本实用新型涉及航天服性能测试设备，具体地说是一种航天服上肢性能测试设备。
背景技术：
航天服是航天员进行星表与太空作业的重要生命支撑保障系统。与地面作业不同，星表作业及太空作业要求航天服各关节系统都具备较好的运动性和灵活性，以便完成星表行走、探测、维修、搬运等任务。因此，航天服寿命、活动阻力矩等性能测试直接影响着航天员在轨作业的安全性，以及整个航天任务的成败。
现有的航天服上肢性能测试设备一般为气动驱动方式，且肩部法兰大多通过两侧夹紧件以及沿圆周均布的螺钉、螺母实现肩部法兰的固定。这种加紧方式具有操作繁琐，并且在需要经常多次拆卸的场合效率较低，且加载过程中的同步性较差等缺陷。
技术实现要素：
针对现有航天服上肢性能测试存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种航天服上肢性能测试设备，可适用于不同尺寸航天服上肢性能测试。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
本实用新型包括肩部法兰快速夹紧装置、关节驱动组件、肘关节组件、腕部连接组件及设备支架，其中肘关节组件安装在设备支架上，航天服肘部卡箍锁紧于该肘关节组件上；所述肩部法兰快速夹紧装置与腕部连接组件分别位于该肘关节组件的两侧，在肩部法兰快速夹紧装置和腕部连接组件下方的设备支架内均设有所述关节驱动组件，每个所述关节驱动组件均可相对移动地安装在设备支架上，两侧的关节驱动组件的输出端分别与肩部法兰快速夹紧装置和腕部连接组件相连，分别带动所述肩部法兰快速夹紧装置和腕部连接组件进行摆动；所述肩部法兰快速夹紧装置上夹紧有航天服肩部法兰，该腕部连接组件上设有固定航天服腕部接口的腕部工装；
其中：所述肩部法兰快速夹紧装置包括肩关节支架、压紧端环、压紧法兰、拉杆、顶板、连杆、同步滑环、顶杆、铜套法兰及中心压紧件，该压紧法兰与顶板分别安装于肩关节支架的两侧，所述顶杆的一端与该顶板转动连接，另一端与所述中心压紧件螺纹连接，该中心压紧件上套设有滑环铜套，所述同步滑环可相对移动地套在该滑环铜套外部，所述滑环铜套的外端部设有铜套法兰，在所述同步滑环与铜套法兰之间设有套在滑环铜套上的弹簧，所述弹簧的两端分别抵接于同步滑环和铜套法兰；所述拉杆为多个，沿航天服肩部法兰的圆周方向均布，每个所述拉杆的一端分别铰接于中心压紧件上，另一端为压紧端，航天服肩部法兰位于所述压紧法兰与各拉杆压紧端之间；各所述拉杆的压紧端与航天服肩部法兰之间设有压紧端环，所述航天服肩部法兰的两侧分别与该压紧端环和压紧法兰配合抵接；每个所述拉杆与同步滑环之间均连接有连杆，该连杆的两端分别与拉杆和同步滑环铰接；通过所述同步滑环的往复滑动带动各所述拉杆同步压紧或松开航天服肩部法兰；所述弹簧初始状态为压缩状态，通过该弹簧作用于所述同步滑环，使各所述拉杆在自由状态产生向内收缩的预紧力；
所述顶杆的一端设有凸台法兰，该凸台法兰通过顶杆端盖安装在所述顶板上，且凸台法兰在顶杆端盖内部可相对所述顶板转动；所述顶杆的另一端开设有便于扳手旋拧的沉孔；
所述顶杆的外表面制有梯形外螺纹，所述中心压紧件上开设有中心孔，该中心孔内壁制有与所述梯形外螺纹配合连接的梯形内螺纹；
所述顶板的一侧设有盖板，该盖板通过导向轴与顶板相连，导向轴由中心压紧件的边缘穿过，导向轴与中心压紧件的边缘之间加设有石墨铜套；所述中心压紧件的一侧位于顶板与盖板之间，另一侧为凸台，所述滑环铜套套在该凸台上，且所述铜套法兰与所述凸台的端部相连；所述盖板上开设有供滑环铜套穿过的孔；
所述关节驱动组件包括防尘罩、动力源、关节支撑、轴承支撑件、转接法兰、扭矩传感器、锁紧压板、关节输出轴及关节输出连杆，该防尘罩、关节支撑及轴承支撑件依次相连，所述轴承支撑件相对的两侧均通过锁紧螺钉连接有锁紧压板，该轴承支撑件可相对移动地放置在所述设备支架上，并在位置确定好通过所述锁紧压板及锁紧螺钉与设备支架连接；所述动力源安装在防尘罩内，输出端通过所述转接法兰与扭矩传感器的底部相连，该转接法兰与所述轴承支撑件转动连接，所述扭矩传感器的顶部与关节输出轴相连，所述关节输出连杆的一端与该关节输出轴连接，另一端与所述肩部法兰快速夹紧装置或腕部连接组件相连，该关节输出连杆通过动力源驱动、带动所述肩部法兰快速夹紧装置或腕部连接组件摆动；所述轴承支撑件内壁上安装有光电开关，所述扭矩传感器上设有与光电开关相对应的光电开关感应销钉；
