今年1月

我国空间站

机械臂转位货运飞船试验

经过约47分钟的跨系统密切协同  

取得圆满成功

机械臂在我们的生产生活中发挥着重要作用，在前沿科研工作中，自然也少不了机械臂的身影。

今天我们来研究一下：

机械臂的结构

机械臂的发展和历史

中国的空间站机械臂

空间站机械臂是中国空间站建造、运营、维修及拓展等任务的关键装备之一。中国空间站配置两个机械臂——核心舱机械臂和实验舱机械臂。

1.核心舱机械臂

核心舱机械臂由舱内部分和舱外部分构成：

舱内部分

由机械臂操作台和空间站为机械臂提供的接口组成，为机械臂提供电源、数据、指令、操作控制的保障；

舱外部分

指机械臂本体，包括7个关节、2个末端执行器、2个臂杆、1个中央控制器及1套视觉系统组成。因此核心舱机械臂具有7自由度，其长度达到10m，工作半径为9.5m。

2.实验舱机械臂

实验舱机械臂长度较核心舱机械臂要小一些，为5m，但同样采用7自由度构型。

实验舱机械臂的主要任务包括载荷照料、支持航天员舱外活动（Extra-Vehicular Activity, EVA）及舱外状态检查等。

机械臂的发展和历史

20世纪70年代，美国率先提出了在宇宙空间利用机器人系统的概念，旨在通过机器人的应用进行设备的组装、回收、维修,以及在极其恶劣的空间环境下完成一些人类难以完成的舱外活动。

1981年哥伦比亚号航天飞机在外太空首次使用机械臂以来，空间机械臂承担了多次外太空精确操作任务航天技术的发展, 空间机械臂起到非常重要的作用。

从 2007 年起，中国空间技术研究院总体部全面启动了空间站机械臂的研发工作，在研制初期，中国就确定了空间站机械臂性能必须能够完成以下任务：

1.空间站舱段转位与辅助对接

空间站三舱基本构型采用对接和转位的方式完成建造，实验舱先对接于核心舱节点舱的轴向端口，然后通过机械臂实现舱段分离、转位、再对接操作，对接于节点舱侧面;

2.悬停飞行器捕获与辅助对接

实验舱采用机械臂实现来访飞行器捕获，并将其转移至空间站停泊口或对接口处，完成来访飞行器与空间站对接;

3.支持航天员出舱活动

航天员通过脚限位器可以将自己固定于机械臂末端，在机械臂的支持下，进行大范围转移完成既定任务;

4.舱外状态检查、搬运

机械臂末端移动能力及配置的视觉系统，可实现空间站定期巡检，舱体表面图像传回舱内，供舱内航天员( 或地面飞控人员) 观察，判断舱壁健康状态，通过机械臂实现不同负载的位置转移；

5.舱外设备维修

航天员在舱内控制机械臂实现空间站平台、载荷等大质量设备的安装、更换或维修过程中搬运、机械对齐与连接等工作。

中国空间站机械臂

中国空间站的天和机械臂在核心舱发射时便已经随着核心舱一起进入了太空，通过神舟十二号飞行乘组的整备，通过太空行走解锁，进入了工作状态。

天和机械臂重0.74吨，工作半径达到10米，可以负载25吨的载荷。其由关节、末端、中央控制器、相机、臂杆组成，拥有7个自由度。

中国空间站除了天和机械臂，在问天实验舱上还有另一个机械臂，即问天机械臂。它随着问天实验舱一起加入中国空间站。

问天机械臂长度达到5米，可以负载3吨载荷，也拥有7个自由度。它们的末端绝对姿态精度、末端复位姿态精度等各项指标都达到世界顶尖水平。

相比于天和机械臂，问天机械臂在参数上要弱一些，这是因为问天机械臂的主要任务与日本实验舱的机械臂相似，主要是对实验舱外的设施进行照料，并不需要太高的参数，够用即可。