航天员舱内活动地面模拟实验研究

论文摘要

定量的分析人类在微重力环境下的活动,对科学研究和太空船工程设计均很重要。通过收集和评测航天员在太空中活动的动力学和运动学数据,可以很好的刻画人类在失重情况下的运动策略和姿态行为;改善轨道舱的设计;保持静止的微重力环境,以便于进行那些对加速度敏感的科学实验;最优化长时间太空任务中人类的操作能力。因此,精确地测量航天员在空间站活动产生的力和力矩,量化其姿势和运动是很有必要的。本文针对神舟飞船特点设计出一套先进的动力学和运动学测量综合系统,能精确测量航天员运动产生的力和力矩,以及其姿势和运动。本文首先归纳出航天员基本的动作行为,并给出详细的分动作设计方案。然后给出航天员作用力测量实验系统的设计方案,该系统能够克服重力影响,较精确地得出运动时人体各关键点产生的力和力矩;给出了航天员运动参数测量实验系统的原理及流程,并详细论述了摄像系统标定,实验图像的采集与存储,标志点数据的提取及目标运动参数解算的方法;给出了辅助设备的概要设计。最后给出了目标运动在像素坐标上的二维数据处理,并对模拟实验的精度作了一些概要的分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 载人航天发展史
• 1.2 课题背景
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 动作设计
• 2.1 动作的归纳与分类
• 2.2 分动作设计
• 2.2.1 动作及机械结构设计的指导思想
• 2.2.2 身体限定，上肢活动
• 2.2.3 脚限定，上肢活动
• 2.2.4 手限定，身体活动
• 2.2.5 漂移运动
• 第三章 航天员活动产生作用力测量实验系统
• 3.1 测力传感器的设计
• 3.1.1 二维传感器
• 3.1.2 三维传感器
• 3.1.3 六维传感器
• 3.2 作用力测量系统设计
• 3.2.1 系统任务
• 3.2.2 实验装置
• 3.2.3 系统组成
• 第四章 航天员运动参数测量实验系统
• 4.1 系统原理及流程
• 4.1.1 系统任务
• 4.1.2 相关硬件
• 4.1.3 系统方案及流程
• 4.2 摄像系统标定
• 4.2.1 成像模型
• 4.2.2 标定算法
• 4.2.3 标定装置
• 4.3 实验图像的采集与存储
• 4.3.1 图像制式
• 4.3.2 图像采集与存储
• 4.4 标志点数据的提取
• 4.4.1 标志点
• 4.4.2 目标的分割
• 4.4.3 随机Hough 变换（RHT）
• 4.4.4 球标志
• 4.4.5 圆标志
• 4.5 目标运动参数解算
• 4.5.1 求解目标方位的双目算法
• 4.5.2 求解目标方位的单目算法
• 4.5.3 目标其它运动参数的求解
• 第五章 辅助设备设计
• 5.1 安装支架
• 5.1.1 摄像机安装支架
• 5.1.2 测力装置安装支架
• 5.2 仪表板
• 5.2.1 用途
• 5.2.2 组成
• 5.3 活动小车
• 5.4 漂移平台设备
• 5.4.1 气垫平台方案
• 5.4.2 导轨小车结构方案
• 5.4.3 滑车铁网方案
• 5.5 摄像机标定装置
• 5.5.1 用途
• 5.5.2 树型方案
• 5.5.3 框型方案
• 第六章 人体二维运动测量的初步实验
• 6.1 基于像素坐标的二维数据处理
• 6.2 精度分析
• 6.2.1 灰度对精度的影响
• 6.2.2 圆检测对精度的影响
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果