航天员下肢关节主动伺服控制：动态负载与步态跟踪研究

本文主要探讨了"主动航天服下肢关节电动伺服控制机构研究"这一主题，由郭庆、张向刚和秦开宇三位作者，来自电子科技大学航空航天学院，他们针对航天员在太空中的各种任务需求，如机动作业、骨骼肌能恢复训练以及月球表面的大范围活动，提出了创新的主动航天服设计理念。在论文中，研究人员首先对航天员的行走步态进行了深入分析，通过应用拉格朗日方程，构建了膝关节和髋关节的动力学模型。这种模型考虑了航天员下肢大小腿与主动航天服机械装置之间的运动特性参数耦合，进而揭示了关节在动态负载下的扭矩变化规律。 这个动力学模型的建立为控制执行机构的设计和选型提供了重要的理论基础。作者设计了一种基于关节角度反馈的PID（比例积分微分）控制策略，目标是实现航天员行走步态的精确随动跟踪控制。通过对膝关节和髋关节电机在抵抗动态负载扭矩条件下的角位移进行仿真控制，结果显示电动伺服机构方案可以有效地满足航天员步态运动的稳定性要求，并有潜力增强主动航天服系统的助力携行能力。 该研究的重要意义在于，它不仅关注航天员在极端环境下的生理需求，还涉及到复杂的技术挑战，如如何精确控制、减小关节磨损、提高能源效率等。通过电动伺服控制，主动航天服可以提供更加灵活、高效的运动支持，从而提高航天员在太空任务中的工作效率和安全性。此外，该研究也为未来的太空探索装备开发提供了宝贵的参考依据，特别是在考虑到长期空间任务中人员健康和舒适性的关键因素时。 本文的研究成果被归类为V445.3（航天技术）、K852（宇航员工程）和TP242.4（机器人学），并获得了文献标识码A，文章编号1674-5825(2013)05-0075-05，表明这是一篇高质量的学术论文，值得在航天领域的专业人士进一步阅读和讨论。