一種艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種航天服的檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為航天員在艙外活動(dòng)中的最重要生命保護(hù)裝備，艙外航天服在其使用過(guò)程中，其失效的基本表現(xiàn)形式是“手臂的活動(dòng)使上肢彎曲，多次彎曲致使材料疲勞，材料疲勞達(dá)到一定程度時(shí)最終造成漏氣”。所以對(duì)于航天服的研制，預(yù)先知道航天服上肢的彎曲相關(guān)部件的壽命是尤為重要的。
[0003]目前的研宄在普遍采用的較為可靠的辦法是通過(guò)試驗(yàn)的方法獲取能表征其壽命的數(shù)據(jù)。由于航天服上肢的活動(dòng)壽命都在數(shù)十萬(wàn)次的級(jí)別，所以用人工試驗(yàn)的方法獲取航天服壽命數(shù)據(jù)顯然是不可取的。目前對(duì)于獲取數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)裝置的研宄包括:
[0004]論文“航天服柔性單關(guān)節(jié)測(cè)試系統(tǒng)的研宄，機(jī)械制造，2008 (3)”設(shè)計(jì)了航天服柔性單關(guān)節(jié)測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)采用外置式直接測(cè)量方法，具有兩個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，兩個(gè)移動(dòng)自由度由導(dǎo)軌-滑塊機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)自由度處安裝有光電碼盤(pán)測(cè)量關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，末端安裝有力矩傳感器測(cè)量關(guān)節(jié)阻尼力矩。該裝置采用導(dǎo)軌-滑塊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)航天服上肢單關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)，用于柔性關(guān)節(jié)阻尼力矩的檢測(cè)。這種裝置也能驅(qū)動(dòng)航天服的一個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，但是速度緩慢，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其本身的壽命低于航天服的運(yùn)動(dòng)壽命，顯然不能用于航天服運(yùn)動(dòng)壽命的檢測(cè)試驗(yàn)；
[0005]發(fā)明專利CN102303315B公開(kāi)了一種氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)二自由度柔性機(jī)械臂裝置和控制方法，其中裝置包括柔性機(jī)械臂本體、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分和控制部分。柔性機(jī)械臂本體一端為自由端，另一端為固定端，固定端通過(guò)擺動(dòng)法蘭盤(pán)機(jī)械連接裝置安裝在擺動(dòng)氣缸的擺動(dòng)法蘭盤(pán)上。擺動(dòng)氣缸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度由光電編碼器檢測(cè)，無(wú)桿移動(dòng)氣缸的位移由線性光柵尺檢測(cè)。在柔性機(jī)械臂固定端粘貼有多片壓電陶瓷片分別作為壓電片傳感器和壓電驅(qū)動(dòng)器，自由端安裝一只加速度傳感器。壓電傳感器或加速度傳感器可檢測(cè)柔性機(jī)械臂的振動(dòng)。該裝置涉及直線運(yùn)動(dòng)與平面移動(dòng)，不能直接應(yīng)用于艙外航天服上肢運(yùn)動(dòng)壽命測(cè)試。
[0006]航天服上肢包括肩關(guān)節(jié)與肘關(guān)節(jié)兩個(gè)重要部位，都是由高抗拉強(qiáng)度，但不可彎曲和壓縮的材料制作，通過(guò)多片材料構(gòu)成平褶式、波紋式或者橘瓣式結(jié)構(gòu)使其可以彎曲。在進(jìn)行艙外航天服上肢運(yùn)動(dòng)壽命測(cè)試時(shí)，用外力驅(qū)動(dòng)彎曲關(guān)節(jié)，模擬人的上肢運(yùn)動(dòng)，但是由于服裝上肢內(nèi)部沒(méi)有手臂，肩關(guān)節(jié)及肘關(guān)節(jié)被彎曲或伸展時(shí)，其運(yùn)動(dòng)的中心會(huì)發(fā)生隨機(jī)變化，與人穿戴航天服時(shí)手臂帶動(dòng)航天服上肢運(yùn)動(dòng)時(shí)情形不一致，造成試驗(yàn)結(jié)果不可靠。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置，旨在使得對(duì)艙外航天服上肢運(yùn)動(dòng)的壽命試驗(yàn)過(guò)程中，其力矩傳遞更加接近實(shí)際使用狀態(tài)。
[0008]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案具體為:
[0009]一種艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置，包括機(jī)架和設(shè)于所述機(jī)架底板的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和固定機(jī)構(gòu)；其中:
