本实用新型涉及航天服性能测试技术领域，具体地说是一种航天服下肢性能测试机器人。
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。
现有的航天服下肢性能测试设备大多为外置式结构，而且采用气动方式作为驱动源，与航天员穿戴航天服进行星表或太空作业的形式存在较大差异，不能很好的模拟航天员穿戴航天服行走时的膝关节及踝关节曲伸过程，且外置式的测试设备占用空间较大。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种航天服下肢性能测试机器人，机械腿运动轨迹控制精度高且内部温度保证恒定，另外机械腿各段均采用多节外壳套装可伸缩结构，尺寸可调，能够适用于不同尺寸航天服的下肢性能测试。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种航天服下肢性能测试机器人，包括保压箱、空气循环组件、空气冷却机组、散热软管组件和两个机械腿，空气冷却机组通过管路与保压箱相连，空气循环组件设置于保压箱中，两个机械腿安装在保压箱上，且在所述机械腿内设有散热软管组件，保压箱内的空气通过所述空气冷却机组冷却并通过所述空气循环组件送入散热软管组件中；所述机械腿包括大腿、膝关节组件、小腿、踝关节组件和脚部，大腿通过膝关节组件与小腿相连，小腿通过踝关节组件和脚部相连，所述膝关节组件设有膝关节驱动组件和膝关节传动组件，所述踝关节组件设有踝关节驱动组件和踝关节传动组件。
所述机械腿通过一个连接组件与保压箱相连，所述连接组件包括第一连接座、第二连接座、蜗杆、蜗轮和连接销轴，所述第一连接座和第二连接座通过连接销轴铰接，在所述第一连接座内设有蜗杆，在所述第二连接座内设有蜗轮，且所述蜗轮套装于所述连接销轴上，所述蜗杆与蜗轮啮合，所述第一连接座与保压箱相连，所述第二连接座与所述机械腿的大腿固连。
所述大腿包括依次套装在一起的多个壳体，其中第一大腿外壳上端通过一个连接组件与保压箱相连，所述第一大腿外壳下端与第二大腿外壳相连，且在所述第一大腿外壳和第二大腿外壳之间设有大腿外壳滑动导件；所述小腿包括依次套装在一起的多个壳体，其中第一小腿外壳上端与所述膝关节组件铰接，所述第一小腿外壳下端与第二小腿外壳相连，且在所述第一小腿外壳和第二小腿外壳之间设有小腿外壳滑动导件。
所述膝关节组件包括膝关节外壳、膝关节驱动组件、膝关节传动组件和膝关节铰接轴，所述膝关节外壳上端与所述大腿下端固连，所述膝关节外壳下端通过所述膝关节铰接轴与所述小腿上端铰接，膝关节传动组件包括第一膝关节传动组和第二膝关节传动组，所述膝关节驱动组件和第一膝关节传动组设置于大腿内，第二膝关节传动组设置于所述膝关节外壳内。
所述第一膝关节传动组包括膝关节主动齿轮、膝关节从动齿轮和膝关节传动减速器，其中膝关节主动齿轮与所述膝关节驱动组件的输出轴固连，膝关节从动齿轮安装在所述膝关节传动减速器的输入轴上并且与所述膝关节主动齿轮啮合；
所述第二膝关节传动组包括膝关节主动锥齿轮和膝关节从动锥齿轮，所述膝关节主动锥齿轮固装于所述膝关节传动减速器的输出轴上，所述膝关节从动锥齿轮固装于所述膝关节铰接轴上并且与所述膝关节主动锥齿轮啮合；
所述膝关节铰接轴上设有膝关节扭矩传感器，另外所述小腿上端内设有膝关节光电开关，在所述膝关节外壳上设有与所述膝关节光电开关配合的膝关节感应销轴。
所述踝关节组件包括踝关节外壳、踝关节驱动组件、踝关节传动组件和踝关节铰接轴，所述踝关节外壳上端与所述小腿下端固连，所述踝关节外壳下端通过所述踝关节铰接轴与所述脚部铰接，踝关节传动组件包括第一踝关节传动组和第二踝关节传动组，所述踝关节驱动组件和第一踝关节传动组设置于小腿内，第二踝关节传动组设置于所述踝关节外壳中。
所述第一踝关节传动组包括踝关节主动齿轮、踝关节从动齿轮和踝关节传动减速器，踝关节主动齿轮固装于所述踝关节驱动组件的输出轴上，踝关节从动齿轮安装在所述踝关节传动减速器的输入轴上并且与所述踝关节主动齿轮啮合；
