零（微）重力条件下的仿重力穿戴设备及相关配套设施的制作方法

技术领域：

本发明涉及航天生物医学技术。

背景技术：
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众所周知，航天领域里的宇航员在零重力或微重力条件下的长期生活和工作，都迂到重大的适应与健康问题。据英国《卫报》网站2016.10.25报道，宇航员在长期太空飞行期间，会长高一两英时(1英时约等于2.54厘米)，但肌肉会严重萎缩。由于在微重力或零重力条件下，脊柱不承受体重压迫，导致脊柱周围小块肌肉萎缩。经过4到7个月飞行后，核磁共振成象扫描表明，宇航员脊柱周围肌肉横截面平均萎缩19％，回到地面一到两个月后，萎缩的肌肉只恢复2/3。由于椎旁肌肉与脊柱相连，负责控制每块骨头运动，支撑脊柱和避免侧弯。故此，微重力和零重力下的太空飞行，导致肌肉萎缩和背痛，可能阻碍未来探索火星的长途太空飞行任务的成功完成。目前，人们试图通过有计划的太空运动训练(例如瑜伽、跑步)，来克服这个不可小觑的大问题。

另外，资料显示，前苏联和俄罗斯的和平号空间站，采用了仿地面的地板、侧面墙和天花板设计，不过，和平号显然也没有解决零(微)重力条件对宇航员适应和健康造成的严重问题。

又：据《参考消息》2016.11.14报道，俄罗斯正在研制的国际空间站太空舱，将安装离心机来制造人造重力。显然，这是个雄心勃勃的远景规划。但是，这将需要小型核反应堆提供动力，使环形太空舱高速旋转以获取相当于地球重力加速度g的离心加速度。它将需要巨大投资以建设巨无霸的空间站，未来数十年也难以实现。此外，通往火星等星球的长期旅行，所乘火箭或飞船，也只能採较小的容积空间，不可能采用俄罗斯的用离心机来制造人工重力的设计构想。

基于上述技术背景，本发明试图设计目前实用、而且今后许多年也实用于空间站和火箭、飞船的仿重力穿戴设备和相关配套设施，为宇航员的长期太空飞行部分创造人工重力环境，在一定程度克服困扰人类太空旅行的微重力、零重力条件对人的生理和心理健康造成的严重损伤的国际难题，并把此发明移用到引力比地球小的月球与火星的人类永久建筑的居住环境中去，也可移用到空间站和飞船、火箭用的智能机器人及其它物品上去，开启人类太空探索和旅行的人工仿重力时代。

技术实现要素：
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为克服空间站、飞船、火箭等航天器零(微)重力条件下，宇航员长期太空飞行给人体生理、心理健康造成的严重负面影响，本发明提出零(微)重力条件下的仿重力穿戴设备及相关配套设施构想，即依据宇航员人体的头、胸、腹、臀部、上肢、下肢所承受地球重力，在零(微)重力条件下用弹性材料张力或电磁力等，制造将头、胸、腹、臀部及四肢包括在内的仿重力穿戴设备(仿重力宇航服、仿重力电磁靴、仿重力卧床)，最大限度提供仿重力活动条件，一定程度排除长期太空飞行零(微)重力条件对宇航员生理、心理健康造成的严重损害。此外，本发明也适用于火星、月球等比地球引力小的居住环境下的宇航员，在长期小重力条件下的健康生活；也可移用到空间站和飞船、火箭内使用的智能机器人与其它物件上。

