本發(fā)明屬于航空航天技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航天服髖關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)：

航天服是航天員進(jìn)行星表與太空作業(yè)的重要生命支撐保障系統(tǒng)。與太空作業(yè)不同，星表作業(yè)要求航天服上下肢關(guān)節(jié)系統(tǒng)都具備較好的運動性和靈活性，以便完成星表行走、探測、維修、搬運等任務(wù)。在內(nèi)壓作用下，航天服多層織物剛性將明顯增強(qiáng)，材質(zhì)物理屬性和力學(xué)特性都將發(fā)生變化，導(dǎo)致航天服關(guān)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的運動阻力，增大星表作業(yè)難度。為了提高航天服關(guān)節(jié)活動性，通常采用關(guān)節(jié)織物褶皺、活動框架和旋轉(zhuǎn)軸承結(jié)構(gòu)等，如美國“水星”航天服、“雙子星”航天服、“markiii”、“z-1”、“z-2”，俄羅斯“海鷹”航天服，中國“飛天”航天服等。圍繞航天服髖關(guān)節(jié)系統(tǒng)，目前許多研究工作主要集中在關(guān)節(jié)設(shè)計、阻力/阻力矩分析、動態(tài)性能計算、實驗測試、織物材料屬性、人機(jī)交互性能等方面。隨著太空探測任務(wù)的不斷深入，對其它天體的星表探測存在較大的任務(wù)需求，例如月球、火星、土星等星表探測，這對航天服下肢關(guān)節(jié)系統(tǒng)研究提出了更高的要求。美國、俄羅斯、中國等國家都已開展了航天服上肢關(guān)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)工作，并完成了相關(guān)的理論研究和實驗驗證。相對而言，航天服下肢關(guān)節(jié)系統(tǒng)研制相對滯后。尤其，作為影響航天服下肢行走性能的主要部件，髖關(guān)節(jié)研究仍不是很理想，仍存在一些問題，例如活動性不足、運動阻力大等。

從技術(shù)角度來講，航天服髖關(guān)節(jié)通?？煞譃檐涥P(guān)節(jié)和硬關(guān)節(jié)兩大類。軟關(guān)節(jié)主要是通過航天服布料的柔性來傳遞相對運動，其涉及到布料的變形阻尼、織物結(jié)構(gòu)等影響因素。硬關(guān)節(jié)是硬質(zhì)材料構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)運動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)傳遞運動，其涉及到連接軸承、關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)等影響因素。目前，軟關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)多用于航天服上肢關(guān)節(jié)系統(tǒng)，多為肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等部位，其主要以提供靈活性為主，對關(guān)節(jié)承重要求不高。例如，美國r.s.colley設(shè)計了由軟式肘關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)構(gòu)成的航天服；美國c.p.krupp先后提出了軟式肘關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)設(shè)計方案和全軟式航天服概念設(shè)計方案。硬關(guān)節(jié)多應(yīng)用在髖關(guān)節(jié)、腰關(guān)節(jié)處，以及肩關(guān)節(jié)，主要作用是承擔(dān)重量，并提供必要的肢體活動靈活性，它通常采用3段式設(shè)計結(jié)構(gòu)。例如，美國hubertc.vykukal曾先后提出了不同結(jié)構(gòu)形式的硬式3段髖關(guān)節(jié)和腰關(guān)節(jié)，并完成了相關(guān)的實驗檢驗。通常，3段式關(guān)節(jié)具備充分完整的運動約束，可實現(xiàn)明確的運動，而且具有“等容性”、服內(nèi)壓力波動小等特點。因此，硬式關(guān)節(jié)的靈活性要好于軟式關(guān)節(jié)。但是，3段硬式關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)也存在諸多不足，例如，運動范圍有限使得肢體運動范圍相對較小、關(guān)節(jié)安裝角度調(diào)整不便、連接軸承的旋轉(zhuǎn)運動可能對航天員肢體造成損傷或擦傷等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，具有一個冗余旋轉(zhuǎn)自由度且能起到保護(hù)作用的航天服髖關(guān)節(jié)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種航天服髖關(guān)節(jié)，包括連接體，連接體兩邊分別與一個旋架列相連，每個旋架列包括依次轉(zhuǎn)動連接的多個旋架，每個旋架列中最上端的旋架與連接體轉(zhuǎn)動連接，每個旋架內(nèi)部安裝有用于固定布料的布料件。

