舱外航天服动力学模型

目的：根据舱外航天服的实际结构，建立舱外航天服的简化的动力学模型。方法：考虑舱外航天服的各个部分的质量、惯量、各关节活动性能以及航天服施加给航天员的服装力矩，对舱外航天服各部分几何形状进行了简化，并给出了计算航天服各部分惯量的公式。采用经典Preisach模型定量地描述了航天服服装力矩迟滞曲线特性。结果：得到了考虑质量、惯量以及服装力矩的舱外航天服动力学模型。结论：本文建立的模型为进行计算机动态仿真航天员舱外活动提供了一定的基础。     

不同视觉方式引导下的运动想象脑电信号特征对比分析研究

目的 研究人服匹配因素（包括肘关节旋转中心位置、人服几何匹配度）对人服典型关节耦合运动的影响,了解人服耦合力学特性。方法 采用内置式测量方法进行试验,受试者穿戴航天服上肢组件在负压舱内指定位置完成肘关节屈曲运动,使用惯性运动捕捉系统与压力测量系统,分别采集人体运动数据与人服接触力的数据,并对测量结果进行分析。结果 人服耦合运动受到人服匹配因素的影响,受试者在4个位置肘关节屈曲40°时的平均力矩分别为3.7565Nm、2.8561Nm、2.9113Nm和4.0129Nm,屈曲过程消耗的能量平均为1.769J、1.565J、1.176J和1.982J;航天服关节阻尼力矩与围度比线性相关,相关系数r=0.7315。结论 航天服关节中间位置与人体肘关节旋转中心匹配时活动性能较好,较小的前臂围着服工况运动时受到的关节阻尼力矩较小,人服耦合力学特性与人服匹配因素密切相关。     

航天员出舱作业人机界面的工效学研究进展

目的综述航天员出舱作业人机界面工效学的研究状况。资料来源与选择结合已有的工作基础，并引用国内外公开发表的相关论文及著作。资料引用论文14篇，著作2部。资料综合论述影响航天员舱外作业效能的主要因素，划分了出舱活动的类型，归纳国外在气闸舱、舱外活动工作台或装配架、舱外工作点的设计与舱外航天服等方面涉及的工效学研究状况，并分析采取的解决措施。结论国外在进行舱外作业人机界面工效学评价时，利用了嵌入人体的计算机模型，有效地解决了相关技术问题，我们府着重加以考虑．     

舱外航天服关节阻力矩测量与建模方法研究

目的探索更为精准的舱外航天服关节阻力矩测量和建模方法,为人-服交互运动生物力学仿真建立舱外航天服力学约束。方法分析国内外现有的关节阻力矩测量技术利弊,提出了自驱动式等速测量舱外航天服关节阻力矩的方法,并应用于服装内部有人和无人工况;采用NNOPM(RBF神经网络优化的Preisach迟滞模型)预测阻力矩随运动轨迹的变化,并与测量结果对比验证。结果内部无人和有人工况下的舱外航天服肘关节的阻力矩差异较大,肩关节的阻力矩差异较小。模型预测结果与实验测量结果一致。结论自驱动式等速测量方法和NNOPM能有效用于舱外航天服关节阻力矩的测量和建模。     

载人航天60问（8）

航天员穿的航天服分为舱内航天服和舱外航天服两种。它是载人航天中航天员必备的个人安全防护装备。     

手动作业疲劳的力学评价方法研究

目的 建立实用的手动作业的疲劳评价方法，为舱外航天服手套的作业疲劳评价提供可行分方法。方法 对12名女性和14名男性分两组进行了握力、捏力和拧力的疲劳固定力量和无因次力量疲劳的实验研究。结果 从握力、捏力和拧力进行研究可全面评价手部疲劳；无因次力疲劳评价有较广泛的适用范围和较好的准确度，与主观疲劳评价相结合是最佳方法。结论 本文结果可为有效地评价舱外航天服手套系统作业疲劳提供可行的方法，具有一定的实际意义和应用价值。     

舱外航天服热控基础科学问题研究进展

本文分析了航天员舱外作业时舱外航天服热控系统中的基础科学问题,主要包括:失重环境下的人体热调节模型问题;舱外航天服自动液温调节问题;基于人体热调节模型的暖体假人热控问题。从建立多生理耦合模型、利用人工神经网络进行航天服自动热控、搭建新型暖体假人控制模型等方面对上述问题提出了解决方案以及未来发展建议。     

