻铆机运动学反解算法,并在CATIA中的DMU模块下对算法进行算例验证。结果表明:基于旋量理论的运动学反解算法正确,为自动钻铆机的运动控制提供了理论基础。     

飞机弹射救生过程人椅运动仿真

建立了人椅系统运动模型，针对人体结构特点，建立了飞行员上肢3刚体7自由度数学模型．采用Kane方法建立了人体上肢动力学模型，计算了上肢各环节在弹射救生过程中相对转角等，计算结果表明身体上肢甩打过程短暂，整个甩打过程在0．4～0．5s甚至更短的时间内，上肢各关节的转角及由此引起的关节力、力矩即可达到人体的耐受极限，仿真结果显示上肢运动的特征有明显的“鞭打运动”。通过CATIA二次开发方式，对飞机弹射救生过程人体动力学响应特征进行可视化仿真，使设计人员能够直观的获得各种弹射情况下人椅运动规律，提高设计效率？     

Multi Objective Robust Active Vibration Control for Flexure Jointed Struts of Stewart Platforms via H∞ and μ Synthesis

Active vibration control is needed for future space telescopes, space laser communication and other precision sensitive payloads which require ultra-quiet environments. A Stewart platform based hybrid isolator with 6 hybrid struts is the effective system for active/passive vibration isolation over 5-250 Hz band. Using an identification transfer matrix of the Stewart platform, the coupling analysis of six channels is provided. A dynamics model is derived, and the rigid mode is removed to keep the signal of pointing control. Multi objective robust H∞ and μ synthesis strategies, based on singular values and structured singular values respectively, are presented, which simultaneously satisfy the low frequency pointing and high frequency disturbance rejection requirements and take account of the model uncertainty, parametric uncertainty and sensor noise. Then, by performing robust stability test, it is shown that the two controllers are robust to the uncertainties, the robust stability margin of H, controller is less than that of μ controller, but the order of μ controller is higher than that of H, controller, so the balanced controller reduction is provided. Additionally, the μ controller is compared with a PI controller. The time domain simulation of the μ controller indicates that the two robust control strategies are effective for keeping the pointing command and isolating the harmonic and stochastic disturbances.