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NASA创新系统ARC ANGEL减轻亚1G训练中的手臂疲劳

NASA约翰逊航天中心(JSC)的创新者们开发了一种名为“ARGOS”的地基机器人训练系统。它利用顶部轨道和桥式驱动系统,通过连接的缆绳部分或完全卸载测试对象的重量,有效地将他们悬空,从而主动模拟宇航员在太空中的失重状态。虽然测试对象的躯干和腿部被卸载,但他们的手臂和任何沉重的手持工具却没有。

ARC ANGEL:专为手臂卸载设计

“ARGOS重力效应肢体实时驱动控制消除系统”(ARC ANGEL)技术的开发旨在卸载穿着航天服测试对象的手臂,抵消其在使用ARGOS进行训练活动时产生的疲劳。与ARGOS类似,ARC ANGEL通过计算机控制的主动缆绳张力提供卸载。缆绳连接在肘部上方的手臂袖套与安装在航天服背包式主生命维持系统(PLSS)上的电动卷筒之间。

广泛的地面应用前景

这种主动卸载技术除模拟零至1G环境外,还可用于多种应用:例如,肩部康复患者可受益于卸载手臂重量或抓握负荷的运动辅助;建筑工人携带重型工具时能更轻松地操作;或为军事人员抵消装备重量,最终防止肢体疲劳。

系统架构与工作原理

ARC ANGEL是类似ARGOS的主动机器人系统;但其电机并非安装在顶部轨道和桥式系统上,而是安装在测试对象的背包式PLSS上,电机通过缆绳向上臂提供实时驱动扭矩卸载。如果测试对象拿起一把锤子,系统将立即反应,根据编程环境卸载锤子的重量。

系统由电机、软性材料、电子硬件、固件和软件组成。为提供平滑运行的手臂卸载模拟并优化系统性能,JSC工程师编写了利用运动学算法和闭环架构进行电机控制的软件,以及用于摄入传感器数据的自定义计算机语言脚本。这使得ARC ANGEL的子系统能无缝集成,精准模拟1至0G环境。

实时闭环控制

运行期间,紧凑型张力传感器和惯性测量单元检测手臂重量和运动,为单板计算机和必需固件提供闭环控制系统数据进行处理。内部开发的定制图形用户界面提供输入所需手臂卸载值的控制。

此外,ARC ANGEL拥有独立电源,为其子组件供电而无需外部缆绳。这使其能独立于ARGOS运行,进一步适用于潜在的地面应用。这项工作直接关联到正在为康复和/或辅助医疗设备实施的主动外骨骼开发。ARC ANGEL本质上是在保持测试对象完整活动范围的同时提供所需的辅助(卸载)。系统硬件和软件可修改以定制适配无航天服的个体,用于肢体辅助运动——而不仅仅是手臂卸载。

NASA正积极寻找被许可方商业化该技术。请联系NASA许可礼宾部:[邮箱地址] 或致电 202-358-7432 启动许可讨论。更多信息请访问[链接]。

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