所述第二踝关节传动组包括踝关节主动锥齿轮和踝关节从动锥齿轮，踝关节主动锥齿轮固装于所述踝关节传动减速器的输出轴上，踝关节从动锥齿轮固装于所述踝关节铰接轴上并且与所述踝关节主动锥齿轮啮合；
所述踝关节铰接轴上设有踝关节扭矩传感器，另外所述脚部内设有踝关节光电开关，在所述踝关节外壳上设有与所述踝关节光电开关配合的踝关节感应销轴。
所述脚部包括连接座、滑管、脚部外壳和脚部底板，所述连接座上端与踝关节组件铰接，下端通过所述滑管与脚部外壳相连，所述脚部外壳下侧与脚部底板固连。
所述散热软管组件包括设置于大腿内的大腿气管组件和设置于小腿内的小腿气管组件，所述大腿气管组件包括大腿抽气管和大腿吹气管，所述小腿气管组件包括小腿抽气管、小腿吹气管和小腿备用气管。
所述空气循环组件包括轴流风扇和真空泵，所述大腿吹气管和小腿吹气管通过所述轴流风扇吹气，所述大腿抽气管和小腿抽气管通过所述真空泵抽气，所述大腿和小腿内均设有温度传感器，且温度传感器报警时所述小腿备用气管启动。
本实用新型的优点与积极效果为：
1、本实用新型中的膝关节组件和踝关节组件分别用于驱动小腿和脚部摆动，机械腿运动轨迹控制精度高，另外机械腿通过带有蜗轮蜗杆的连接组件与保压箱相连，所述连接组件可通过所述蜗轮蜗杆调整并保持机械腿角度。
2、本实用新型中的机械腿各段均采用多节外壳套装可伸缩结构，可在行程范围内任意位置锁紧，可根据需要测试不同尺寸的航天服，以使机械腿具有更好的适应性。
3、本实用新型利用空气冷却机组对保压箱内的空气进行冷却，并利用散热软管在机械腿外壳内部形成主动空气回流，从而防止由于驱动电机等在工作时产生的热量烫坏航天服内层舒适衬，具有较好的散热效果。
附图说明
图1为本实用新型的示意图，
图2为图1中的机械腿示意图，
图3为图2中的机械腿剖视图，
图4为图2中的连接组件示意图，
图5为图4中的连接组件剖视图，
图6为图2中的膝关节组件示意图，
图7为图6中的膝关节组件另一角度示意图，
图8为图6中的膝关节外壳与小腿连接示意图，
图9为图2中的踝关节组件示意图，
图10为图2中的脚部剖视图，
图11为图2中的散热软管组件分布示意图，
图12为图1中的保压箱内部示意图。
其中，1为大腿，101为第一大腿外壳，102为第二大腿外壳，103为第三大腿外壳，104为大腿外壳滑动导件；2为连接组件，201为第一连接法兰，202为第一连接螺钉，203为第二连接螺钉，204为第二连接法兰，205为蜗杆卡箍，206为卡箍固定螺钉，207为蜗轮，208为第二连接座，209为销轴挡块，210为挡块固定螺钉，211为连接销轴，212为蜗杆，213为第一连接座；3为膝关节组件，301为膝关节外壳，3011为轴承压盖，302为膝关节驱动组件，3021为膝关节编码器，3022为膝关节电机，3023为膝关节减速器，3024为膝关节安装法兰，303为膝关节传动组件，3031为膝关节主动齿轮，3032为膝关节从动齿轮，3033为膝关节传动减速器，3034为膝关节主动锥齿轮，3035为膝关节从动锥齿轮，304为膝关节铰接轴，3041为膝关节扭矩传感器，305为膝关节光电开关，3051为膝关节感应销轴，3052为开关安装架；4为小腿，401为第一小腿外壳，4011为连接支板，402为第二小腿外壳，403为小腿外壳滑动导件；5为踝关节组件，501为踝关节外壳，502为踝关节驱动组件，5021为踝关节编码器，5022为踝关节电机，5023为踝关节减速器，5024为踝关节安装法兰，503为踝关节传动组件，5031为踝关节主动齿轮，5032为踝关节从动齿轮，5033为踝关节传动减速器，5034为踝关节主动锥齿轮，5035为踝关节从动锥齿轮，504为踝关节铰接轴，5041为踝关节扭矩传感器，505为踝关节光电开关，5051为踝关节感应销轴；6为脚部，601为滑管，602为连接座，603为脚部外壳，604为脚部底板；7为保压箱，701为轴流风扇，702为真空泵，703为真空泵底座，704为风扇底座，705为蒸发器，706为安装板；8为小车；9为散热软管组件，901为大腿抽气管，902为大腿吹气管，903为小腿吹气管，904为小腿抽气管，905为小腿备用气管；10为电控柜；11为空气冷却机组；12为冷却接口。