優(yōu)選地，所述旋架包括上連接件和下連接件，上連接件與下連接件一端通過支撐桿相連，另一端通過連接鉸相連。

優(yōu)選地，所述支撐桿兩端分別設(shè)有上連接鉸和下連接鉸，上連接鉸與上連接件相連，下連接鉸與下連接件相連。

優(yōu)選地，所述上連接鉸和下連接鉸中間設(shè)有通孔，通孔內(nèi)設(shè)有卡槽，卡槽內(nèi)安裝有卡環(huán)，連接銷穿設(shè)于卡環(huán)。

優(yōu)選地，所述布料件包括結(jié)構(gòu)相同的上連接盤和下連接盤，上連接盤包括布料上壓盤和布料下壓盤，布料上壓盤和布料下壓盤相連且中間壓設(shè)有布料。

優(yōu)選地，所述下連接件與上連接件相對的面上均設(shè)有環(huán)形的凹槽，下連接盤安裝在下連接件的凹槽中，上連接盤安裝在上連接件的凹槽中。

優(yōu)選地，所述連接體為半球形殼體，殼體內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋在連接體內(nèi)井狀布置。

優(yōu)選地，所述連接體沿殼體直徑方向上設(shè)有連接孔，連接孔上設(shè)有圓柱形連接套，圓柱形連接套與旋架轉(zhuǎn)動連接。

優(yōu)選地，所述圓柱形連接套與旋架通過旋轉(zhuǎn)軸承連接，旋轉(zhuǎn)軸承的外圈與圓柱形連接套相連，圓柱形連接套的底部設(shè)有軸承定位臺階。

優(yōu)選地，所述旋架列中的旋架通過旋轉(zhuǎn)軸承依次連接，上一個旋架的下連接件與旋轉(zhuǎn)軸承的外圈相連，旋轉(zhuǎn)軸承的內(nèi)圈與下一個旋架的上連接件相連。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提供的航天服髖關(guān)節(jié)，采用可調(diào)整4段硬式全旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，具有一個冗余旋轉(zhuǎn)自由度，從而保證髖關(guān)節(jié)活動靈活性，運動阻力小，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。

附圖說明

圖1是本發(fā)明航天服髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明航天服髖關(guān)節(jié)連接體仰視結(jié)構(gòu)原理圖；

圖3是本發(fā)明航天服連接體側(cè)視圖；

圖4是本發(fā)明航天服側(cè)視結(jié)構(gòu)原理圖；

圖5是本發(fā)明航天服旋架結(jié)構(gòu)圖；

圖6是本發(fā)明航天服髖關(guān)節(jié)旋架原理圖；

圖7是本發(fā)明航天服髖關(guān)節(jié)布料件結(jié)構(gòu)圖；

圖8是本發(fā)明航天服髖關(guān)節(jié)布料件上連接盤剖視圖；

圖9是本發(fā)明航天服髖關(guān)節(jié)支撐桿結(jié)構(gòu)圖；

圖10是本發(fā)明航天服髖關(guān)節(jié)下連接鉸剖視圖；

附圖標(biāo)記說明：1、連接體；2、旋架；3、布料件；101、連接孔；102、加強(qiáng)筋；103、連接套；104、軸承定位臺階；201、下連接件；202、上連接件；203、支撐桿；204、連接鉸；205、固定孔；206、凹槽；207、上連接鉸；208、下連接鉸；209、卡槽；210、連接銷；301、上連接盤；302、下連接盤；303、布料上壓盤；304、布料下壓盤；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：

如圖1所示，一種航天服髖關(guān)節(jié)，包括連接體1，連接體1兩邊分別與一個旋架列相連，每個旋架列包括依次轉(zhuǎn)動連接的多個旋架2，每個旋架列中最上端的旋架2與連接體1轉(zhuǎn)動連接，每個旋架2內(nèi)部安裝有用于固定布料的布料件3。在本實施例中，每個旋架列中旋架2的個數(shù)為4個，使航天服髖關(guān)節(jié)具有一個冗余旋轉(zhuǎn)自由度，使航天服髖關(guān)節(jié)活動更加具有靈活性。

如圖5和圖6所示，旋架2包括上連接件202和下連接件201，上連接件202與下連接件201一端通過支撐桿203相連，另一端通過連接鉸204相連；連接鉸204中間穿設(shè)有連接銷。

