航天员舱外活动安全绳虚拟现实操作仿真方法研究

为了解决航天员舱外活动虚拟现实训练仿真中安全绳的逼真仿真问题,分析了安全绳的结构组成和神七任务航天员出舱过程微重力下的安全绳变形规律,对安全绳采用质点-直线弹簧-弯曲弹簧模型建模,使用基于位置的仿真方法计算了安全绳的变形,给出了安全绳的仿真参数,建立了航天员舱外活动安全绳操作仿真系统。开展了受试者试验,仿真结果表明,仿真方法实时有效,可为航天员虚拟现实舱外维修仿真提供基础算法。

舱外活动系统述评

舱外活动(EVA)系统可分为3部分:1)航天员装备系统,包括舱外航天服(EVA航天服)、安全系绳和机动装置;2)空间支持系统,包括气闸、约束装置、EVA工具、在轨训练设施、遥控自动操作装置,以及表面运输工具;3)地面试验、训练与保障系统,包括减重/失重设施、热/真空试验舱、虚拟现实模拟系统、星体表面模拟场地,以及任务保障设施。文章阐述EVA系统的组成与功能,评述EVA技术现状及发展趋势。

基于力矩比优化的航天员舱外活动仿真

提出了一种基于力矩比优化的航天员人体运动控制算法,该算法综合考虑了反向运动学、反向动力学以及人体工效学等因素,避免了单纯从动力学方面求解所带来的虚拟人体动画所隐含的力量冲突,提高了仿真结果的真实性和合理性。研究结果可为航天员舱外活动的设计和考察提供一定的理论指导和技术支持。

航天员舱外活动计算机动态仿真

详细阐述了应用计算多刚体系统动力学仿真航天员舱外活动EVA(Extra Vehicular Activity)的步骤。介绍了多刚体统系动力学的中Kane方法的基本原理,分析了Kane方法应用在EVA仿真中的可行性,介绍了反向运动学和反向动力学的基本概念。选取STS-63飞行中的一次任务,在对其进行适当简化的基础上,建立了航天员7节段6自由度的人体模型,利用Kane方法和反向运动学和反向动力学对模型进行了求解。对结果进行了分析,并得出了结论。

舱外活动中航天员利用扶手移动的路径规划

航天员在舱外活动中 ,常常需要从一个工作点向另一个工作点移动 .提出了一种用于搜寻两个工作点间最短通路的路径规划的方法 .该方法利用人工智能中的启发式搜索A 算法 ,在用栅格法对三维工作环境进行离散化的基础上 ,采用路径最短原则 ,完成了航天员在舱外活动中依靠扶手移动的路径规划 .对一个例子进行了研究 ,并对结果进行了分析 .规划的路径可为航天员舱外活动扶手的安装位置提供参考依据 ,以减少航天员舱外作业的工作时间。

航天员舱外活动生物力学仿真及验证

目的目前航天员舱外活动所建的航天员生物力学模型缺乏人体解剖信息,且未见合理的验证方法;本文旨在给出相应解决方法,为航天员舱外活动仿真的进一步应用提供依据。方法选取典型舱外活动实例,建立带有肌肉作用力的航天员上肢反向运动学、动力学模型并进行仿真计算;利用运动学结果驱动OpenGL软件生成动画,实现运动学验证,进而辅以实物模型完成模型的动力学验证。结果运动学验证表明计算结果的正确性,动力学验证及仿真所得两块肌肉力结果的平均相对误差分别为14.54%和0.91%。结论本文建立了合理的航天员上肢模型,并进行了仿真计算;该仿真结果可信,提出的验证方法可行,为航天员舱外活动的生物力学仿真及验证提供支持。

基于Lagrange方法的航天员舱外活动计算机仿真

在比较各种地面微重力模拟设备的优缺点的基础上 ,阐述了计算机动态仿真航天员舱外活动 ( EVA ,Extra Vehicular Activity)的必要性。简要的概述了应用计算多刚体系统动力学对 EVA进行仿真的步骤。描述了拉格朗日方程在仿真过程中的应用 ,建立了用于仿真的动力学方程。选取典型的 EVA,得出了描述该 EVA系统运动的拉格朗日动力学方程。利用反向运动学和反向动力学对该 EVA进行了仿真计算 ,并对结果进行了分析。

利用Kane方法进行航天员舱外活动仿真

阐述了计算机动态仿真航天员舱外活动 (ExtraVehicularActivity ,EVA)的必要性 ,分析了国外航天员运动仿真的现状 ,给出了应用计算多刚体系统动力学对航天员舱外活动进行仿真的详细步骤。建立了具体的仿真方法 ,考虑了反向运动学、反向动力学等 ,反向动力学采用Kane方法。选取典型的EVA ,在对其进行适当简化的基础上 ,得出了描述该EVA系统运动的 7节段 6自由度动力学方程 ,对该EVA进行了仿真计算 ,并对结果进行了分析。

舱外活动气闸技术综述

气闸(airlock)是舱外活动(EVA)系统的重要组成部分。综述载人航天器舱外活动气闸技术的发展与现状,以及航天员通过气闸出舱的准备事项。

OpenGL在航天员舱外活动仿真中的应用

简要阐述了进行航天员EVA(ExtraVehicularActivity)仿真的必要性和实现步骤。介绍了OpenGL的基本概念。在详细阐述了Kane方法、反向运动学以及反向动力学的基础上,给出了具体的实现仿真的算法。选取STS-63飞行中的航天员操纵大质量载荷为仿真对象,在做了适当简化的基础上,得到了7节段6自由度的航天员人体模型。对模型进行了求解,用OpenGL根据结果实现了EVA的动画显示。对求解结果和动画序列进行了分析,得出了结论。

