航天服上肢关节人服耦合特性研究
发布时间：2021-08-16 00:53
航天服是人类探索太空保证航天员安全的重要装备。随着我们深空探测技术的不断发展,航天服在未来空间站建设、登陆月球和登陆火星等空间任务中不可或缺。航天服关节的力学特性对航天员着服舱外作业的可达域和活动性有重要影响。为提高航天服的操控性能,本文在现有技术的基础上,结合航天服力学特性与人体运动学特点,从人体工效学的角度对人服耦合系统进行综合分析,建立合适的上肢人服耦合模型,并实现人-服耦合系统在典型任务条件下的关键运动和力学信息的提取,为航天服工效评价积累基础数据。论文的主要研究内容如下:1.航天服关节结构阻尼力矩分析与测试。基于航天服上肢的典型关节结构,采用简化方法建立了航天服上肢参数化模型,并用Abaqus有限元分析工具,建立了航天服上肢关节的人服耦合有限元模型;针对人体上肢的基本动作进行了显式动力学仿真,获得了人服系统活动时人体受到的航天服阻尼力矩;用单关节阻尼力矩测量仪,测得了在无人状态下肘关节的阻尼力矩,并与仿真结果进行了对比分析。2.骨肌生物力学建模。基于解剖学理论,对组成人体上肢的各骨骼、关节和肌肉进行了结构描述和运动特征分析;并根据骨肌生物力学建模原理,用开源软件Open Si...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国神舟七号航天员成功出舱
湘潭大学硕士研究生学位论文2到限制。因此，描述人服耦合关系，评价出舱活动时航天服对人的影响，是航天服结构改进优化的理论支持。航天员在出舱作业过程中，主要为四肢运动，而上肢各关节的活动更为频繁，且活动范围较大，因此本课题主要研究上肢人服耦合特性。本文将结合航天服关节力学特性与人体关节运动及力学特性，对着服工况下的人体上肢运动特性进行研究，建立典型活动关节的人服耦合系统运动学及动力学模型，并开展人服实验探究，为航天服的评价、改进以及出舱任务规划、训练提供依据。1.2国内外研究动态航天事业的发展是一个国家综合国力的重要体现。在航天服这一领域，国内外学者和航天科技人员开展了相关研究。最早的航天服可追溯到20世纪60年代，俄罗斯与美国是较早研发航天服的国家，其产品并不断地更新换代。我国在1968年成立了北京航天医学工程研究所，后发展为现在的中国航天员科研训练中心，主要针对航天员及航天服系统进行科学研究，图1.2为我国自主研制的“飞天”航天服。目前世界上已有较多国家拥有基本的航天服技术，但面向未来更艰巨的任务，航天服将向着更先进的方向发展[7]，图1.3为NASA未来航天服Z-2的外观效果。图1.2我国“飞天”系列航天服图1.3未来先进航天服Z-21.2.1航天服关节活动性为满足航天员在着服状态下的工作需求，航天服上下肢一般采用软式结构，来保证航天员四肢的活动性。航天服的关节结构很大程度地决定了其活动性，为了提高人服系统的活动性，航天服关节处一般采用特殊形式的软关节结构，图1.4为波纹式关节与平褶式关节的原理图[8]。
湘潭大学硕士研究生学位论文2到限制。因此，描述人服耦合关系，评价出舱活动时航天服对人的影响，是航天服结构改进优化的理论支持。航天员在出舱作业过程中，主要为四肢运动，而上肢各关节的活动更为频繁，且活动范围较大，因此本课题主要研究上肢人服耦合特性。本文将结合航天服关节力学特性与人体关节运动及力学特性，对着服工况下的人体上肢运动特性进行研究，建立典型活动关节的人服耦合系统运动学及动力学模型，并开展人服实验探究，为航天服的评价、改进以及出舱任务规划、训练提供依据。1.2国内外研究动态航天事业的发展是一个国家综合国力的重要体现。在航天服这一领域，国内外学者和航天科技人员开展了相关研究。最早的航天服可追溯到20世纪60年代，俄罗斯与美国是较早研发航天服的国家，其产品并不断地更新换代。我国在1968年成立了北京航天医学工程研究所，后发展为现在的中国航天员科研训练中心，主要针对航天员及航天服系统进行科学研究，图1.2为我国自主研制的“飞天”航天服。目前世界上已有较多国家拥有基本的航天服技术，但面向未来更艰巨的任务，航天服将向着更先进的方向发展[7]，图1.3为NASA未来航天服Z-2的外观效果。图1.2我国“飞天”系列航天服图1.3未来先进航天服Z-21.2.1航天服关节活动性为满足航天员在着服状态下的工作需求，航天服上下肢一般采用软式结构，来保证航天员四肢的活动性。航天服的关节结构很大程度地决定了其活动性，为了提高人服系统的活动性，航天服关节处一般采用特殊形式的软关节结构，图1.4为波纹式关节与平褶式关节的原理图[8]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年国外载人航天发展综述[J]. 廖小刚,王岩松. 载人航天. 2020(01)