[0010]所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括肩部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和肘部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述固定機(jī)構(gòu)設(shè)于機(jī)架底板的中心，所述肩部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和所述肘部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別置于所述固定機(jī)構(gòu)的兩側(cè)；
[0011]艙外航天服上肢安裝于所述固定機(jī)構(gòu)，所述艙外航天服上肢內(nèi)置有關(guān)節(jié)臂。
[0012]在上述艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置中，所述關(guān)節(jié)臂包括依次相連的肩部固定臂、上臂軸套、上臂軸和小臂，兩端的肩部固定臂和小臂分別通過(guò)肩部驅(qū)動(dòng)軸和腕部驅(qū)動(dòng)軸插入所述肩部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和所述肘部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的直線軸承內(nèi)。
[0013]在上述艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置中，所述肩部固定臂通過(guò)第一連接單元與肩部驅(qū)動(dòng)軸相連接，所述第一連接單元包括肩部驅(qū)動(dòng)盤(pán)和肩部法蘭，所述肩部驅(qū)動(dòng)軸焊接于所述肩部驅(qū)動(dòng)盤(pán)的第一側(cè)的圓心處，所述肩部驅(qū)動(dòng)盤(pán)沿圓周方向分布有若干通孔，所述肩部法蘭的第一側(cè)分布有位置和尺寸均與所述通孔相對(duì)應(yīng)的螺紋孔，螺釘一穿過(guò)與其匹配的通孔、螺紋孔結(jié)構(gòu)，將所述肩部驅(qū)動(dòng)盤(pán)和所述肩部法蘭相連接。
[0014]在上述艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置中，所述肩部法蘭的第二側(cè)中心設(shè)有凹槽，在凹槽內(nèi)沿圓周方向分布有用于與肩部固定臂相連接階梯狀沉孔。
[0015]在上述艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置中，所述肩部固定臂為階梯狀圓柱一，所述階梯狀圓柱一的大端圓柱的端面上沿圓周方向分布于若干個(gè)螺紋孔m，螺紋孔m的位置和尺寸均與所述肩部法蘭階梯狀沉孔相對(duì)應(yīng)，沉頭內(nèi)六角螺釘一穿過(guò)與其匹配的螺紋孔m、階梯狀沉孔結(jié)構(gòu)，將所述肩部法蘭與所述肩部固定臂相連接，所述階梯狀圓柱一的小端端頭設(shè)有用于和上臂軸套相連接的徑向通孔a。
[0016]在上述艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置中，所述上臂軸套為一端為叉狀結(jié)構(gòu)的圓筒，所述叉狀結(jié)構(gòu)的兩個(gè)支叉之間的尺寸與所述肩部固定臂的小端圓柱的底面直徑相匹配，所述兩個(gè)支叉沿圓筒徑向分別設(shè)有通孔b，所述通孔b與所述徑向通孔a的位置、尺寸均相對(duì)應(yīng)，銷(xiāo)軸一插入與其匹配的徑向通孔b、通孔a中，將所述上臂軸套和所述肩部固定臂相連接，所述銷(xiāo)軸一通過(guò)開(kāi)口銷(xiāo)二固定，所述圓筒端設(shè)有用于和所述上臂軸實(shí)現(xiàn)相連接的徑向通孔C。
[0017]在上述艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置中，所述上臂軸為一端帶開(kāi)口叉的階梯狀圓柱二，所述階梯狀圓柱二的小端圓柱段的直徑與所述上臂軸套的圓筒內(nèi)徑相匹配，所述小端圓柱段沿軸向開(kāi)有長(zhǎng)條通孔d，所述小端圓柱段以間隙配合的方式插入上臂軸套的圓筒內(nèi)，固定銷(xiāo)沿徑向插于上臂軸套的徑向通孔c以及上臂軸的長(zhǎng)條通孔d中，使上臂軸的小圓柱段在上臂軸套的圓筒中伸縮，階梯狀圓柱二的大端為開(kāi)口叉結(jié)構(gòu)，開(kāi)口叉結(jié)構(gòu)的兩個(gè)開(kāi)口端分別設(shè)有用于和所述小臂實(shí)現(xiàn)連接的通孔e。
[0018]在上述艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置中，所述小臂為階梯狀圓柱三，所述階梯狀圓柱三的小端圓柱的末端沿軸向銑有一個(gè)具有一定長(zhǎng)度的平面，該平面上設(shè)有徑向通孔f，所述徑向通孔f的位置、尺寸均與所述上臂軸上的通孔e相對(duì)應(yīng)，將所述階梯狀圓柱三的小端圓柱的小端圓柱以間隙配合的方式插入所述上臂軸的開(kāi)口叉內(nèi)，將銷(xiāo)軸二插入與其匹配的通孔e、徑向通孔f，將所述小臂與所述上臂軸相連接，所述銷(xiāo)軸二通過(guò)開(kāi)口銷(xiāo)一固定。
[0019]在上述艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置中，所述階梯狀圓柱三的大端圓柱通過(guò)第二連接單元與腕部驅(qū)動(dòng)軸相連接；具體地:
[0020]所述第二連接單元包括腕部驅(qū)動(dòng)盤(pán)和腕部法蘭，所述腕部驅(qū)動(dòng)軸焊接于所述腕部驅(qū)動(dòng)盤(pán)的第一側(cè)的圓心處，所述腕部驅(qū)動(dòng)盤(pán)沿圓周方向分布有若干通孔，所述腕部法蘭的第二側(cè)分布有位置和尺寸均與通孔相對(duì)應(yīng)的螺紋孔，螺釘二穿過(guò)與其匹配的通孔、螺紋孔結(jié)構(gòu)，將所述腕部驅(qū)動(dòng)盤(pán)和所述腕部法蘭相連接。
[0021]所述階梯狀圓柱三的大端圓柱的端面沿圓周方向分布有若干個(gè)螺紋孔n，所述螺紋孔η的位置和尺寸與所述腕部法蘭的階梯狀沉孔相對(duì)應(yīng)；
