航天服是人類探索太空保證航天員安全的重要裝備。隨著我們深空探測技術(shù)的不斷發(fā)展,航天服在未來空間站建設(shè)、登陸月球和登陸火星等空間任務(wù)中不可或缺。航天服關(guān)節(jié)的力學特性對航天員著服艙外作業(yè)的可達域和活動性有重要影響。為提高航天服的操控性能,本文在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合航天服力學特性與人體運動學特點,從人體工效學的角度對人服耦合系統(tǒng)進行綜合分析,建立合適的上肢人服耦合模型,并實現(xiàn)人-服耦合系統(tǒng)在典型任務(wù)條件下的關(guān)鍵運動和力學信息的提取,為航天服工效評價積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。論文的主要研究內(nèi)容如下:1.航天服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)阻尼力矩分析與測試�；诤教旆现牡湫完P(guān)節(jié)結(jié)構(gòu),采用簡化方法建立了航天服上肢參數(shù)化模型,并用Abaqus有限元分析工具,建立了航天服上肢關(guān)節(jié)的人服耦合有限元模型;針對人體上肢的基本動作進行了顯式動力學仿真,獲得了人服系統(tǒng)活動時人體受到的航天服阻尼力矩;用單關(guān)節(jié)阻尼力矩測量儀,測得了在無人狀態(tài)下肘關(guān)節(jié)的阻尼力矩,并與仿真結(jié)果進行了對比分析。2.骨肌生物力學建模�；诮馄蕦W理論,對組成人體上肢的各骨骼、關(guān)節(jié)和肌肉進行了結(jié)構(gòu)描述和運動特征分析;并根據(jù)骨肌生物力學建模原理,用開源軟件Open Si... 

【文章來源】：湘潭大學湖南省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

我國神舟七號航天員成功出艙

湘潭大學碩士研究生學位論文2到限制。因此，描述人服耦合關(guān)系，評價出艙活動時航天服對人的影響，是航天服結(jié)構(gòu)改進優(yōu)化的理論支持。航天員在出艙作業(yè)過程中，主要為四肢運動，而上肢各關(guān)節(jié)的活動更為頻繁，且活動范圍較大，因此本課題主要研究上肢人服耦合特性。本文將結(jié)合航天服關(guān)節(jié)力學特性與人體關(guān)節(jié)運動及力學特性，對著服工況下的人體上肢運動特性進行研究，建立典型活動關(guān)節(jié)的人服耦合系統(tǒng)運動學及動力學模型，并開展人服實驗探究，為航天服的評價、改進以及出艙任務(wù)規(guī)劃、訓練提供依據(jù)。1.2國內(nèi)外研究動態(tài)航天事業(yè)的發(fā)展是一個國家綜合國力的重要體現(xiàn)。在航天服這一領(lǐng)域，國內(nèi)外學者和航天科技人員開展了相關(guān)研究。最早的航天服可追溯到20世紀60年代，俄羅斯與美國是較早研發(fā)航天服的國家，其產(chǎn)品并不斷地更新?lián)Q代。我國在1968年成立了北京航天醫(yī)學工程研究所，后發(fā)展為現(xiàn)在的中國航天員科研訓練中心，主要針對航天員及航天服系統(tǒng)進行科學研究，圖1.2為我國自主研制的“飛天”航天服。目前世界上已有較多國家擁有基本的航天服技術(shù)，但面向未來更艱巨的任務(wù)，航天服將向著更先進的方向發(fā)展[7]，圖1.3為NASA未來航天服Z-2的外觀效果。圖1.2我國“飛天”系列航天服圖1.3未來先進航天服Z-21.2.1航天服關(guān)節(jié)活動性為滿足航天員在著服狀態(tài)下的工作需求，航天服上下肢一般采用軟式結(jié)構(gòu)，來保證航天員四肢的活動性。航天服的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)很大程度地決定了其活動性，為了提高人服系統(tǒng)的活動性，航天服關(guān)節(jié)處一般采用特殊形式的軟關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，圖1.4為波紋式關(guān)節(jié)與平褶式關(guān)節(jié)的原理圖[8]。