本发明需先确定宇航员人体头、胸、腹、臀部、四肢的质量分布。理论上可以用直角坐标中的三重积分，来确定人体自头部到身体各部横断面的累加质量，或相邻两个横断面之间的人体局部累加质量；再依据人体不同活动状态，确定人体各部实际受力情况。但是，由于人体是个不断与外界进行物质与能量交换，同时体内又不断进行代谢的生命系统，因此，事实上，头、胸、腹、臀部和四肢的质量(或重量)是随时间和人体活动状态不断变化的，不存在不变的准确测量数据或计算数据。而要满足本发明仿重力条件，也不需要相关头、胸、腹、臀部及四肢的精确质量(或重量)数据，只需要近似数据。例如，把人体简化为一个均质个体，那么，用水箱测得头、胸、腹、臀部、四肢的各部容积，就可求得简化的、近似的头、胸、腹、臀部、四肢的质量。更好的方法是，利用全身ct扫描，测得头、胸、腹、臀部和四肢的骨骼与其它实体(肌肉、脏器、内含实质物等)的容积大小，再依据骨骼、肌肉、脏器、内含实质物等的估计平均比质(单位容积质量)，求得更好的头、胸、腹、臀部、四肢的近似质量。然后再依据人体不同活动状态，确定各部位的承受重力状况。(参见图7)

我们知道，在地面重力条件下，人站立时，头、胸、腹、臀部、下肢(大腿、小腿、足部)，选次把重力加在下面机体上，而双足承受着全身挤压重力；上肢则承受着自身的重力和肩部拉力，并向肩部施加上肢重力；在人走动时，下肢双腿所承受的重力是周期性变化的。在一个步行周期里，当一条腿抬起，它的足部承受的挤压重力变为零，但同时承受大腿、小腿及足部重量产生的拉伸重力；而此时另一条腿的足部，则承受全身挤压重力；当这条腿完全落下，则它的足部承受全身挤压重力，而同时另一条腿的足部，承受的挤压重力变为零，转而承受它的大腿、小腿和足部重量产生的拉伸重力。如此周而复始，步行往前移动，全身也相应上下做拉伸和挤压动作。(参见图10)

从人体骨骼角度分析，那么，人站立时，头、胸、腹、臀部、上肢、下肢，依次把重力加在颈椎骨、锁骨、肩胛骨、胸骨、肋骨、胸椎骨、腰椎骨、髋骨，直至大腿的股骨、髌骨，小腿的胫骨、腓骨，足部的跟骨、跗骨、跖、趾骨上，上肢的肱骨、桡骨、尺骨、腕骨、掌骨、指骨，承受着上肢的拉伸重力；并在肩关节处将重力加于肩胛骨(参见图8，图9)

人行走，坐下时，身体各部所承受重力加于骨骼上的情形，可做如上类似分析，此处从略。

在人坐下时，通常人体上部重量(头、胸、腹、臀)连同大腿重量，都在臀部；而足部则承受小腿重量。

以上考虑的是人体站立、行走、坐下时，全身重力的简化分布模式。在人躺卧时，人体各部所受重力及承重点，依不同躺卧姿势而不同，比较复杂。但其最大特点，是身体各部所受重力，与人站立时所受重力，互相垂直；而其大小不是从头部到该受力部位的身体各部位重力累加值，而只是该部位所涉受力点邻近部位的重力值；如果躺卧姿势在受力部位牵涉身体几个部位(四肢和躯体)叠加，则其所受重力是叠加各部邻近部位所受重力之和。

如前所述，用全身ct扫描可确定身体各部位(头、胸、腹、臀、四肢)的质量分布；躺卧时，身体各部位所受重力，是该部位邻近横断面所夹区域的重力值，或者牵涉到身体几个部位(四肢和躯体)叠加，则其所受重力是叠加各部横断面所夹邻近区域的重力之和。