航天服典型关节人服匹配试验研究

目的研究人服匹配因素(包括肘关节旋转中心位置、人服几何匹配度)对人服典型关节耦合运动的影响,了解人服耦合力学特性。方法采用内置式测量方法进行试验,受试者穿戴航天服上肢组件在负压舱内指定位置完成肘关节屈曲运动,使用惯性运动捕捉系统与压力测量系统,分别采集人体运动数据与人服接触力的数据,并对测量结果进行分析。结果人服耦合运动受到人服匹配因素的影响,受试者在4个位置肘关节屈曲40°时的平均力矩分别为3.7565N·m、2.8561N·m、2.9113N·m和4.0129N·m,屈曲过程消耗的能量平均为1.769J、1.565J、1.176J和1.982J。航天服关节阻尼力矩与围度比线性相关,相关系数r=0.7315。结论航天服关节中间位置与人体肘关节旋转中心匹配时活动性能较好,较小的前臂围着服工况运动时受到的关节阻尼力矩较小,人服耦合力学特性与人服匹配因素密切相关。     

舱外航天服试验舱紧急复压系统研制

目的 为舱外航天服试验舱研制配套紧急复压系统,以保障载人低压试验的安全.方法 优选了紧急复压方案和快开阀门,对复压有效口径、复压噪声及气流推力进行了计算,对消声器、散流器和过滤器进行了设计和选择,并通过试验验证和仿真验算证明了设计计算的有效性.结果 最终测试表明,复压指标满足要求,并在舱外航天服研制测试试验和航天员低压舱训练中得到了应用.结论 舱外航天服试验舱紧急复压系统设计合理可行,满足工程使用要求.     

基于生物力学的舱外服对人体上肢施力能力影响预测

目的探索生物力学建模方法在人-舱外服作业系统工效分析中的应用,量化舱外服对人体上肢施力能力的影响。方法通过开展着常服和着舱外服两种工况下的最大施力能力实验,采集了9名受试者在8种出舱活动典型功能操作中的最大力,进而采集了9名受试者的肩关节前屈/后伸/内收/外展和肘关节弯曲/伸展的等长最大自主收缩力矩作为单关节力量限制;根据人体运动生物力学模型和人-舱外服耦合运动生物力学模型预测两种工况下,不同功能操作的肩关节力矩和肘关节力矩随手部操作力的变化规律,进而根据每个受试者的单关节力量限制预测两种工况下的功能操作最大力;对比预测力量和实测力量,验证模型预测结果的正确性。结果两种工况下预测力量和实测力量果具有很高的一致性,模型预测的着舱外服人体不同位置施力能力下降规律与实际测量一致,但预测的下降率小于实测下降率。结论本研究建立的人-舱外服生物力学建模方法和基于单关节力量限制的施力能力预测原理,能在一定程度上预测不同操作位置舱外服对人体上肢施力能力的影响,拓展了人-舱外服作业系统工效分析方法。     

航天服关节阻尼力矩的机器人测试系统

目的 对航天服关节阻尼力矩特性进行测试，评价航天服的力学性能。方法提出了一种根据机器人运动学、静力学原理，采用随动式测量机器人来测量航天服关节阻尼力矩特性的方法。根据测量要求,给出了系统总体方案及测量机器人本体的设计,建立了数学模型,最后分析了机器人的运动空间.结果:设计的测量机器人重量轻,结构紧凑,操作性能好,运动空间大,整体系统运行稳定,可靠性高.结论:采用随动式测量机器人来测量航天服关节阻尼力短特性,能够满足航天服关节力矩特性的测量要求.     

基于运动想象脑机接口的外骨骼控制系统研究

目的为提高人机系统作业绩效,降低操作者的体力、脑力负荷,设计基于运动想象脑机接口的外骨骼控制系统。方法外骨骼控制系统采用舱外航天服上肢作为受力外骨骼,开源脑电采集板卡OpenBCI Cyton Borad充当操作者与外骨骼的控制链接,信号处理与控制软件在笔记本电脑上完成。设计想象左手、想象右手两指令的运动想象脑机接口范式,并招募5名受试者参加实验,对系统有效性进行验证。结果5名受试者同步模式识别正确率为82.5%,选取表现最佳的受试者进行异步模式测试,基于40个刺激的空白数据中检测想象状态识别正确率达到100%,指令输出延时2s左右,想象左、右手识别正确率为70%。结论实验结果验证了设计的外骨骼控制系统的有效性,并可为舱外服外骨骼控制和后续空间遥操作类任务的人机交互方式提供新的思路。     

航天员舱外活动的工效学问题

目的：明确航天员舱外活动工效学的基本内容。资料与综合：在运用航天员太空活动和地面训练的生理学和工效学资料的基础上,对舱外活动工效学进行了较系统的阐述。基本内容：舱外活动动作种类、影响因素（太空失重和航天服等）、训练与实践等。结论：舱外活动工效学属多学科交叉的新领域,为高效地满足太空作业的需求,尚需提高舱外活动影响因素和地面训练研究的质量。     