所述关节输出轴上设有限位螺钉，所述轴承支撑件上开设有条形孔，该限位螺钉插入所述条形孔中，在所述动力源驱动关节输出轴摆动的过程中通过限位螺钉进行限位；
所述动力源包括编码器、驱动电机、行星齿轮减速器及谐波减速器，该驱动电机首尾两端分别与行星齿轮减速器、编码器连接，所述行星齿轮减速器的法兰面通过沿圆周方向均布的电机固定螺钉与电机安装支架固连在一起，该电机安装支架安装于所述防尘罩内；所述转接法兰分为相互连接的上部转接法兰及下部转接法兰，该上部转接法兰及下部转接法兰分别通过上部轴承及下部轴承与轴承支撑件转动连接；所述行星齿轮减速器的输出轴通过过渡轴与谐波减速器输入端固定在一起，该谐波减速器输出端通过下部转接法兰、上部转接法兰与扭矩传感器固；
所述肘关节组件包括下部卡箍、上部卡箍、底部支座及卡箍锁紧螺钉，该下部卡箍的一侧与上部卡箍的一侧铰接，且下部卡箍及上部卡箍的内侧均设有与航天服肘部卡箍配合的凹槽，所述下部卡箍的另一侧与上部卡箍的另一侧均为自由端、通过卡箍锁紧螺钉连接，并将所述航天服肘部卡箍锁紧于下部卡箍与上部卡箍的凹槽内；所述下部卡箍通过底部支座安装在安装板上；
所述设备支架的底部安装有多个便于移动的脚轮，顶部沿长度方向固定有安装板；在所述设备支架的一侧安装有电控柜，所述关节驱动组件与该电控柜内的控制系统相连。
本实用新型的优点与积极效果为：
1.本实用新型采用电机作为驱动源，并且采用光电开关作为零位开关，测试过程中位置控制精度较高。
2.本实用新型肩部快速夹紧装置设有同步滑环及弹簧，通过连杆可保证六个拉爪在夹紧及释放的过程中具有较高的同步性，且在放松状态拉杆具有向内的收缩力。
3.本实用新型肩部快速夹紧装置在夹紧、释放过程中只需通过扳手将顶杆拧紧和放松即可实现被加紧件的夹紧和放松，操作简便，效率较高。
4.本实用新型顶杆和中心压紧件之间通过梯形螺纹配合实现夹紧过程，由于梯形螺纹具有自锁的功能，夹紧之后不易松动，可靠性较高。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型肩部法兰快速夹紧装置夹紧状态的结构示意图；
图3为本实用新型肩部法兰快速夹紧装置松开状态的结构示意图；
图4为本实用新型肩部法兰快速夹紧装置的结构剖面图；
图5为本实用新型关节驱动组件的外部结构示意图；
图6为本实用新型关节驱动组件的内部结构剖面图；
图7为本实用新型肘关节组件的立体结构示意图；
其中：1为肩部快速夹紧装置，101为支架固定螺钉，102为肩关节支架，103为顶杆端盖固定螺钉，104为顶杆端盖，105为压紧端环，106为航天服肩部法兰，107为压紧法兰，108为拉杆，109为顶板，110为连杆拉杆固定螺钉，111为拉杆固定螺钉，112为连杆， 113为连杆滑环固定螺钉，114为同步滑环，115为铜套法兰固定螺钉，116为顶杆，117为盖板固定螺钉，118为盖板，119为铜套法兰， 120为导向轴，121为石墨铜套，122为中心压紧件，123为弹簧，124 为压紧法兰固定螺钉，125为滑环铜套，126为顶板固定螺钉，127 为凸台法兰；
2为关节驱动组件，201为防尘罩，202为关节支撑，203为轴承支撑件，204为锁紧螺钉，205为锁紧压板，206为关节输出轴，207 为关节输出连杆，208为编码器，209为驱动电机，210为行星齿轮减速器，211为过渡轴，212为电机固定螺钉，213为电机安装支架， 214为输出连杆固定螺钉，215为谐波减速器，216为电机支架固定螺钉，217为下部转接法兰，218为下部法兰固定螺钉，219为上部转接法兰，220为上部法兰固定螺钉，221为下部轴承，222为扭矩传感器，223为光电开关，224为输出轴固定螺钉，225为上部轴承， 226为限位螺钉227为光电开关感应销钉；
3为肘关节组件，301为下部卡箍，302为上部卡箍，303为卡箍连接螺钉，304为航天服肘部卡箍，305为卡箍锁紧螺钉，306为底部支座，307为支座固定螺钉；
4为腕部连接组件，401为腕部工装，402为腕关节支架，403为腕部支架锁紧螺钉；
