常 远，王道臣，郝 轶，刘 昊，何其佳，张利剑

(1.北京机械设备研究所，北京100854；2.北京灵汐科技有限公司，北京100854)

1 引言

未来太空探索可能面临现场勘查、标本采集、仪器携带、营地建设和设备操作与维修等各项复杂任务[1]，航天员需要在未知、复杂地形完成大量的舱外行走、蹲起、搬运、负重、操作等动作。航天员穿戴具有自主式生保系统的舱外航天服，虽然地外空间为低重力环境，但舱外服整体质心外移，而且服内大气压给关节自由度运动带来困难，航天员关节运动存在较大阻力[2-3]，实施空间作业任务依然不会轻松。因此，国内外机构研究通过外骨骼助力的主动航天服实现空间助力，例如，为提升航天员作业能力和作业绩效，NASA(美国宇航局)开发了X1空间外骨骼机器人，ESA(欧洲空间局)研制了手臂外骨骼[4-5]，我国电子科大、哈工大及航天科工二院二〇六所等单位也开展了相关研究[6-7]。为实现主动航天服的人机协同助力，需要首先辨识人体-主动航天服的姿态和步态为助力控制提供关键信息。而月面工作环境与地面存在较大不同：月面重力是地面的1/6、月尘松软、航天服阻尼较大等，会极大影响足底交互力形式和步态特征，与地面存在较大差异，对姿态/步态辨识产生较大挑战。

为了在地面研究和验证低重力步态，要构造一套力学系统来模拟低重力环境，目前主要有立式悬吊、躺卧悬挂、失重飞行、浸水等实现方式[8]。其中，垂向立式悬吊最普遍，其缺点是要有较高悬挂吊点，而且仅悬挂躯干使摆动腿仍受全重力；……