[发明专利]一种用于舱外航天服助力的负压式柔性外骨骼系统

说明书

本发明公开了一种用于舱外航天服助力的负压式柔性外骨骼系统，属于机器人技术领域，包括、外骨骼气动控制系统、若干惯性传感器、若干负压式柔性驱动器和若干柔性弯曲传感器；其中外骨骼控制系统中气源为外骨骼系统提供气动能量，分水滤气器对压缩的空气进行清洁,保障气动执行元件的正常工作，减压阀和压力表对气源输出压力进行稳压控制，两位两通阀作为气源开关阀，三位三通阀、比例压力阀以及柔性驱动器组成外骨骼系统的左右肘、膝关节的四条气压控制回路。比例压力阀分别控制输入负压式柔性驱动器的流量和压力。用于舱外航天服助力的负压式柔性外骨骼系统设置于舱外航天服内实现内置柔性驱动。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种用于舱外航天服助力的负压式柔性外骨骼系统。

背景技术

近年来，外骨骼机器人技术不断发展与成熟，其增强拓展人类行动能力的目的使得外骨骼技术在医疗、军事、运输等多个领域具有重要应用前景。舱外航天服是保证航天员出舱安全的重要装备，但由于航天服真空防护所造成的余压(航天服内外压差约为40kPa)作用，当航天员活动时，航天服不可避免地产生相当大的关节阻力。因此，将外骨骼机器人技术与舱外航天服结合，对穿戴舱外航天服作业的航天员进行关节活动助力具有极高的实际应用意义和学术研究价值。

目前，国内对外舱外航天服助力外骨骼的研究主要基于传统刚性外骨骼的基础，在航天服外外部设计与航天服自由度相适应的刚性并联机构，通过在关节处的驱动电机进行航天服关节助力。但由于刚性外骨骼结构往往具有较大的质量和惯性，致使穿戴者在运动过程中的状态受到影响。并且由于刚性外骨骼关节存在与航天服实际关节自由度不匹配、以及关节活动中心不对齐等问题，使得在运动过程中外骨骼对航天服产生一定的机械反力，限制了航天服的运动能力。另外，由于刚性外骨骼安装在舱外航天服外，在航天员进行舱外作业时外骨骼系统将直接暴漏在太空的恶劣环境中，对外骨骼系统的安全性与可维护性造成重大挑战。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于舱外航天服助力的负压式柔性外骨骼系统。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种用于舱外航天服助力的负压式柔性外骨骼系统，包括外骨骼气动控制系统、若干惯性传感器、若干负压式柔性驱动器和若干柔性弯曲传感器；

所述若干惯性传感器，分别安装在人体左、右大小臂以及左、右大小腿处，用以检测人体关节肘、膝关节运动信号；

所述若干负压式柔性驱动器分别固定在航天服内肘、膝两关节处；

所述若干柔性弯曲传感器分别固定在若干负压式柔性传感器的底部，用于实时监测柔性传感器弯曲状态信号；

所述外骨骼气动控制系统，集成安装在舱外航天服背包中，其中外骨骼控制系统的控制器分别与若干惯性传感器和若干柔性弯曲传感器相连。

优选地，外骨骼气动控制系统包括：控制器、气源、分水滤气器、减压阀、压力表、两位两通阀、若干三位三通阀和若干比例压力阀；气源、分水滤气器、减压阀、压力表和两位两通阀依次连接，组成稳定的气压输出源；第一三位三通阀连接第一比例压力阀形成第一支路，第二三位三通阀连接第二比例压力阀形成第二支路，第三三位三通阀连接第三比例压力阀形成第三支路，第四三位三通阀连接第四比例压力阀形成第四支路，两位两通阀分别连接四条支路。

优选地，所述负压式柔性驱动器上有锁紧卡箍、端盖和气动快插接头，端盖通过锁紧卡箍与负压式柔性驱动器连接，气动快插接头设置在端盖上。

优选地，负压式柔性驱动器左侧有一个通气孔洞，通过孔洞端盖可以嵌入到负压式柔性驱动器内部，并通过锁紧卡箍将两者密封锁紧连接。