5为设备支架，501为铝合金角接件，502为角接件固定螺钉， 503为脚轮，504为安装板，505为安装板固定螺钉，506为电控柜。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
如图1所示，本实用新型包括肩部法兰快速夹紧装置1、关节驱动组件2、肘关节组件3、腕部连接组件4及设备支架5，其中肘关节组件3安装在设备支架5上，航天服肘部卡箍304锁紧于肘关节组件3上。肩部法兰快速夹紧装置1与腕部连接组件4分别位于该肘关节组件3的两侧，在肩部法兰快速夹紧装置)和腕部连接组件4下方的设备支架5内均设有关节驱动组件2，每个关节驱动组件2均可相对移动地安装在设备支架5上，两侧的关节驱动组件2的输出端分别与肩部法兰快速夹紧装置1和腕部连接组件4相连，分别带动肩部法兰快速夹紧装置1和腕部连接组件4进行摆动。肩部法兰快速夹紧装置1上夹紧有航天服肩部法兰106，该腕部连接组件4上设有固定航天服腕部接口的腕部工装401，该腕部工装401上设有航天服充气接口。
设备支架5为铝合金型材支架，且连接处采用铝合金角接件501、角接件固定螺钉502固连在一起。设备支架5的底部安装有多个(本实施例为六个)脚轮503，从而保证测试设备具有更好的可移动性；设备支架5的顶部沿长度方向固定有安装板504，在设备支架5的一侧安装有电控柜506，关节驱动组件2与该电控柜506内的控制系统相连。
如图2～4所示，肩部法兰快速夹紧装置1包括肩关节支架102、顶杆端盖104、压紧端环105、压紧法兰107、拉杆108、顶板109、连杆112、同步滑环114、顶杆116、盖板118、铜套法兰119、导向轴120、石墨铜套121及中心压紧件122，其中压紧法兰107与顶板 109分别通过压紧法兰固定螺钉124和顶板固定螺钉126安装于肩关节支架102上部的两侧，肩关节支架102下部设有用于与关节驱动组件2连接的支架固定螺钉101。
顶杆116的一端设有凸台法兰127，该凸台法兰127容置于顶杆端盖104内，顶杆端盖104通过顶杆端盖固定螺钉103固定在顶板 109上；凸台法兰127朝向顶板109的一面与顶板109配合，且凸台法兰127在顶杆端盖104内部可相对顶板109转动。顶杆116的另一端开设有便于扳手旋拧的沉孔，本实施例的沉孔为内六角沉头孔。
顶板109的一侧设有盖板118，该盖板118通过多根导向轴120 与顶板109相连，导向轴120的两端分别通过盖板固定螺钉117将导向轴120和顶板109、盖板118固连在一起。本实施例的导向轴120 为三根。中心压紧件122的一侧位于顶板109与盖板118之间，在中心压紧件122一侧的外边缘开设有三个通孔，三根导向轴120分别由这三个通孔穿过，每个通孔内均容置有石墨铜套121，导向轴120由石墨铜套121穿过；通孔的内壁与石墨铜套121外侧配合，石墨铜套 121内侧可沿导向轴120轴向滑动。中心压紧件122的另一侧为凸台，该凸台上套设有滑环铜套125，凸台外侧与滑环铜套125内侧配合，同步滑环114可相对移动地套在该滑环铜套125外部，滑环铜套125 的外端部设有铜套法兰119，铜套法兰119与凸台的端部通过铜套法兰固定螺钉115固定。在同步滑环114与铜套法兰119之间设有套在滑环铜套125上的弹簧123，弹簧123的两端分别抵接于同步滑环114 和铜套法兰119，弹簧123被同轴压缩在同步滑环114和铜套法兰119 之间。盖板118上开设有供滑环铜套125穿过的孔。
顶杆116的另一端与中心压紧件122螺纹连接，顶杆116的外表面制有梯形外螺纹，中心压紧件122上开设有中心孔，该中心孔内壁制有与梯形外螺纹配合连接的梯形内螺纹。顶杆116与中心压紧件 122同轴配合。
拉杆108为多个(本实施例为六个)，沿航天服肩部法兰106的圆周方向均布，每个拉杆108的一端分别通过拉杆固定螺钉111铰接于中心压紧件122上，另一端为压紧端。各拉杆108的压紧端与航天服肩部法兰106之间设有压紧端环105，航天服肩部法兰106的两侧分别与该压紧端环105和压紧法兰107配合抵接。各拉杆108的压紧端与压紧端环105的侧面配合。每个拉杆108与同步滑环114之间均连接有连杆112，该连杆112的一端通过连杆拉杆固定螺钉110与拉杆108铰接，另一端通过连杆滑环固定螺钉113与同步滑环114铰接。弹簧123初始状态为压缩状态，通过该弹簧123作用于同步滑环114，使各拉杆108在自由状态产生向内收缩的预紧力。
