航天员低重力步行训练被动外骨骼机器人模拟.pdf

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1、第35卷第4期宇航学报Vo1．35No．42014年4月JournalofAstronauticsApril2014航天员低重力步行训练被动外骨骼机器人模拟乔兵，陈卓鹏(南京航空航天大学航天学院，南京210016)摘要：针对月球或火星登陆航天员在地面进行低重力步行模拟训练的需要，提出一种采用被动重力平衡技术的外骨骼机器人系统。该系统由一台跑步机和一套可穿戴的被动机械外骨骼组成，通过将人体各主要部件的重力按比例分布转嫁到外骨骼上来达到低重力模拟效果，因此其不但可以平衡任意比例(0％一100％)的人体重力，而且可以使受训者感受到各主要关节失去相同比例重力载荷的效果，从而达到逼真模拟低重力步行

2、。由于系统完全被动，无需施加主动关节控制力矩，同时也不用进行关节运动的离线或在线精确规划，从而避免了复杂的关节控制器及其稳定性设计和分析。动力学仿真结果表明，该外骨骼机器人系统能够逼真地模拟出不同重力条件下的步行效果。关键词：航天员训练；外骨骼机器人；被动重力平衡；低重力步行中图分类号：TP242．3文献标识码：A文章编号：1000—1328(2014)04-0474-07DOI：10．3873／j．issn．1000—1328．2014．04．015APassiveExoskeletonRoboticSimulatorforReduced·GravityLocomotionTraini

3、ngofAstronautQIAOBing，CHENZhuo—peng(CollegeofAstronautics，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Anexoskeletonroboticsystembasedonthepassivegravitycompensationtechniqueisproposedtoassistthephysicalsimulationofreduced—gravitylocomotionfortheon—earthtrainingofast

4、ronautswalkingonthemoonorMars．Thisinnovativesimulationsystembasedontheexoskeletonroboticsandthepassivegravitycompensationtechniqueiscomposedofatreadmillandawearablepassiveexoskeletonmechanismforbalancinganyamount(fromO％to100％)ofthegravityofhumanbodyanditslimbsSOthatapersonwearingsuchapassiveexosk

5、eletonwillexperiencearealisticreducedgravityfeelingwhenhe／shemovesinthetreadmil1．Becausetheproposedexoskeletonrobotiscompletelypassive，noactivejointcontroltorquesarerequired，anditneednottoconsidertheproblemofjointcontrolsystemdesignanditsstabilityissue．Dynamicssimulationresultsdemonstratethatthep

6、roposedpassiveexoskeletonroboticsimulatoriscapableofsimulatingreducedgravitylocomotionforastronautindifferentlevelsofgravity．Keywords：Astronauttraining；Exoskeletonrobot；Passivegravitybalancing；Reduced—gravitylocomotion运动感受和作业方式与在地表重力环境下有很大的0引言区别¨-3j，为了确保能够完成出舱活动任务，载人航在月球或火星载人探i贝0任务中需要航天员走出天任务发射前必

7、须在地面对航天员进行大量的模拟舱门步行到目标地点进行取样、挖掘、观察和建构等训练和评估，确保其熟练掌握失重状态下的运动和作业，这些任务的完成需要航天员在空间失重或低作业规律与技巧¨J，因此航天员地面失重模拟训重力环境下进行。由于人在失重或低重力状态下的练系统是一个国家开展载人航天工程不可或缺的重收稿日期：2013-07-01；修回日期：2013—11-28第4期乔兵等：航天员低重力步行训练被动外骨骼机器人模拟475要基础设施。划后来