个体防护装备在坐姿下的功耗机理与评价方法研究

张方腾，李昊天，戚晓玲，杨国甫，隋修武

1．天津工业大学机械工程学院，天津300387;2．天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室，天津300387;3．航空工业航宇救生装备有限公司，湖北襄阳441002

贴身穿戴的个体防护装备系统包括服装、头盔等[1]，其基本要求有两个：一是满足基本生理功能的需要，二是满足较轻负荷的要求。一般根据不同任务选择配备必要的防护装备。在任务中，需要做大量的功来克服系统的重力、内部摩擦力、意外冲击力、系统力学形变(服装材料的拉伸、弯曲、扭转等)等做功[2]，那么如何对装备系统进行综合评价，从而客观全面地反映体能消耗情况等成了当前迫切需要解决的问题。

本文以服装模特为载体，将机器人运动学与控制技术相结合，构建能够模拟人体驾驶模式的机器人[3]，并以测量控制电机的电枢电流、电枢电压、瞬时功率和累计功的方式来表征机器人在坐姿状态下，手臂交替摆动进行设备操作所消耗的耗能值[4]，从而实现服装耗能的测量，完成对防护服装的综合评价。

1 系统设计

测试系统主要由运动机构、控制模块和采集模块3部分组成[5]。其中，运动部分由步进电机分别带动模特双臂作前后摆动，模拟人体驾驶状态下的操作动作，实现特定动作下的运动及力的变化；控制部分实现运动部分的制动、速度调节、电机转向以及电压的转换；采集部分实现机器运转时电流、电压的采集和瞬时功率及累计功的计算。

1.1 运动机构

测试系统的运动机构主要通过模拟机器人的上肢摆动实现的，模拟机器人的上肢机械结构外观如图1所示。……