[2]波纹式航天服关节阻力矩特性研究[J]. 王鲁豫,周仕明,尚坤,李道奎. 载人航天. 2019(06)
[3]登月助力航天服下肢关节迟滞模型建立与动力学仿真[J]. 李照阳,戴跃洪,唐鹏,石三川,黄波. 载人航天. 2019(04)
[4]基于步态行走的航天服关节技术研究进展[J]. 刘东岳,杨洪瑞,罗诗瑶,冉倩,尚坤,马加炉. 航天医学与医学工程. 2019(04)
[5]国内外典型航天特因环境选拔训练设备及其应用[J]. 马爱军,闫利,徐水红,赵维,张磊,逯忠国,邓金辉,毕建智. 航天器环境工程. 2019(02)
[6]航天服压力防护技术发展与构想[J]. 张万欣,李潭秋,尚坤,李猛. 航天医学与医学工程. 2018(02)
[7]面向星表探测的航天服关节系统概念设计[J]. 王振伟,胥任杰,刘双印,徐利梅,谢晓梅,范守文. 载人航天. 2018(01)
[8]航天服等张力体关节有限元动力学分析模型的建立与验证[J]. 刘奇林,刘向阳,李猛. 机械科学与技术. 2016(11)
[9]人服系统上肢交互生物力学仿真模型[J]. 王晓东,王春慧,王政,李昊,李凡. 医用生物力学. 2015(06)
[10]面向出舱活动的典型功能操作肌肉激活预测[J]. 王晓东,王政,李昊,李凡,刘志臻,王春慧. 载人航天. 2015(05)
博士论文
[1]基于骨肌生物力学的驾驶员疲劳机理与舒适性评价研究[D]. 高菲.吉林大学 2017
[2]人体关节生物力学实验及仿真研究[D]. 韩树洋.中国矿业大学 2014
[3]根据肌电图（EMG）信号评估人手臂肌肉力和肌肉疲劳的人工智能方法[D]. 乌萨马（Usama Jasim Naeem）.华中科技大学 2013
硕士论文
[1]基于多传感融合的人体运动辨识与控制研究[D]. 刘勇.吉林大学 2019
[2]基于肌电信号实现人体上肢运动和力连续估计的方法研究[D]. 张启宁.华中科技大学 2019
[3]基于生物力学的乘用车踏板舒适性评价与优化设计[D]. 苗伟.安徽农业大学 2018
[4]基于步态行走的先进航天服关节性能仿真与实验研究[D]. 牛希.电子科技大学 2018
[5]舱外航天服—航天员下肢系统动力学建模与仿真[D]. 林如海.电子科技大学 2018
[6]基于小波分析表面肌电信号的上肢肌肉力估计[D]. 张守先.沈阳工业大学 2017
[7]正常重力环境下人体下肢力学特性研究[D]. 任启超.太原理工大学 2017
[8]人体上肢生物力学建模及肌肉力预测分析[D]. 李海龙.哈尔滨工程大学 2016
[9]基于肌电信号的肘关节生物力学建模[D]. 白杰.哈尔滨工业大学 2014
[10]考虑人体骨肌信息的乘坐舒适性评价[D]. 郝值.吉林大学 2014
本文编号：3345249
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国神舟七号航天员成功出舱
湘潭大学硕士研究生学位论文2到限制。因此，描述人服耦合关系，评价出舱活动时航天服对人的影响，是航天服结构改进优化的理论支持。航天员在出舱作业过程中，主要为四肢运动，而上肢各关节的活动更为频繁，且活动范围较大，因此本课题主要研究上肢人服耦合特性。本文将结合航天服关节力学特性与人体关节运动及力学特性，对着服工况下的人体上肢运动特性进行研究，建立典型活动关节的人服耦合系统运动学及动力学模型，并开展人服实验探究，为航天服的评价、改进以及出舱任务规划、训练提供依据。1.2国内外研究动态航天事业的发展是一个国家综合国力的重要体现。在航天服这一领域，国内外学者和航天科技人员开展了相关研究。最早的航天服可追溯到20世纪60年代，俄罗斯与美国是较早研发航天服的国家，其产品并不断地更新换代。我国在1968年成立了北京航天医学工程研究所，后发展为现在的中国航天员科研训练中心，主要针对航天员及航天服系统进行科学研究，图1.2为我国自主研制的“飞天”航天服。目前世界上已有较多国家拥有基本的航天服技术，但面向未来更艰巨的任务，航天服将向着更先进的方向发展[7]，图1.3为NASA未来航天服Z-2的外观效果。图1.2我国“飞天”系列航天服图1.3未来先进航天服Z-21.2.1航天服关节活动性为满足航天员在着服状态下的工作需求，航天服上下肢一般采用软式结构，来保证航天员四肢的活动性。航天服的关节结构很大程度地决定了其活动性，为了提高人服系统的活动性，航天服关节处一般采用特殊形式的软关节结构，图1.4为波纹式关节与平褶式关节的原理图[8]。