湘潭大學碩士研究生學位論文2到限制。因此，描述人服耦合關(guān)系，評價出艙活動時航天服對人的影響，是航天服結(jié)構(gòu)改進優(yōu)化的理論支持。航天員在出艙作業(yè)過程中，主要為四肢運動，而上肢各關(guān)節(jié)的活動更為頻繁，且活動范圍較大，因此本課題主要研究上肢人服耦合特性。本文將結(jié)合航天服關(guān)節(jié)力學特性與人體關(guān)節(jié)運動及力學特性，對著服工況下的人體上肢運動特性進行研究，建立典型活動關(guān)節(jié)的人服耦合系統(tǒng)運動學及動力學模型，并開展人服實驗探究，為航天服的評價、改進以及出艙任務(wù)規(guī)劃、訓練提供依據(jù)。1.2國內(nèi)外研究動態(tài)航天事業(yè)的發(fā)展是一個國家綜合國力的重要體現(xiàn)。在航天服這一領(lǐng)域，國內(nèi)外學者和航天科技人員開展了相關(guān)研究。最早的航天服可追溯到20世紀60年代，俄羅斯與美國是較早研發(fā)航天服的國家，其產(chǎn)品并不斷地更新?lián)Q代。我國在1968年成立了北京航天醫(yī)學工程研究所，后發(fā)展為現(xiàn)在的中國航天員科研訓練中心，主要針對航天員及航天服系統(tǒng)進行科學研究，圖1.2為我國自主研制的“飛天”航天服。目前世界上已有較多國家擁有基本的航天服技術(shù)，但面向未來更艱巨的任務(wù)，航天服將向著更先進的方向發(fā)展[7]，圖1.3為NASA未來航天服Z-2的外觀效果。圖1.2我國“飛天”系列航天服圖1.3未來先進航天服Z-21.2.1航天服關(guān)節(jié)活動性為滿足航天員在著服狀態(tài)下的工作需求，航天服上下肢一般采用軟式結(jié)構(gòu)，來保證航天員四肢的活動性。航天服的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)很大程度地決定了其活動性，為了提高人服系統(tǒng)的活動性，航天服關(guān)節(jié)處一般采用特殊形式的軟關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，圖1.4為波紋式關(guān)節(jié)與平褶式關(guān)節(jié)的原理圖[8]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]2019年國外載人航天發(fā)展綜述[J]. 廖小剛,王巖松.  載人航天. 2020(01)
[2]波紋式航天服關(guān)節(jié)阻力矩特性研究[J]. 王魯豫,周仕明,尚坤,李道奎.  載人航天. 2019(06)
[3]登月助力航天服下肢關(guān)節(jié)遲滯模型建立與動力學仿真[J]. 李照陽,戴躍洪,唐鵬,石三川,黃波.  載人航天. 2019(04)
[4]基于步態(tài)行走的航天服關(guān)節(jié)技術(shù)研究進展[J]. 劉東岳,楊洪瑞,羅詩瑤,冉倩,尚坤,馬加爐.  航天醫(yī)學與醫(yī)學工程. 2019(04)
[5]國內(nèi)外典型航天特因環(huán)境選拔訓練設(shè)備及其應(yīng)用[J]. 馬愛軍,閆利,徐水紅,趙維,張磊,逯忠國,鄧金輝,畢建智.  航天器環(huán)境工程. 2019(02)
[6]航天服壓力防護技術(shù)發(fā)展與構(gòu)想[J]. 張萬欣,李潭秋,尚坤,李猛.  航天醫(yī)學與醫(yī)學工程. 2018(02)
[7]面向星表探測的航天服關(guān)節(jié)系統(tǒng)概念設(shè)計[J]. 王振偉,胥任杰,劉雙印,徐利梅,謝曉梅,范守文.  載人航天. 2018(01)
[8]航天服等張力體關(guān)節(jié)有限元動力學分析模型的建立與驗證[J]. 劉奇林,劉向陽,李猛.  機械科學與技術(shù). 2016(11)
[9]人服系統(tǒng)上肢交互生物力學仿真模型[J]. 王曉東,王春慧,王政,李昊,李凡.  醫(yī)用生物力學. 2015(06)
[10]面向出艙活動的典型功能操作肌肉激活預(yù)測[J]. 王曉東,王政,李昊,李凡,劉志臻,王春慧.  載人航天. 2015(05)

博士論文
[1]基于骨肌生物力學的駕駛員疲勞機理與舒適性評價研究[D]. 高菲.吉林大學 2017
[2]人體關(guān)節(jié)生物力學實驗及仿真研究[D]. 韓樹洋.中國礦業(yè)大學 2014
[3]根據(jù)肌電圖（EMG）信號評估人手臂肌肉力和肌肉疲勞的人工智能方法[D]. 烏薩馬（Usama Jasim Naeem）.華中科技大學 2013

碩士論文
[1]基于多傳感融合的人體運動辨識與控制研究[D]. 劉勇.吉林大學 2019
[2]基于肌電信號實現(xiàn)人體上肢運動和力連續(xù)估計的方法研究[D]. 張啟寧.華中科技大學 2019
[3]基于生物力學的乘用車踏板舒適性評價與優(yōu)化設(shè)計[D]. 苗偉.安徽農(nóng)業(yè)大學 2018
[4]基于步態(tài)行走的先進航天服關(guān)節(jié)性能仿真與實驗研究[D]. 牛希.電子科技大學 2018
[5]艙外航天服—航天員下肢系統(tǒng)動力學建模與仿真[D]. 林如海.電子科技大學 2018
[6]基于小波分析表面肌電信號的上肢肌肉力估計[D]. 張守先.沈陽工業(yè)大學 2017
[7]正常重力環(huán)境下人體下肢力學特性研究[D]. 任啟超.太原理工大學 2017
[8]人體上肢生物力學建模及肌肉力預(yù)測分析[D]. 李海龍.哈爾濱工程大學 2016
[9]基于肌電信號的肘關(guān)節(jié)生物力學建模[D]. 白杰.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[10]考慮人體骨肌信息的乘坐舒適性評價[D]. 郝值.吉林大學 2014



本文編號：3345249