作为简化模式，可选取人们最常见的躺卧姿势如仰卧、俯卧、左侧卧、右侧卧等，来使躺卧受力情况易于处理，又能基本满足仿重力卧床的设计要求。

依据上面对宇航员人体各种活动状态(站立、行走、坐姿、卧姿)下的身体各部简化的受力状况分析，来设计零(微)重力条件下的仿重力穿戴设备，并配备配套设施。

设计思想是，仿重力穿戴设备的仿重力宇航服，应能在零(微)重力条件下，将与地面重力条件相当的、简化但满足医学要求的仿重力尽可能加于全身各部，但同时不能象紧身衣那样妨碍和影响全身肌肉活动、血液、体液循环和正常呼吸。其次，仿重力在人站立、行走、坐姿、卧姿的不同状态下，与地面自然重力影响情形应当相当，即所受仿重力也是可变化、可调节和适中的。仿重力穿戴设备的仿重力电磁靴，应能在零(微)重力条件下，依据地球上人体活动状况(站立、行走、坐姿等)，在仿重力软磁地板上电磁靴改变其仿重力大小，以模拟地球上的人体自由活动。仿重力卧床，应能在零(微)重力条件下，对取卧姿的人体各部，施加与地球上自然重力影响情形相当的仿重力，并且是可变化可调节的。

当然，我们所提仿重力穿戴设备，不可能复制、和完全模仿引力场。

本发明内容：

零(微)重力条件下的仿重力穿戴设备及相关配套设施，包括：仿重力宇航服，仿重力电磁靴，仿重力卧床，相关配套设施，其它；相关配套设施的计算机，通过仿重力穿戴设备的各种传感器，判断人体(宇航员)自主活动状态，然后操控相关各执行部件，对人体(宇航员)身体各部，实时施加所需的仿重力。

1、所述仿重力宇航服，其特征是：

a：用弹性材料(松紧带或弹簧)的张紧控制，来制造所需人工仿重力；

b：确定人体头(head)、胸(chest)、腹(abdomen)、臀(hip)、上肢(arm)、下肢(leg)，包括大腿(thigh)、小腿(shank)、足(foot)，(参见图7)，各自所受地面重力近似值；

头部重力：h(以英文身体部位首字母表示，下同)；

胸、腹、臀部重力：c、a、h，简记为cah；

上肢重力：a；

下肢重力：1；包括大腿t，小腿s，足f

c：仿重力宇航服的弹性材料固定着力点为：

头顶部(图1中的5)，对应颅骨(参见图8)；

肩部(图1中的1)，对应锁骨(参见图8)，肩胛骨(参见图8)；

腹与臀部(图1中的2)，对应髋骨(参见图8)；

大腿关节部(图1中的3)，对应膝关节，髌骨(参见图8)：

小腿和足部的踝关节部(图1中的4)及足底电磁靴部(图1中的6)，对应小腿胫骨、距骨、跟骨及足底骰骨、跖骨等(参见图8、图9)；

d：仿重力宇航服对全身各部施加的仿重力大小分布为：

①头顶和肩部之间的弹性材料产生的张紧拉力(挤压仿重力)，相当于头部重力h；

②肩部和腹与臀部之间的弹性材料产生的张紧拉力(挤压仿重力)，相当于头部重力h，再加胸、腹、臀重力cah，再加上肢重力a，总计为：h+cah+2a；

③腹、臀与大腿膝关节部之间的弹性材料产生的张紧拉力，随着人体的不同活动模式而变化：

站立时，单条大腿承受的弹性材料张紧拉力(挤压仿重力)，相当于头部重力h，加上胸、腹、臀部重力cah，加上上肢两臀和两条大腿重力总和的一半，即：

单条大腿承受的弹性材料张紧拉力(挤压仿重力)＝1/2(h+cah+2a+2t)；

行走时，单条大腿承受的弹性材料张紧拉力(挤压仿重力)，在零和此大腿以上各身体部位重力总和，再加上一条大腿和另一条腿(大腿、小腿、足部)的重力总和之间变化，即：

0≤单条大腿承受的弹性材料张紧拉力(挤压仿重力)≤(h+cah+2a+2t+s+f)；

另一大腿承受的弹性材料张紧拉力(挤压仿重力)连同它的小腿及足部所受弹性材料张紧拉力(挤压仿重力)都变为0；但同时此另一大腿及小腿与足部，需承受大腿加小腿加足部的拉伸仿重力，即