[0022]所述腕部法蘭的第一側(cè)設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)沿圓周設(shè)有階梯形沉孔，階梯形沉孔的位置和尺寸與大端圓柱上的螺紋孔η相對(duì)應(yīng)，將沉頭內(nèi)六角螺釘二擰入與其匹配的螺紋孔η、階梯形沉孔，將所述腕部法蘭和所述小臂相連接。
[0023]本實(shí)用新型產(chǎn)生的有益效果是:
[0024]本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置通過(guò)引入一個(gè)置于航天服上肢內(nèi)部的關(guān)節(jié)臂，設(shè)計(jì)出包含的內(nèi)置臂的骨架機(jī)構(gòu)，通過(guò)將航天服上肢的肩部、腕部分別與肩部法蘭、腕部法蘭固定，當(dāng)從外力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)于航天服而言，力矩是通過(guò)其內(nèi)置的關(guān)節(jié)臂傳遞給航天服上肢，更符合航天服使用的特征從而使得使航天服的壽命試驗(yàn)結(jié)果更貼近實(shí)際。
【附圖說(shuō)明】
[0025]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，能夠更完整更好地理解本實(shí)用新型。此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。
[0026]圖1是本實(shí)用新型一種艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本實(shí)用新型一種艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置的關(guān)節(jié)臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本實(shí)用新型一種艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4-1是本實(shí)用新型一種艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置的肩部固定臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4-2是本實(shí)用新型一種艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置的上臂套的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5-1是本實(shí)用新型一種艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置的上臂軸的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5-2是本實(shí)用新型一種艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置的小臂結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖中:
[0034]100、機(jī)架200、肩部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)300、肘部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)400、關(guān)節(jié)臂500、固定機(jī)構(gòu)600、航天服上肢；
[0035]1、沉頭內(nèi)六角螺釘一 2、肩部驅(qū)動(dòng)軸3、肩部驅(qū)動(dòng)盤(pán)4、螺釘一 5、肩部法蘭6、肩部固定臂7、銷(xiāo)軸一 8、上臂軸套9、固定銷(xiāo)10、上臂軸11、銷(xiāo)軸二 12、小臂13、螺釘二14、腕部驅(qū)動(dòng)盤(pán)15、腕部驅(qū)動(dòng)軸16、腕部法蘭17、沉頭內(nèi)六角螺釘二 18、開(kāi)口銷(xiāo)一 19、開(kāi)口銷(xiāo)二 ；
[0036]徑向通孔:a、c、f;
[0037]通孔:b、e、；
[0038]長(zhǎng)條通孔:d ；
[0039]螺紋孔:m、n。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0041]如圖1所示的一種艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置，主要包括機(jī)架100、肩部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)200、肘部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)300、艙外航天服的固定機(jī)構(gòu)500、航天服上肢600以及置于其內(nèi)的關(guān)節(jié)臂400以及；其中:
[0042]機(jī)架100是由水平方向的底板和垂直方向的立板構(gòu)成的L型框架結(jié)構(gòu)，固定機(jī)構(gòu)500固定于底板的中部，肩部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)200和肘部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)300位于艙外航天服固定機(jī)構(gòu)500的兩側(cè)，也固定于底板，關(guān)節(jié)臂400兩端的肩部驅(qū)動(dòng)軸2和腕部驅(qū)動(dòng)軸15 (參照?qǐng)D2)分別插入肩部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)200和肘部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)300的直線軸承內(nèi)，即完成了一種艙外航天服上肢關(guān)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置的安裝。
[0043