一种新型的航天员舱外活动装置

“自由”号空间站是美国联合欧洲空间局、日本和加拿大等国共同研制的一种大型永久性空间站。根据确定的方案,该站的核心部分是由四个大的加压舱、两个后勤舱及结合部组成。核心站位于长96m、宽36m的桁架结构中间的横梁上,横梁总长达153m,两端装有太阳电池板及服务设施等。核心站外还有两个平台和其它实验装置,在正常情况下,站内可供8名航天员工作和生活。为了保证如此庞大的空间站工程的建设、运行及科学实验。

航天员舱外活动中典型动作的分类统计与分析

目的用统计学方法分析航天员舱外活动（EVA）典型动作工效学问题,为下一步EVA提供参考。方法依据NASA对1965~1997年间EVA的描述,将编年体数据进行编辑,建立数据库,分析EVA典型动作及航天员主观感受涉及的工效学问题。结果统计发现,开关舱门、螺栓连接、连接断开接头、更换设备动作较多;脚限位器固定、沿扶手行走、按按钮、运输货物、敲击动作较少。主观感受中最常见问题是冷;其次是出舱活动累,难度大,工具使用不便;最后是眼睛不适及手套灵活性问题。结论本研究对于EVA相关的任务预研、地面训练、工效实验和航天员动作仿真具有参考价值。

俄罗斯水槽实验室试验组织及舱外活动程序训练

俄罗斯加加林航天员训练中心水槽实验室自1980年投入使用以来,在俄罗斯和平号空间站及目前正在运行的＂国际空间站＂的航天员舱外活动训练及试验中发挥了重要的作用。1水槽实验室训练与试验的组织实施岗位设置为保障训练及试验的顺利进行,需要成立试验队。试验队中包含了水槽实验室的各个岗位,实际训练时必须严密组织,各岗位分工明确,

一种面向舱外活动的视觉感知启发的手势识别方法

针对航天员出舱作业(EVA)时的人机交互需求,结合着舱外服手套后手部动作的工效学分析,提出了一种结合眼动仪和手势识别技术的航天员目标选取方案,使航天员真正达到"解放双手"的目的。该方案采用眼动仪获取航天员"感兴趣目标区域"的位置信息,利用摄像头捕获航天员手势动作,并基于稀疏滤波的特征提取方法和神经网络分类器对手势进行识别,根据预定义的目标选取指令实现交互功能。试验结果表明,手势识别算法的识别率可达到95%以上,为后期将该交互系统集成到航天服中提供了原型依据。

基于Kane方法的宇航员舱外活动仿真

简要回顾了宇航员舱外活动计算机仿真现状,基于Kane方法给出了应用多刚体系统动力学求解人体运动的递推公式及步骤。针对STS-63飞行中的宇航员搬运大质量载荷任务,建立了简化的宇航员上肢运动模型,对上肢末端做矢状面内的匀速圆周运动过程进行了分析,得到关节运动及动力学参数随时间的变化关系,并与相关标准进行了比较。

俄罗斯航天员舱外活动地面模拟训练方法与设备

俄罗斯/苏联是最早实现舱外活动的国家,在舱外活动方面有大量、丰富的经验,多年来已形成了一套完整的训练体系。俄罗斯航天员舱外活动训练内容主要包括理论训练、单项实践训练、出舱程序训练和出舱任务训练。出舱和舱外活动训练的大型设备主要有中性浮力水槽、失重飞机、舱外活动训练模拟器、气压舱、航天员移动设备动力学制度模拟器、

一种航天员舱外活动用脚限位器的设计与分析

针对航天员开展舱外活动时与舱体的可靠连接和工作位姿的调节与固定这两个亟待解决的问题,提出了一种舱外活动用新型三关节便携式脚限位器的设计,阐述了其结构组成和工作原理,确定了其系统方案和技术参数;基于静力学和有限元分析,对设计进行了结构优化,利用ADAMS软件对该装置进行了运动学和动力学仿真分析,验证了该装置通过三个关节机构实现折叠状态和调节位姿的有效性,获得了主要关节位姿调节的运动学和动力学特性,为该装置的结构改进和优化奠定了基础。

俄罗斯舱外活动航天服的发展概述

俄罗斯舱外活动航天服的发展概述张万周俄罗斯星科研生产企业副总设计师阿布拉莫夫撰文系统地介绍了１９９６年１０月以前俄罗斯舱外活动航天服的发展过程和所取得的成就，现概述如下。１９６５年３月１８日，前苏联航天员列昂诺夫打开上升２号宇宙飞船，走出舱外数米远，...

和平号空间站航天员舱外活动医学保障述评

1965年3月18日，苏联航天员列昂诺夫在上升-2载人飞船飞行中完成了人类第1次出舱活动，持续时间为12min。1969年1月16日，苏联航天员第2次走向太空，是2名联盟-5载人飞船的航天员在向联盟-4飞船过渡时完成的，持续时间为37min。此后，随着航天员舱外活动使用的个体装备的技术完善及功能可靠性的提高，舱外工作逐渐由短时行为变为有计划的多时活动。