中的(t+s+f)，由完整版仿重力宇航服的体外机械骨骼(碳纤维或轻质合金制成的体外机械臀)的弹性材料提供这种拉伸仿重力。

所以，在行走时，一条大腿承受的弹性材料张紧拉力(挤压仿重力或拉伸仿重力)，在一个行走周期里，实际由两部分变化组成，即挤压仿重力和拉伸仿重力的周期性变化，即：

拉伸仿重力中的(++s+f)≤单条大腿行走周期内所受仿重力≤挤压仿重力(h+cah+2a+2t+s+f)；

拉伸仿重力由完整版仿重力宇航服的体外机械骨骼的弹性材料提供(图2)；挤压仿重力由简化版仿重力宇航服提供(图1)。

坐下时，臀部承受的弹性材料张紧拉力(挤压仿重力)，相当于头部重力h，加上胸、腹、臀部重力cah，两臀重力2a，再加上两条大腿重力的一半，即：

臀部承受的弹性材料张紧拉力(挤压仿重力)＝h+cah+2a+t；

④膝关节和小腿及足部之间弹性材料产生的张紧拉力，亦随着人体的不同活动模式而变化：

站立时，单条小腿及足部承受的弹性材料张紧拉力(挤压仿重力或拉伸仿重力)，相当于头部重力h，加上胸、腹、臀部重力cah的一半，再加上一条手臂重力a和一条大腿重力t，加小腿重力s，加足的重力f，即：

单条小腿及足部承受的弹性材料张紧拉力(挤压仿重力)＝1/2(h+cah)+a+t+s+f；

行走时，单条小腿及足部承受的弹性材料的张紧拉力(即挤压仿重力)，在零和全身挤压仿重力之间变化，即：

0≤单条小腿及足部承受的弹性材料张紧拉力(挤压仿重力)≤h+cah+2(a+t+s+f)；

此外，另一小腿及足部的受力情况是，其上部大腿及小腿和足部的挤压重力变为零，但它受到完整版仿重力宇航服(图2)的体外机械骨骼(体外机械臂)所设弹性材料施加的拉伸仿重力，即拉伸仿重力中的(t+s+f)；故：

行走时，一条小腿及足部承受的仿重力，在一个行走周期内，在拉伸仿重力中的(t+s+f)与全身挤压仿重力h+cah+2(a+t+s+f)之间变化，即：

拉伸仿重力中的(t+s+f)≤单条小腿及足部行走周期内所受仿重力≤挤压仿重力h+cah+2(a+t+s+f)；

坐下时，单条小腿及足部承受的弹性材料张紧拉力(挤压仿重力)，相当于大腿重力t的一半，加上小腿重力s和足部重力f即：

单条小腿及足部所承受的弹性材料张紧拉力(挤压仿重力)＝1/2t+s+f；

e：弹性材料(装于简化版仿重力宇航服(图1)或完整版仿重力宇航服(图2)的体外机械骨骼上的松紧带或弹簧)(图1中的7、8、9、10与图2中的16、17、18)，通过张紧调控装置(图1中的12、13、14与图2中的19、20)，调控仿重力宇航服各部分的弹性材料(图1中的7、8、9、10与图2中的16、17、18)的张紧程度，对活动状态下的身体各部位，施加上述d所需求的挤压仿重力或拉伸仿重力。

弹性材料可编织成网状，也可以采用带状，可以采用尽可能少的带状弹性材料；可以采用很短的弹性材料，连接无弹性不改变长度的尼龙带，加张紧调控装置，来获得所需仿重力大小的张紧拉力，同时不影响人的呼吸和血液、体液循环与身体舒适度。

张紧调控装置(图1中的12、13、14与图2中的19、20)可采用液压方式或机械方式控制弹性材料(图1中的7、8、9、10与图2中的16、17、18)的张紧程度。

