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ARC Angel:NASA 的创新系统可减少 Sub-1G 训练中的手臂疲劳

德克萨斯州休斯顿约翰逊航天中心

ARC ANGEL的主动控制系统可以自动减轻各种手持工具的重量,避免亚1G训练期间手臂疲劳。 (图片来源:美国宇航局)

美国宇航局约翰逊航天中心 (JSC) 的创新者开发了一种地球机器人训练系统,简称“ARGOS”。它可以通过使用高架跑道和桥梁驱动系统来主动模拟宇航员在太空中的失重状态,并使用附加电缆部分或完全减轻宇航员的重量,从而有效地将他们悬挂在地面上。虽然测试对象的躯干和腿被卸载,但他们的手臂和任何沉重的手动工具却没有。

ARGOS 消除肢体重力影响 (ARC ANGEL) 技术的驱动实时控制旨在减轻太空服测试对象手臂的负担,并抵消使用 ARGOS 进行训练活动时产生的疲劳。与 ARGOS 一样,ARC ANGEL 通过计算机控制的主动缆索张力提供卸载。电缆串在位于每个肘部正上方的臂袖和安装在宇航服背包式主要生命支持系统(PLSS)上的电动卷轴之间。

除了模拟 0 到 1 G 环境之外,这种主动卸载技术还可用于多种应用。例如,肩部康复的患者可以从减轻手臂重量或抓握负荷的运动辅助中受益,携带重型工具的建筑工人可以更轻松地操纵它,或者它可以抵消军事人员的设备重量,最终避免可能发生的肢体疲劳。

ARC ANGEL 是一个类似于 ARGOS 的主动机器人系统;然而,它的电动机并未安装在跑道和桥梁系统的上方,而是安装在测试对象的背包式 PLSS 上,其中电动机通过电缆向上臂提供实时驱动扭矩卸载。如果测试对象拿起锤子,系统将立即做出反应,将锤子的重量相对于编程环境卸载。

该系统由电动机、纺织品、电子硬件、固件和软件组成。为了提供平稳运行的手臂卸载模拟并优化系统性能,JSC 的工程师编码了软件,该软件利用运动学算法和闭环架构进行电机控制,以及自定义计算机语言脚本来摄取传感器数据。这使得ARC ANGEL的子系统能够无缝集成并准确地模拟一到零的G环境。

在操作过程中,紧凑型张力传感器和惯性测量单元检测手臂重量和运动,并提供闭环控制系统,将数据馈送到单板计算机和必要的固件进行处理。内部还开发了自定义图形用户界面,以提供用于输入所需臂卸载值的控件。

此外,ARC ANGEL 还拥有自己的电源,无需外部电缆即可为其子组件供电。这使得能够独立于ARGOS运行,并进一步适合潜在的地面应用。这项工作与正在为康复和/或辅助医疗设备实施的主动外装开发直接相关。 ARC ANGEL 本质上是提供所需的帮助(卸载),同时保持对象的全方位运动。系统硬件和软件可以进行修改,以定制适合没有宇航服的个人并实现肢体辅助运动,而不仅仅是减轻手臂负担。

美国宇航局正在积极寻找授权商将该技术商业化。请联系 NASA 的许可礼宾部:此电子邮件地址已受到垃圾邮件机器人保护。您需要启用 JavaScript 才能查看它。或致电 202-358-7432 发起许可讨论。如需了解更多信息,请访问此处。


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