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1～12所示，本实用新型包括保压箱7、空气循环组件、空气冷却机组11、电控柜10、散热软管组件9和两个机械腿，其中如图1所示，所述保压箱7、空气冷却机组11和电控柜10均设置于一个小车8上，且空气冷却机组11通过管路与所述保压箱7上的冷却接口12相连，所述空气冷却机组11用于对保压箱7内的空气进行冷却，空气循环组件设置于所述保压箱7中，两个机械腿安装在所述保压箱7上，且在所述机械腿内设有散热软管组件9，保压箱7内的冷却空气通过所述空气循环组件作用进入散热软管组件9中，并经散热软管组件进入机械腿内进行冷却。所述空气冷却机组11为本领域公知技术。
如图1～3所示，所述机械腿包括大腿1、膝关节组件3、小腿4、踝关节组件5和脚部6，大腿1通过膝关节组件3与小腿4相连，小腿4通过踝关节组件5和脚部6相连，所述膝关节组件3设有膝关节驱动组件302和膝关节传动组件303，小腿4通过所述膝关节驱动组件302驱动摆动，且所述膝关节驱动组件302通过所述膝关节传动组件303传递转矩，所述踝关节组件5设有踝关节驱动组件502和踝关节传动组件503，脚部6通过所述踝关节驱动组件502驱动摆动，且所述踝关节驱动组件502通过所述踝关节传动组件503传递转矩。
如图1所示，所述机械腿通过一个连接组件2与保压箱7相连，如图4～5所示，所述连接组件2包括第一连接座213、第二连接座208、蜗杆212、蜗轮207和连接销轴211，所述第一连接座213和第二连接座208通过连接销轴211铰接，在所述第一连接座213内设有蜗杆212，在所述第二连接座208内设有蜗轮207，且所述蜗轮207套装于所述连接销轴211上，所述蜗杆212与蜗轮207啮合，所述第一连接座213上设有第一连接法兰201，且所述第一连接法兰201通过第一连接螺钉202与保压箱7相连，所述第二连接座208上设有第二连接法兰204，且所述第二连接法兰204通过第二连接螺钉203与所述机械腿的大腿1固连。
如图4～5所示，所述蜗杆212通过蜗杆卡箍205限位安装在第一连接座213上，且所述蜗杆卡箍205通过卡箍固定螺钉206固定在所述第一连接座213上，所述连接销轴211两端通过销轴挡块209限位安装在第二连接座208上，且所述销轴挡块209通过挡块固定螺钉210固定在所述第二连接座208上。
如图2～3所示，所述大腿1包括依次套装在一起的多个壳体，本实施例中所述大腿1包括三层壳体，其中第一大腿外壳101上端与所述连接组件2固连，第二大腿外壳102上端插装入第一大腿外壳101下端，第三大腿外壳103上端插装入第二大腿外壳102下端，第三大腿外壳103下端与所述膝关节组件3固连。
如图2所示，在所述第一大腿外壳101和第二大腿外壳102之间设有大腿外壳滑动导件104，所述大腿外壳滑动导件104上端与所述第一大腿外壳101下端内侧固连，在所述第二大腿外壳102上端设有与所述大腿外壳滑动导件104配合的滑槽，且当所述第一大腿外壳101和第二大腿外壳102之间位置确定后，所述大腿外壳滑动导件104通过一个螺钉固定于第二大腿外壳102上。
如图2～3和图6所示，所述膝关节组件3包括膝关节外壳301、膝关节驱动组件302、膝关节传动组件303和膝关节铰接轴304，其中所述膝关节外壳301上端与所述大腿1的第三大腿外壳103下端固连，下端通过所述膝关节铰接轴304与所述小腿4铰接，膝关节传动组件303包括第一膝关节传动组和第二膝关节传动组，所述膝关节驱动组件302和第一膝关节传动组设置于大腿1内，第二膝关节传动组设置于所述膝关节外壳301内。