张紧调节装置(图1中的12、13、14与图2中的19、20)的控制，由仿重力穿戴设备相关配套设施的计算机，依据人体活动状态下安装在身体各部(胸、腹、手臂、大腿、小腿、足部)的表面肌电传感器(图4中的5、6、7、8)、压力传感器(图3中的7)或位移传感器(图3中的7)所给出的数据，经软件算法与预先存入的相关数据比对判断，所得出的上述d所需身体各部所需挤压仿重力或拉伸仿重力大小，予以实时控制。

仿重力宇航服与电磁靴之间，以无弹性尼龙带(图1中的11、图3中的5)拉紧连接，使小腿及足部承受的仿重力大小，传递到电磁靴(图1中的6、图3中的1)。

仿重力宇航服的弹性材料的布设，只对人体体位的中轴线方向(纵向)施加仿重力，不在与中轴线垂直的横向产生张紧挤压，以防仿重力宇航服对人体的呼吸和血液、体液循环造成负面影响。

f：仿重力宇航服可在零(微)重力条件(悬空漂浮)下单独使用，不使用电磁靴；此时，依据胸、背部、大腿、小腿上安装的表面肌电传感器给出的数据，判定人体活动状态(仿站立、行走、坐下状态)，来控制和调控仿重力宇航服各弹性材料调控装置，对身体各部施加所需仿重力大小。

g：鉴于零(微)重力条件下长期的太空飞行，给宇航员造成的主要健康问题，是脊柱及周围肌肉的萎缩及背痛，和身体长高，故此，挤压仿重力是最应该注意的，其它在身体不同状态下加于上肢和下肢的拉伸仿重力是次要的。依据这种考虑，我们可以选择舍弃制造拉伸仿重力的体外机械骨骼(体外机械臂)及所设弹性材料与张紧调控装置，大大简化仿重力宇航服，使其更为可靠、轻便、可行，即弃用附图2的完整版仿重力宇航服设计，采用附图1的简化版仿重力宇航服设计。

h：依据g，还可以进一步简化简化版仿重力宇航服，推出更简便的手动版仿重力宇航服，即取消计算机自动控制系统对人体(宇航员)各种活动状态(站立、行走、坐姿、卧姿)下加于人体各部的仿重力调控，改用人工手动调控，使头顶到肩部的挤压仿重力保持为h；肩部到臀部之间的挤压仿重力保持为h+cah+2a；腹臀与大腿膝关节部的挤压仿重力保持为小于h+cah+2a+2t+s+f；膝关节和小腿及足部之间的挤压仿重力保持为小于h+cah+2(a+t+s+f)；经零(微)重力条件下反复测试，就可得到最简单、最可靠且基本符合医学要求的纯手动调控的仿重力宇航服。

i：手动版仿重力宇航服，还可分解为可单独使用的头部仿重力束带；胸腹部仿重力上装；腹臀下肢仿重力裤子。

2、所述仿重力电磁靴，其特征是：

a：仿重力电磁靴(图3中的1)的底部，在其头部、中部、根部，安装有可控电磁力大小的电磁铁(图3中的2、图3中的3、图3中的4)，其电磁力大小，在零和人体全身重力之间变化，即：

0≤电磁靴底部的头部、中部、根部的电磁铁所产生电磁仿重力≤人体全身重力h+cah+2(a+t+s+f)；

b：仿重力电磁靴内衬底(图3中的6)，在足底承受重力的各部(相当于跟骨、第1跖骨、第5跖骨、趾骨所处部位)，安装有多个压力传感器(图3中的7)，或位移传感器(图3中的7)，以测定穿着仿重力宇航服和仿重力电磁靴(图3中的1)的人体足部，在人体活动各种状态下的所受压力变化数据或位移变化数据，为相关配套设施的计算机操控人体各部在不同活动状态下的仿重力大小提供分析数据，实现实时控制，并控制电磁靴底电磁铁(图3中的2、图3中的3、图3中的4)的电磁力大小，依a所需变化；

