一種用於低重力漫步的模擬系統的製作方法
2023-08-05 00:58:16 2
專利名稱：一種用於低重力漫步的模擬系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及低重力漫步模擬領域，特別涉及一種用於低重力漫步的模擬系統。
背景技術：
目前，外星球探索研究中，需要人在外星球行走作業，由於外星球的重力與地 球重力不一致，如月球重力為地球重力的1/6，因此在外星球行走的人員需要首先在地球 的地面上進行低重力漫步模擬，以適應低重力情況下作業環境。現在開展的低重力漫步模擬有兩種方法，其一，營造低重力環境，真實感很 強，但成本昂貴；其二，在漫步模擬過程中施加與重力相反的力，具有成本低的優點。 但現在使用的後一種方法存在如下問題1)裝置施加給實驗人員的力不能根據實驗人員的體重和裝備重量自動調節；2)裝置施加給實驗人員的力在實驗人員漫步行走過程中發生變化，影響模擬真 實度；3)裝置不能自動適應實驗人員的身高，影響模擬真實度。
發明內容
本發明的目的旨在至少解決上述技術缺陷之一，特別提出了一種用於低重力漫 步的模擬系統，該系統除解決現有模擬方法中的問題外，還能夠自動適應實驗人員的身 高和體重，能夠在實驗過程中精確保持恆力輸出，對於改善低重力漫步模擬的真實度具 有重要的意義。為實現上述目的，本發明實施例提出了一種用於低重力漫步的模擬系統，包括 橫梁；固定於所述橫梁之上的導軌；安裝於所述導軌上的滑塊，所述滑塊沿導軌方向運 動；固定於所述滑塊上的定滑輪以及穿過所述定滑輪的第一繩索；所述第一繩索通過繩 索固定器進行固定，所述第一繩索與加載裝置的一端相連接；與所述加載裝置另一端相 連的測力裝置，所述加載裝置可上下運動；分別與所述加載裝置和測力裝置連接的控制 裝置，用於記錄所述加載裝置的位置和所述測力裝置的力信號，並根據所述加載裝置的 位置和所述測力裝置的力信號確定實驗人員及裝備的質量，以及根據所需要的重力加速 度大小以及確定的所述實驗人員及裝備的質量控制所述加載裝置保持恆力輸出；與所述 測力裝置連接的第二繩索；和與所述第二繩索的另一端相連接的支撐帶。在本發明的一個實施例中，所述第一繩索用於調整所述橫梁距地面的距離，調 整後通過所述繩索固定器保持其長度。在本發明的一個實施例中，所述加載裝置通過液壓缸驅動以輸出實時恆力。在本發明的一個實施例中，所述加載裝置通過電動機驅動絲槓帶動螺母以輸出 實時恆力。在本發明的一個實施例中，所述加載裝置通過直線電機驅動以輸出實時恆力。通過本發明的低重力漫步模擬系統，通過自動測量實驗人員及其裝備的質量，能夠自動適應實驗人員的身高、體重，並能在地面漫步模擬的過程中實時提供精確重力 補償，從而可以大大提高模擬真實度。因此，本發明的低重力漫步模擬系統具有操作安 全、結構簡單、成本低廉的優點。本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中 變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
本發明上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1為本發明實施例的用於低重力漫步模擬系統的結構示意圖，其中，1-橫梁；2-導軌； 3-滑塊；4-定滑輪；5-第一繩索；6-繩索固定器；7-加載裝置；8-測力裝置；9-第二繩索；10-實驗人員及裝備； 11-支撐帶；12-地面；13-控制裝置。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至 終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。本發明主要在於，針對現有的低重力漫步模擬實驗中存在的問題，提出了一種 用於低重力漫步的模擬系統，該系統可以自動適應待實驗人員的身高，根據實驗人員的 體重和裝備重量自動調節，並且能夠在地面漫步模擬的過程中實時提供精確重力補償， 從而可以大大提高模擬真實度。圖1為上述低重力漫步模擬系統的結構示意圖。如圖1所示，該模擬系統包括橫 梁1、固定於橫梁1上導軌2以及安裝於導軌2上，能夠沿導軌2的方向滑動的滑塊3。 在所述滑塊3上通過繩索進一步固定有定滑輪4，第一繩索5穿過定滑輪4。上述第一繩 索5的穿過定滑輪4後垂下的繩索兩端通過繩索固定器6固定，合為一束繩索進一步連接 到加載裝置7的一端。其中，通過調整第一繩索5的長度以適應橫梁1距地面距離。調整後第一繩索 5通過繩索固定器6進行固定以保持其長度。加載裝置7的一端與通過繩索固定器6固定後的第一繩索5連接，另一端連接到 測力裝置8，該測力裝置8用於測量進行漫步模擬實驗的人員及設備的重力。此外，本發 明實施例的漫步模擬系統進一步包括控制裝置13，該控制裝置13能夠記錄加載裝置7的 位置和測力裝置測量得到的力信號。測力裝置8通過第二繩索9與支撐帶11相連，支撐帶11進一步連接到進行漫步 模擬實驗的人員10。以下結合具體的實施例詳細說明採用本發明實施例的低重力漫步模擬系統進行 實驗的過程。首先，將支撐帶11綁定在實驗人員10身上，實驗人員10在地面12上行走開始