湘潭大学硕士研究生学位论文2到限制。因此，描述人服耦合关系，评价出舱活动时航天服对人的影响，是航天服结构改进优化的理论支持。航天员在出舱作业过程中，主要为四肢运动，而上肢各关节的活动更为频繁，且活动范围较大，因此本课题主要研究上肢人服耦合特性。本文将结合航天服关节力学特性与人体关节运动及力学特性，对着服工况下的人体上肢运动特性进行研究，建立典型活动关节的人服耦合系统运动学及动力学模型，并开展人服实验探究，为航天服的评价、改进以及出舱任务规划、训练提供依据。1.2国内外研究动态航天事业的发展是一个国家综合国力的重要体现。在航天服这一领域，国内外学者和航天科技人员开展了相关研究。最早的航天服可追溯到20世纪60年代，俄罗斯与美国是较早研发航天服的国家，其产品并不断地更新换代。我国在1968年成立了北京航天医学工程研究所，后发展为现在的中国航天员科研训练中心，主要针对航天员及航天服系统进行科学研究，图1.2为我国自主研制的“飞天”航天服。目前世界上已有较多国家拥有基本的航天服技术，但面向未来更艰巨的任务，航天服将向着更先进的方向发展[7]，图1.3为NASA未来航天服Z-2的外观效果。图1.2我国“飞天”系列航天服图1.3未来先进航天服Z-21.2.1航天服关节活动性为满足航天员在着服状态下的工作需求，航天服上下肢一般采用软式结构，来保证航天员四肢的活动性。航天服的关节结构很大程度地决定了其活动性，为了提高人服系统的活动性，航天服关节处一般采用特殊形式的软关节结构，图1.4为波纹式关节与平褶式关节的原理图[8]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年国外载人航天发展综述[J]. 廖小刚,王岩松. 载人航天. 2020(01)
[2]波纹式航天服关节阻力矩特性研究[J]. 王鲁豫,周仕明,尚坤,李道奎. 载人航天. 2019(06)
[3]登月助力航天服下肢关节迟滞模型建立与动力学仿真[J]. 李照阳,戴跃洪,唐鹏,石三川,黄波. 载人航天. 2019(04)
[4]基于步态行走的航天服关节技术研究进展[J]. 刘东岳,杨洪瑞,罗诗瑶,冉倩,尚坤,马加炉. 航天医学与医学工程. 2019(04)
[5]国内外典型航天特因环境选拔训练设备及其应用[J]. 马爱军,闫利,徐水红,赵维,张磊,逯忠国,邓金辉,毕建智. 航天器环境工程. 2019(02)
[6]航天服压力防护技术发展与构想[J]. 张万欣,李潭秋,尚坤,李猛. 航天医学与医学工程. 2018(02)
[7]面向星表探测的航天服关节系统概念设计[J]. 王振伟,胥任杰,刘双印,徐利梅,谢晓梅,范守文. 载人航天. 2018(01)
[8]航天服等张力体关节有限元动力学分析模型的建立与验证[J]. 刘奇林,刘向阳,李猛. 机械科学与技术. 2016(11)
[9]人服系统上肢交互生物力学仿真模型[J]. 王晓东,王春慧,王政,李昊,李凡. 医用生物力学. 2015(06)
[10]面向出舱活动的典型功能操作肌肉激活预测[J]. 王晓东,王政,李昊,李凡,刘志臻,王春慧. 载人航天. 2015(05)
博士论文
[1]基于骨肌生物力学的驾驶员疲劳机理与舒适性评价研究[D]. 高菲.吉林大学 2017
[2]人体关节生物力学实验及仿真研究[D]. 韩树洋.中国矿业大学 2014
[3]根据肌电图（EMG）信号评估人手臂肌肉力和肌肉疲劳的人工智能方法[D]. 乌萨马（Usama Jasim Naeem）.华中科技大学 2013
硕士论文
[1]基于多传感融合的人体运动辨识与控制研究[D]. 刘勇.吉林大学 2019
[2]基于肌电信号实现人体上肢运动和力连续估计的方法研究[D]. 张启宁.华中科技大学 2019
[3]基于生物力学的乘用车踏板舒适性评价与优化设计[D]. 苗伟.安徽农业大学 2018
[4]基于步态行走的先进航天服关节性能仿真与实验研究[D]. 牛希.电子科技大学 2018
[5]舱外航天服—航天员下肢系统动力学建模与仿真[D]. 林如海.电子科技大学 2018
[6]基于小波分析表面肌电信号的上肢肌肉力估计[D]. 张守先.沈阳工业大学 2017
[7]正常重力环境下人体下肢力学特性研究[D]. 任启超.太原理工大学 2017
[8]人体上肢生物力学建模及肌肉力预测分析[D]. 李海龙.哈尔滨工程大学 2016
[9]基于肌电信号的肘关节生物力学建模[D]. 白杰.哈尔滨工业大学 2014
[10]考虑人体骨肌信息的乘坐舒适性评价[D]. 郝值.吉林大学 2014
本文编号：3345249
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