c：仿重力电磁靴(图3中的1)，用无弹性尼龙带(图3中的5)(即图1中的11)，与仿重力服的小腿和足部的仿重力着力点(图1中的4)做拉紧连接。

d：仿重力电磁靴(图3中的1)底部电磁铁(图3中的2、3、4)以柔性方式与电磁靴(图3中的1)其它柔性部分相连接，不妨碍其各电磁铁(图3中的2、3、4)与足底纵弓方向做所需转动。

e：为使电磁靴更灵活模仿人体足部所受身体重力，可采用沿足底内外侧双排和沿足底前后多块电磁铁的设计。

f：仿重力电磁靴(图3中的1)的相关配套设施之一，是固定在空间站和飞船(火箭)“地板”(图4中的1)上的铁磁性材料(软磁材料)的薄板(图4中的1)，供电磁靴吸附在“地板”上。

g：为使电磁靴更轻便灵活，其电磁铁产生的电磁力，可以设计成略大于零即可，以适于宇航员穿着电磁靴可吸附到铁磁性材料制作的“地板”上，同时满足靴内足底传感器(压力传感器或位移传感器)所得测量数据(压力或位移)，大到足够用来判断人体不同活动状态(例如站立、步行、坐下等等)。由此电磁靴底部电磁铁，可设计成很轻、很薄的简化版电磁靴。

h：可单独使用电磁靴，不使用仿重力宇航服，使人体能够吸附在铁磁物质薄板制作的空间站或飞船(火箭)的“地板”上。此时，依据电磁靴内足底的压力传感器或位移传感器，来控制电磁靴底部电磁铁的电磁力大小，达到人体自主移动。

3、所述仿重力卧床，其特征是：

a.仿重力卧床采用“三明治”结构设计，即“底层”为“卧床”(图5中的1)，“中间层”为人体(宇航员)(图5中的2)，“上层”为仿重力施压装置(图5中的3)。

b.仿重力卧床的简化版，“底层”为传统按摩垫，採振动、转动、加热等按摩方式；“上层”为仿重力施压装置，采用液压或弹性材料，将相当于或小于人体(宇航员)全身重量的压力，由零(微)重力条件下的测试所确定的符合医学要求、人体生理、心理感觉适宜的压力，加于气垫(图5中的4)上，气垫(图5中的4)再把这个压力分散传递到“中间层”的人体(宇航员)(图5中的2)，将人体推向“底层”卧床(图5中的1)；“底层”卧床(图5中的1)对人体施加按摩，或停止按摩充当睡眠床垫。

c.仿重力卧床的升级版，“底层”卧床为微型压力传感器和按摩器单元构成的矩阵，“中间层”为人体(宇航员)；“上层”为微型仿重力施压单元构成的矩阵；“上层”将人体(宇航员)推向“底层”卧床，依据此时人体“宇航员”在“底层”卧床采取的卧姿，与此前训练所采取的最常见躺卧姿势(仰睡、俯睡、左侧睡、右侧睡)的人体在“底层”卧床上压力传感器矩阵给出的数据进行比对，以确认人体此时所采取的卧姿；“上层”仿重力施压装置的微型仿重力单元矩阵，在计算机及软件算法控制下，对此卧姿的人体各部，施加相当于该部位邻近区域重力值大小的仿重力(挤压仿重力)；若此部位涉及该卧姿下身体几个部位(四肢和躯体)叠加，则此部位施加的仿重力应是该卧姿下身体几个部位邻近区域重力值的和；同时，“底层”卧床上的按摩器单元矩阵，对压在其上的人体(宇航员)各相关部位，施以按摩，或提供卧床着力点；人体头部，在“底层”卧床所提供“枕头”上，承受“上层”微型仿重力施压单元构成的矩阵所施加的相当头部重力大小的仿重力(挤压仿重力)。