4模擬實驗。隨著實驗人員10在地面12上模擬低重力漫步，帶動滑塊3及定滑輪4等在導 軌2上運動。測力裝置8實時測量實驗過程中的實驗人員10及裝備的重力，並將力信號 實時發送給控制裝置13。控制裝置13記錄接收上述力信號，當力信號不再增加時，測得 的力即為實驗人員及裝備的重力。在實驗過程中，控制裝置13根據加載裝置7的位置和 上述測力裝置8的力信號確定實驗人員及裝備的質量。控制裝置13進一步根據上述已確 定的實驗人員及裝備的質量和所需要的重力加速度大小控制加載裝置7保持恆力輸出。其中，加載裝置7具有一定的運動範圍，可以上下運動。在實驗開始時，加載 裝置7向上運動。根據來自控制裝置13的力信號，加載裝置7保持恆力輸出的同時，可 以自動適應實驗人員身高和體重。其中，加載裝置7可以通過以下三種方式驅動輸出恆力。(1)採用液壓缸驅動加載裝置7，由控制裝置13控制恆力輸出。(2)採用電動機驅動絲槓帶動螺母進一步驅動加載裝置7，由控制裝置13控制恆 力輸出。(3)採用直線電機驅動加載裝置7，由控制裝置13控制恆力輸出。加載裝置7通過上述方式向實驗人員10提供精確重力補償，保持實時力跟蹤控 制，大大提高了實驗模擬真實度。並且由於加載裝置7具有一定的運動範圍，可以自動 適應實驗人員身高和體重。利用本發明的低重力漫步模擬系統，通過自動測量實驗人員及其裝備的質量， 能夠自動適應實驗人員的身高、體重，並能在地面漫步模擬的過程中實時提供精確重力 補償，在實驗過程中保持實時力跟蹤控制，從而可以大大提高模擬真實度。同時可以降 低實驗成本、降低實驗風險。因此，本發明的低重力漫步模擬系統具有操作安全、結構 簡單、成本低廉的優點。儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可 以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、 替換和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同限定。
權利要求
1.一種用於低重力漫步的模擬系統，其特徵在於，該裝置包括 橫梁；固定於所述橫梁之上的導軌；安裝於所述導軌上的滑塊，所述滑塊沿導軌方向運動； 固定於所述滑塊上的定滑輪以及穿過所述定滑輪的第一繩索； 所述第一繩索通過繩索固定器進行固定，所述第一繩索與加載裝置的一端相連接； 與所述加載裝置另一端相連的測力裝置，所述加載裝置可上下運動； 分別與所述加載裝置和測力裝置連接的控制裝置，用於記錄所述加載裝置的位置和 所述測力裝置的力信號，並根據所述加載裝置的位置和所述測力裝置的力信號確定實驗 人員及裝備的質量，以及根據所需要的重力加速度大小以及確定的所述實驗人員及裝備 的質量控制所述加載裝置保持恆力輸出； 與所述測力裝置連接的第二繩索；和 與所述第二繩索的另一端相連接的支撐帶。
2.如權利要求1所述的模擬系統，其特徵在於，所述第一繩索用於調整所述橫梁距地面的距離，調整後通過所述繩索固定器保持其 長度。
3.如權利要求1所述的模擬系統，其特徵在於，所述加載裝置通過液壓缸驅動以輸出 實時恆力。
4.如權利要求1所述的模擬系統，其特徵在於，所述加載裝置通過電動機驅動絲槓帶 動螺母以輸出實時恆力。
5.如權利要求1所述的模擬系統，其特徵在於，所述加載裝置通過直線電機驅動以輸 出實時恆力。
全文摘要
本發明提出一種用於低重力漫步的模擬系統，包括橫梁，固定於橫梁之上的導軌，安裝於導軌上的滑塊，固定於滑塊上的定滑輪以及穿過定滑輪的第一繩索。第一繩索通過繩索固定器進行固定與加載裝置的一端相連接，與加載裝置另一端相連的測力裝置，分別與加載裝置和測力裝置連接的控制裝置，與測力裝置連接的第二繩索和與第二繩索的另一端相連接的支撐帶。通過本發明的低重力漫步模擬系統，通過自動測量實驗人員及其裝備的質量，能夠自動適應實驗人員的身高、體重，並能在地面漫步模擬的過程中實時提供精確重力補償，從而可以大大提高模擬真實度。
文檔編號B64G7/00GK102009749SQ20101024331
公開日2011年4月13日 申請日期2010年8月2日 優先權日2010年8月2日
發明者關立文 申請人:清華大學