如图6所示，所述膝关节驱动组件302包括膝关节电机3022和膝关节减速器3023，膝关节电机3022输出端与所述膝关节编码器3021相连，膝关节电机3022尾端设有膝关节编码器3021，在所述大腿1的第三大腿外壳103内设有一个膝关节安装法兰3024，所述膝关节减速器3023固装于所述膝关节安装法兰3024上且输出轴与所述第一膝关节传动组相连。本实施例中，所述膝关节减速器3023为行星齿轮减速器。
如图6所示，所述第一膝关节传动组包括膝关节主动齿轮3031、膝关节从动齿轮3032和膝关节传动减速器3033，其中膝关节主动齿轮3031与所述膝关节减速器3023的输出轴固连，膝关节从动齿轮3032安装在所述膝关节传动减速器3033的输入轴上并且与所述膝关节主动齿轮3031啮合，所述膝关节传动减速器3033的输出轴与所述第二膝关节传动组相连。本实施例中，所述膝关节传动减速器3033为谐波减速器。
如图6所示，所述第二膝关节传动组包括膝关节主动锥齿轮3034和膝关节从动锥齿轮3035，所述膝关节主动锥齿轮3034固装于所述膝关节传动减速器3033的输出轴上，所述膝关节从动锥齿轮3035固装于所述膝关节铰接轴304上并且与所述膝关节主动锥齿轮3034啮合。
如图6所示，所述膝关节铰接轴304通过轴承支承安装在所述膝关节外壳301上，如图8所示，在所述膝关节外壳301上设有轴承压盖3011固定所述轴承，另外在所述小腿4上端设有连接支板4011，所述膝关节铰接轴304端部由所述膝关节外壳301伸出后插装入所述连接支板4011，从而实现膝关节外壳301与小腿4的铰接。如图6所示，在所述膝关节铰接轴304上设有膝关节扭矩传感器3041用于实时检测机械腿的膝关节扭矩，另外如图7所示，在所述小腿4上端内设有膝关节光电开关305，在所述膝关节外壳301上设有与所述膝关节光电开关305配合的膝关节感应销轴3051，在所述小腿4上端内设有开关安装架3052，所述膝关节光电开关305安装在所述开关安装架3052上。所述膝关节编码器3021、膝关节扭矩传感器3041和膝关节光电开关305均为本领域公知技术。
如图2～3所示，所述小腿4包括依次套装在一起的多个壳体，本实施例中，所述小腿4包括两层壳体，其中第一小腿外壳401上端与所述膝关节组件3中的膝关节外壳301铰接，第二小腿外壳402上端插装入第一小腿外壳401下端，第二小腿外壳402下端与所述踝关节组件5固连，其中在所述第一小腿外壳401和第二小腿外壳402之间设有小腿外壳滑动导件403，所述小腿外壳滑动导件403上端与所述第一小腿外壳401下端内侧固连，所述第二小腿外壳402上端设有与所述小腿外壳滑动导件403配合的滑槽，且所述第一小腿外壳401和第二小腿外壳402之间位置确定后，所述小腿外壳滑动导件403通过一个螺钉固定于第二小腿外壳402上。
如图2～3和图9所示，所述踝关节组件5包括踝关节外壳501、踝关节驱动组件502、踝关节传动组件503和踝关节铰接轴504，所述踝关节外壳501上端与所述小腿4的第二小腿外壳402下端固连，下端通过所述踝关节铰接轴504与所述脚部6铰接，踝关节传动组件503包括第一踝关节传动组和第二踝关节传动组，所述踝关节驱动组件502和第一踝关节传动组设置于小腿4内，第二踝关节传动组设置于所述踝关节外壳501中。
如图9所示，所述踝关节驱动组件502包括踝关节电机5022和踝关节减速器5023，踝关节电机5022输出端与踝关节减速器5023固连，踝关节电机5022尾端设有踝关节编码器5021，在所述小腿4的第二小腿外壳402下端设有一个踝关节安装法兰5024，所述踝关节减速器5023固装于所述踝关节安装法兰5024上且输出轴与所述第一踝关节传动组相连。本实施例中，所述踝关节减速器5023为行星齿轮减速器。
如图9所示，所述第一踝关节传动组包括踝关节主动齿轮5031、踝关节从动齿轮5032和踝关节传动减速器5033，踝关节主动齿轮5031固装于所述踝关节减速器5023的输出轴上，踝关节从动齿轮5032安装在所述踝关节传动减速器5033的输入轴上并且与所述踝关节主动齿轮5031啮合，踝关节传动减速器5033的输出轴与所述第二踝关节传动组相连。本实施例中，所述踝关节传动减速器5033为谐波减速器。