d.仿重力卧床的高级版，“底层”卧床为微型压力传感器和按摩器单元构成的矩阵；“上层”为微型仿重力施压单元构成的矩阵，同时，“上层”上安装有3d扫描仪；“中间层”为人体(宇航员)；人体紧靠“底层”卧床，可采取任意形式卧姿，“上层”安装的3d扫描仪对人体(宇航员)的卧姿进行扫描，建立3d图像，计算机软件算法判断“上层”微型仿重力施压单元构成的矩阵，应对此卧姿的人体各部，施加相当于该部位邻近区域重力值大小的仿重力(挤压仿重力)；若此部位涉及该卧姿下身体几个部位(四肢和躯体)叠加，则此部位施加的仿重力应是该卧姿下身体几个部位邻近区域重力值的和；同时，“底层”卧床上的按摩器单元矩阵，对压在其上的人体(宇航员)各相关部位，施以按摩，或提供卧床着力点；人体头部，在“底层”卧床提供的“枕头”上，承受“上层”微型仿重力施压单元构成的矩阵所施加的相当头部重力大小的仿重力(挤压仿重力)。

e.不使用时，仿重力卧床的“上层”和“底层”可折叠在一起，使所占用空间最小。

f.为简便、可靠，可优先选用仿重力卧床的简化版。

4、所述相关配套设施，其特征是：

a.仿重力穿戴设备(仿重力宇航服、仿重力电磁靴、仿重力卧床)的相关配套设施包括：微型计算机(图6中的2)，各种传感器(仿重力宇航服所需人体表面肌电传感器，仿重力电磁靴内足底压力传感器或位移传感器，仿重力卧床“底层”的压力传感器，等)(图6中的3)，各执行部件(仿重力宇航服弹性材料张紧拉力调控装置，仿重力电磁靴底部电磁力大小调控装置，仿重力卧床“上层”的仿重力施压调控装置，“底层”的按摩调控装置，等)(图6中的8)，各种相关软件(仿重力宇航服采用人体表面肌电传感器与仿重力电磁靴内足底压力传感器或位移传感器，仿重力卧床“底层”压力传感器的数据采集，人体活动模式判断，不同活动模式下由仿重力宇航服、仿重力电磁靴、仿重力卧床对人体各部所应施加的仿重力大小的确定，和对各执行部件的实时控制指令处理软件等)，电源，以及空间站、飞船或火箭的软磁材料薄板制作的“地板”，工作台，等。

b.仿重力穿戴设备(仿重力宇航服、仿重力电磁靴、仿重力卧床等)的计算机自动控制系统框图(图6)，计算机自动控制系统的原理是，当人体(宇航员)自主改变身体活动状态(站立、行走、坐下、躺卧等)时，贴于人体胸、背、大腿、小腿、足部的表面肌电传感器(图4中的5、6、7、8，图6中的3)，或电磁靴(图3中的1)内足底的压力传感器(图3中的7，图6中的3)、位移传感器(图3中的7，图6中的3)，仿重力卧床“底层”(图5中的1)的压力传感器(图6中的3)，将所测得物理数据(肌电数据、压力数据、位移数据等)，经过滤波放大(图6中的4)和模/数(a/d)(图6中的5)转换，输入计算机(图6中的2)进行分析处理，计算机通过软件算法对所输入数据作人体自主活动状态(站立、行走、坐下、躺卧)判断，再经数/模(d/a)(图6中的6)转换，将信号适当调理(图6中的7)后，输入各执行部件(仿重力宇航服各部位的弹性材料张紧调控装置，或电磁靴底部电磁铁电磁力大小调控装置，或仿重力卧床“上层”3d扫描仪与仿重力施压调控装置，“底层”按摩调控装置，等)(图6中的8)，操控各执行部件(图6中的8)正确动作，施加人体各活动状态(站立、行走、坐下、卧姿等)所预期的仿重力(挤压仿重力或拉伸仿重力)，实现仿重力穿戴设备(仿重力宇航服、仿重力电磁靴、仿重力卧床)的各项仿重力功能。

c.仿重力穿戴设备(仿重力宇航服(图1，图2)、仿重力电磁靴(图3)、仿重力卧床(图5))以有线和/或无线方式，与计算机(图6中的2)和电源连接；

d.空间站、飞船或火箭的活动空间，用软磁材料(软铁或软磁合金材料)制作“地板”(图4中的1)，工作台，供穿着仿重力宇航服和仿重力电磁靴(图4中的2)的人体(宇航员)(图4中的3、4)，在零(微)重力条件下，作类地的仿重力条件活动，并在装有软磁材料表面的工作平台上，操作各种安装有电磁模块的设备和物体，实现空间站，飞船，火箭活动空间最大程度的类地仿重力化，建立宜居仿重力环境。

