● 摘要
舱外航天服手套在舱外活动中起着机器人无法取代的作用，而手部所处的外环境以及手套的结构、材料都导致了舱外作业工效大大下降。工效优化设计首先要对现有的各种航天手套进行工效评价，发现问题所在，评估特定的航天手套对特定使用人的手部作业工效的影响，结合手套的主观使用和客观的评价结果来对手套的设计提出改进意见。本文在前人研究基础上，进行了如下工作： (1) 本文通过对手部及手套工效学研究国内外文献进行了较为深入和广泛的阅读和研究，对目前手部及手套工效学的研究现状有了清晰了解。本文研究的内容总结出了适用于本文模型计算研究的手部运动规律及模型计算方法； (2) 建立了简洁实用的手部肌力计算模型，利用线性规划算法，得到了静态抓握时的手部肌力计算方程，并编写了计算软件； (3) 通过实验，找出了适用于本模型的手部尺寸、关节旋转半径、关节角度、手指压力分布等参数测量方法，并针对手指压力分布设计制作了压力测量设备及其配套的传感器标定设备，并通过间接验证实验验证了模型； (4) 通过裸手工效实验和模拟真空环境下的戴手套实验，结合模型对相应工况的肌力计算，对比了两种实验状态下的最大握力、关节活动度、关节受力等一般手部工效指标，并通过肌力计算值定量的对比了不同抓握距离、不同抓握姿态、不同的手套长度尺寸等多种状态下的手套力学性能。结果表明握距、手部姿态、以及手套尺寸对手部力学工效有着重要的影响：适中的握距能够使手部抓握即省力又能产生预设的握力输出；手部姿态直接改变了手部压力分布方式，由此影响了手部肌力的输入；手套尺寸的改变能使手在手套并且说明肌力能作为力学工效评价的有效指标，能够直接替代人的主观感受说明某款手套某个动作是否省力。 本文建立了一个针对舱外航天手动作业的肌力计算模型，并研究设计了软硬件，为手部力学工效提供了一个更简洁直接的评价方法，并为未来舱外航天服手套的设计提供改进意见和设计参考，也可以为航天服设计和优化等提供重要的理论基础。本研究的成果不仅可以应用到航天手套的设计，更可以应用到民用工具、工业设计、医疗康复等领域。