如图9所示，所述第二踝关节传动组包括踝关节主动锥齿轮5034和踝关节从动锥齿轮5035，踝关节主动锥齿轮5034固装于所述踝关节传动减速器5033的输出轴上，踝关节从动锥齿轮5035固装于所述踝关节铰接轴504上并且与所述踝关节主动锥齿轮5034啮合。
如图9所示，所述踝关节铰接轴504通过轴承支承安装在踝关节外壳501上，如图10所示，所述脚部6设有一个连接座602，所述踝关节外壳501通过所述踝关节铰接轴504与所述连接座602铰接。如图9所示，在所述踝关节铰接轴504上设有踝关节扭矩传感器5041用于实时检测机械腿的踝关节扭矩。另外如图10所示，在所述脚部6的连接座602内设有踝关节光电开关505，在所述踝关节外壳501上设有与所述踝关节光电开关505配合的踝关节感应销轴5051。所述膝关节编码器5021、膝关节扭矩传感器5041和膝关节光电开关505均为本领域公知技术。
如图10所示，所述脚部6包括连接座602、滑管601、脚部外壳603和脚部底板604，所述连接座602上端与踝关节外壳501铰接，下端通过所述滑管601与脚部外壳603相连，所述滑管601与脚部外壳603之间为螺纹连接，旋拧所述滑管601即可调整机械腿踝关节和脚部6之间的距离，所述脚部外壳603下侧与脚部底板604通过螺钉固连。
如图2和图11所示，散热软管组件9包括大腿气管组件和小腿气管组件，其中大腿气管组件包括大腿抽气管901和大腿吹气管902，所述大腿抽气管901和大腿吹气管902均固设于大腿1内，且大腿抽气管901末端伸至膝关节驱动组件302尾端编码器附近，大腿吹气管902末端伸至膝关节驱动组件302下部膝关节减速器3023附近，小腿气管组件包括小腿抽气管904、小腿吹气管903和小腿备用气管905，所述小腿抽气管904、小腿吹气管903和小腿备用气管905均固设于小腿4内，且小腿抽气管904末端伸至踝关节驱动组件502尾端编码器附近，所述小腿备用气管905与小腿抽气管904并排布置，小腿吹气管903末端伸至踝关节驱动组件502下部踝关节减速器5023附近。
空气循环组件设置于保压箱7内，散热软管组件9与所述空气循环组件相连。如图12所示，所述空气循环组件包括轴流风扇701和真空泵702，所述轴流风扇701用于向大腿吹气管902和小腿吹气管903内吹气，所述真空泵702用于从大腿抽气管901和小腿抽气管904内抽气，从而在大腿1和小腿4内分别形成空气回流。在所述保压箱7内设有风扇底座704和真空泵底座703，在所述保压箱7底板上设有一个安装板706，所述风扇底座704设置于所述安装板706上，所述轴流风扇701设置于所述风扇底座704上，另外在所述风扇底座704上还设有多个蒸发器705，保压箱7内的冷却气体再通过所述轴流风扇701吹入大腿吹气管902和小腿吹气管903内，所述所述真空泵702设置于所述真空泵底座703上。所述轴流风扇701、蒸发器705和真空泵702均为本领域公知技术。
本实用新型的工作原理为：
本实用新型工作时，首先将两个机械腿放置于航天服下肢内，并将连接组件2中的第一连接法兰201与保压箱7相连，第二连接法兰204与机械腿的大腿1固连，然后通过控制系统控制膝关节组件3和踝关节组件4按预设的运动轨迹运动，并利用膝关节光电开关305和踝关节光电开关505每间隔一定的运动周期之后校准设备零位，且在测试过程中，通过大腿吹气管902和小腿吹气管903分别向大腿1和小腿4内吹入冷却气体，同时大腿抽气管901和小腿抽气管904抽气使气体分别在大腿1和小腿4内形成回流，另外为了防止温度过高烫坏航天服，在大腿1和小腿4内均设有温度传感器用于实时监控温度变化，在所述小腿备用气管905上设有控制阀，当温度报警时所述控制阀打开启动小腿备用气管905向小腿4处吹入冷却气体，以确保航天服内部温度稳定。