5、所述其它，其特征是：

a.依据前述仿重力穿戴设备及相关配套设施的叙述，在满足现代空间站和飞船、火箭的技术要求前提下，尽可能用仿重力穿戴设备及相关配套设施，提供空间站、飞船、火箭零(微)重力条件下的类地仿重力活动条件和类地宜居仿重力活动环境，逐步终结至今还在延续的早期人类太空活动零(微)重力条件下以飘浮活动为主的原始时代，开启人类太空飞行的仿重力活动和类地宜居仿重力环境时代。

b.在火星、月球等引力小于地球的星体，用仿重力穿戴设备及相关配套设施，在火星、月球的人类建筑环境中，增益人体(宇航员)在这些星球中所受引力的不足。

最后，需要强调指出，本发明所述仿重力穿戴设备及相关配套设施，不能复制引力场。而且，需将原创样品在空间站和飞船火箭的零(微)重力条件下，反复进行测试，以验证其医学效果和生理、心理感受和舒适度，逐步优化仿重力穿戴设备，达到可靠、轻便、实用，符合医学要求。

本发明内容叙述完毕。

本发明“零(微)重力条件下的仿重力穿戴设备及相关配套设施”，以简化方式，在空间站、飞船、火箭乃至其它星球(如火星、月球等)上、以人工仿重力，一定程度模拟地球重力条件，最大限度克服目前仍存在的零(微)重力条件下的长期太空飞行给人体(宇航员)生理和心理造成的严重伤害；在不妨碍空间站、飞船、火箭的技术要求前提下，更新其内部空间设计，使之适合仿重力穿戴设备及相关配套设施要求，逐步终结人类早期太空探索的人体(宇航员)飘浮飞行时代，开启零(微)重力条件下的人工仿重力活动和类地宜居仿重力环境时代。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明：

图1，仿重力宇航服简化版(仅考虑挤压仿重力)示意图；

图2，仿重力宇航服完整版(考虑挤压仿重力和拉伸仿重力)示意图；

图3，仿重力电磁靴示意图；

图4，下肢着仿重力电磁靴吸附在软磁材料“地板”上示意图；

图5，仿重力卧床示意图；

图6，仿重力穿戴设备的计算机自动控制系统框图；

图7，供仿重力宇航服设计用人体各部位示意图；

图8，供仿重力宇航服设计用人体骨骼图；

图9，供仿重力电磁靴设计用人体足部骨骼示意图；

图10，供仿重力宇航服设计用人体步行姿态周期示意图。

具体实施方式：

实施例：

选取仿重力穿戴设备的简化版(仿重力宇航服简化版、仿重力电磁靴简化版、仿重力卧床简化版)作为实施例。

仿重力穿戴设备的简化版，及相关配套设施，包括：仿重力宇航服简化版、仿重力电磁靴简化版、仿重力卧床简化版、及相关配套设施。

1、所述仿重力宇航服简化版，其特征是，只考虑前文仿重力宇航服施加于人体各部的挤压仿重力变化，不考虑拉伸仿重力变化；其余说明文字略。

2、所属仿重力电磁靴简化版，其特征是，只考虑前文仿重力电磁靴的靴底电磁力大小略大于零的轻便设计；其余说明文字略。

3、所属仿重力卧床简化版，其特征是，只考虑前文仿重力卧床的简便设计；其余说明文字略。

4、所述相关配套设施，其特征是，与前文仿重力穿戴设备的相关配套设施说明文字同，从略。

本发明实施例叙述完毕。