本实用新型顶板109的材料为硬度较高且耐磨性较好的高锰钢。
如图5、图6所示，关节驱动组件2包括防尘罩201、动力源、关节支撑202、轴承支撑件203、转接法兰、扭矩传感器222、锁紧压板205、关节输出轴206及关节输出连杆207，该防尘罩201、关节支撑202及轴承支撑件203依次相连，轴承支撑件203相对的左右设有两个与锁紧螺钉204配合的螺纹孔，两侧均通过锁紧螺钉204连接有锁紧压板205。安装板504上开设有条形孔，锁紧压板205位于安装板504的外侧，轴承支撑件203可相对移动地放置在安装板504 上，待轴承支撑件203的位置调整好后，利用锁紧螺钉204穿过条形孔、与锁紧压板205连接锁紧。动力源安装在防尘罩201内，输出端通过转接法兰与扭矩传感器222的底部相连，该转接法兰与轴承支撑件203转动连接，扭矩传感器222的顶部与关节输出轴206相连，关节输出连杆207的一端与该关节输出轴206连接，另一端分别通过方孔与腕关节支架402、肩关节支架102配合，并通过腕部支架锁紧螺钉403、支架固定螺钉101固连在一起；该关节输出连杆207通过动力源驱动，带动肩部法兰快速夹紧装置1或腕部连接组件4摆动。轴承支撑件203内壁上安装有光电开关223，扭矩传感器222上设有与光电开关223相对应的光电开关感应销钉227。关节输出轴206上设有限位螺钉226，轴承支撑件203上开设有条形孔，该限位螺钉226 插入条形孔中，在动力源驱动关节输出轴206摆动的过程中通过限位螺钉226进行限位。
动力源包括编码器208、驱动电机209、行星齿轮减速器210及谐波减速器215，转接法兰分为相互连接的上部转接法兰219及下部转接法兰217。驱动电机209首尾两端分别与行星齿轮减速器210、编码器208固连，行星齿轮减速器210法兰面通过沿圆周均布的六个电机固定螺钉212与电机安装支架213固连在一起，行星齿轮减速器 210输出轴通过过渡轴211与谐波减速器215输入端固定在一起，谐波减速器215输出端通过下部转接法兰217、上部转接法兰219与扭矩传感器222固连在一起，下部轴承221外圈与轴承支撑件203相配合，内圈与上部转接法兰19配合，轴承支撑件203内壁设有光电开关223，扭矩传感器222一端设有光电开关感应销钉227，扭矩传感器222顶部通过输出轴固定螺钉224与关节输出轴206固连在一起，关节输出轴206通过输出连杆固定螺钉214与关节输出连杆207固连在一起。
如图7所示，肘关节组件3包括下部卡箍301、上部卡箍302、底部支座306及卡箍锁紧螺钉305，该下部卡箍301的一侧与上部卡箍302的一侧通过卡箍连接螺钉303铰接，且下部卡箍301及上部卡箍302的内侧均设有与航天服肘部卡箍304配合的凹槽，下部卡箍 301的另一侧与上部卡箍302的另一侧均为自由端、通过卡箍锁紧螺钉305连接，并将航天服肘部卡箍304锁紧于下部卡箍301与上部卡箍302的凹槽内；下部卡箍301通过底部支座306安装在安装板504 上。
本实用新型的工作原理为：
在对航天服上肢进行性能测试之前，首先操作者用手驱动一个拉杆108向外侧移动，使沿圆周均布的六个拉爪108在同步滑环114的作用下同步张开，将航天服肩部法兰106放置在压紧端环105和压紧法兰107之间，随后释放拉杆108，使六个拉爪108在被弹簧123的作用下向内收缩。然后，用棘轮扳手插入顶杆116另一端开设的内六角沉头孔中，利用棘轮扳手驱动顶杆116旋转，进而使中心压紧件 122、滑环铜套125、铜套法兰119沿轴向移动，使各拉杆118通过压紧端环105和压紧法兰107将航天服肩部法兰106夹紧。
随后，利用卡箍锁紧螺钉305将航天服肘部卡箍304锁紧；将航天服固定好之后通过电控柜506内的控制系统(本实用新型的控制系统为现有技术)驱动关节驱动组件2按预设角度进行运动，并利用光电开关223每间隔设定周期对零位进行校准。航天服拆卸过程与安装过程相反。