如圖9和圖10所示，支撐桿203兩端分別設(shè)有上連接鉸207和下連接鉸208，上連接鉸207與上連接件202相連，下連接鉸208與下連接件201相連。

上連接鉸207和下連接鉸208中間設(shè)有通孔，通孔內(nèi)設(shè)有卡槽209，卡槽209內(nèi)安裝有卡環(huán)，連接銷210穿設(shè)于卡環(huán)。連接銷穿過上連接鉸207的卡環(huán)和上連接件202從而將上連接鉸207和上連接件202相連，連接銷穿過下連接鉸208的卡環(huán)和下連接件201從而將下連接鉸208和下連接件201相連。上連接鉸207和下連接鉸208可以繞著相對應(yīng)的連接銷210，在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。根據(jù)上連接件202與下連接件201的張角不同，可以設(shè)計不同長度的支撐桿203。在使用過程中，如果需要更換支撐桿203，通過工具將卡環(huán)從卡槽209中取出即可更換支撐桿203。這種更換方式，簡單、方便、可靠且跟換時間較少。

如圖7和圖8所示，布料件3包括結(jié)構(gòu)相同的上連接盤301和下連接盤302，上連接盤301包括布料上壓盤303和布料下壓盤304，布料上壓盤303和布料下壓盤304相連且中間壓設(shè)有布料。具體的，布料上壓盤303和布料下壓盤304由鋁合金制成，布料上壓盤303和布料下壓盤304之間通過鉚釘固定連接。

下連接件201與上連接件202相對的面上均設(shè)有環(huán)形的凹槽，下連接盤302安裝在下連接件201的凹槽中，上連接盤301安裝在上連接件202的凹槽中。上連接盤301和下連接盤302上都均布有多個連接孔，下連接件201的凹槽和上連接件202的凹槽內(nèi)也均布有多個固定孔。

如圖6所示，為了便于說明，將下連接件201上的凹槽標(biāo)記為206，將上連接件202的凹槽內(nèi)的固定孔標(biāo)記為205。下連接件201的凹槽206內(nèi)的固定孔與下連接盤302上的連接孔一一對應(yīng)。上連接件202的凹槽內(nèi)的固定孔205與上連接盤301的連接孔一一對應(yīng)。

螺栓穿設(shè)于下連接盤302的連接孔和凹槽206內(nèi)的固定孔將下連接盤302固定在凹槽206內(nèi)。在本實施例中，下連接盤302的徑向?qū)挾瘸叽绫认逻B接件201小1.5毫米，便于將下連接盤302準(zhǔn)確地安裝在凹槽206內(nèi)，同時將布料緊密壓在凹槽206和布料壓盤的側(cè)壁上，從而防止航天服髖關(guān)節(jié)從凹槽底206部和側(cè)面漏氣。

上連接盤301的固定方式與下連接盤302相同，即通過螺栓穿設(shè)于上連接盤301的連接孔和固定孔205將上連接盤301固定在上連接件202的凹槽內(nèi)。

如圖2到圖4所示，連接體1為半球形殼體，殼體內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋102，加強(qiáng)筋102在連接體1內(nèi)井狀布置，加強(qiáng)筋102為φ6毫米直徑的半圓柱形結(jié)構(gòu)。連接體1在航天服髖關(guān)節(jié)中起固定和支撐作用，連接體1采用硬質(zhì)材料殼體壁厚為3毫米。

連接體1沿殼體直徑方向上設(shè)有連接孔101，連接孔101上設(shè)有圓柱形連接套103，圓柱形連接套103與旋架2轉(zhuǎn)動連接，連接孔101內(nèi)徑為φ226毫米。

圓柱形連接套103與旋架2通過旋轉(zhuǎn)軸承連接，旋轉(zhuǎn)軸承的外圈與圓柱形連接套103相連，圓柱形連接套103的底部設(shè)有軸承定位臺階104。圓柱形連接套103由連接孔101向外延伸10毫米形成，圓柱形連接套壁厚為3毫米，圓柱形連接套103用于連接連接體1和旋架2。在每個圓柱形連接套103的底部還設(shè)有厚度為3毫米的軸承定位臺階，軸承定位臺階用于旋轉(zhuǎn)軸承外圈的軸向定位。

旋架列中的旋架2通過旋轉(zhuǎn)軸承依次連接，旋架之間可以自由旋轉(zhuǎn)。上一個旋架的下連接件201與旋轉(zhuǎn)軸承的外圈相連，旋轉(zhuǎn)軸承的內(nèi)圈與下一個旋架的上連接件202相連。上連接件202為法蘭式的結(jié)構(gòu)，上連接件202與旋轉(zhuǎn)軸承的內(nèi)圈相連，旋轉(zhuǎn)軸承的外圈與連接體1相連，并形成過盈配合，保證連接的可靠性。下連接件201為3毫米厚的薄壁殼體結(jié)構(gòu)，下連接件201與依次連接的旋架相連。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。