俄美航天服回顾与展望

本文系统回顾了前苏联/俄罗斯和美国航天服的研制历史。俄美航天服的研发都基于高空压力服的技术,经历了从舱内航天服到舱内航天服与舱外航天服结合型航天服,再到舱内航天服与舱外航天服分开研制的发展路线。随着国际交流与合作的增加,俄罗斯与美国航天服的技术差异逐渐模糊,多功能和零吸氧排氮航天服是未来的重点发展方向。     

舱外航天服视野设计中的虚拟视域仿真建模

目的探讨一种用于舱外航天服视野设计和分析的虚拟视域仿真建模方法。方法利用Solidworks软件建立三维人体模型,在对软件进行二次开发的基础上,充分利用软件提供的聚光源特性,建立了模拟人眼视锥及人眼运动的仿真算法,从而在Solidworks软件中实现人穿着舱外服后的虚拟视域仿真分析。结果将所建立的模型用于舱外服视野分析,其结果与人-服试验过程视野工效测试结果相一致。结论该模型可应用于舱外航天服设计过程中,对于其它具有工效要求的产品设计具有参考意义。     

航天中压力应急防护措施的发展

载人航天中座舱或舱外航天服应急失压是严重的偶发事件，应急失压的医学要求和生理限值是防护装置设计的基础，防护原则是立即加压供氧，确保航天员生命安全。装备应轻便，具有高度可靠性和操作简单，并需和其他防护措施协调一致，做到防护装备一体化，航天服已由早期舱内救生用发展为出舱活动装备，从低压力制向高压力制发展，出舱活动航天服制做难度大，救生措施更复杂，航天医学工程应重视研究发展舱外活动航天服及其救护措施。     

舱外活动手的热特性及保温方法

航天员的手在舱外活动中具有机器人不可替代的优越性,但航天员在舱外作业时常感到手和（或）足冷。据此笔者介绍了手的温度场情况和低温对手的影响,并综述手套保温的计算方程和解决手套保温的保温方法。论述表明,在现有被动加热方法不能有明显改进的情况下,采用电加热手套的方法是可行的,它可以方便地解决航天员出舱活动中常感到手和（或）足冷的情况。在高能电池的支持下,电加热手套的方法可以保证手温度达到要求,甚至可降低手套厚度,更有利于舱外手动作业。     

基于牛顿-欧拉动力学方程的人体下肢动力学分析

目的建立人体下肢动力学方程,求解不同步态下关节部位的运动学参数与动力学参数。方法应用牛顿-欧拉动力学方程建立人体下肢两杆动力学方程。根据实验者的人体参数计算得出方程中的人体大、小腿的长度、质量、质心位置以及转动惯量,通过Vicon三维运动采集设备,对人体下肢不同速度步态下的运动学参数进行采集,得出了各种步态下髋、膝关节的关节角度随时间变化曲线图。将角度数据、足底压力数据及下肢模型所需参数带入方程中,通过Matlab软件进行编程计算。将计算结果与ADAMS人体步态仿真结果进行力矩峰值的比较,验证了所建立方程的正确性。结果求解计算出了不同步态下髋、膝关节的力矩。结论通过建立动力学方程求解关节力矩,实现了关节下肢力矩在不同步态下的精确求解,为外骨骼的关节力矩设定提供了依据。     

主动加热对舱外航天服手套工效影响的试验研究

目的探讨对舱外航天服手套进行主动加热是否会对舱外手动作业的工效造成影响。方法分析了手套对工效的影响因素，从疲劳、力量、灵活性和感知感觉方面设计试验研究主动加热对手套工效的影响。结果1)加热片对力量没有影响；2)除个别人外，加热片对疲劳的影响为17％；3)拧螺母和夹大头针表明加热片对灵活性的影响较小；4)感知物体形状和距离表明加热片对感知感觉的影响较小。结论对试验数据分析证明所采用的主动加热方法合理，对工效影响很小。     

基于舱外航天服手套基础性工效评价的人体力学指标优选研究

目的探索科学而实用的舱外航天服手套基础性工效评价的人体力学优选指标。方法从人体力学的力量、疲劳、感知觉、活动范围和灵活性5项指标（28项测定指标）对13名青年大学生（6女7男）进行了裸手与戴手套（舱外航天手套模拟件）的手动作业工效研究，并结合人体知识运用统计学方法对5项指标的测试指标进行了优选处理。结果可用握力代表力量，以主观疲劳与行为下降代表疲劳，以内收／外展、弯曲／伸展与旋转代表活动范围，形状感知代表感知觉，拧螺母打结代表灵活性。结论本文结果可为舱外航天手套的评价和性能改善提供基础性资料，具有一定实际意义和应用价值。