三位航天员太空“点赞”！中国空间站机械臂牛在哪儿？

新华社资料图

2021世界机器人大会收到了一份来自太空的祝贺。

在9月10日的开幕式上，神舟十二号飞行乘组三位航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波在中国空间站发来一段祝福：“机器人技术正在深刻改变着人类的生产和生活方式，中国空间站机械臂也助力我们完成了两次出舱任务，在2021年世界机器人大会即将召开之际，神舟十二号飞行乘组在中国空间站预祝大会、博览会、大赛取得圆满成功！”

如三位航天员所说，这两次出舱任务中，机械臂发挥的作用都不可小看。10日，同款机械臂也亮相本次大会的博览会。记者看到，这款白色机械臂个头不小，伸展开可达到10米。机械臂上，有7个关节和两根长长的臂杆。这些关节均为转动关节，按照“肩3+肘1+腕3”进行配置，适用于机械臂的爬行操作；在机械臂的两端，各装有两个末端执行器，用于捕获、拖动和锁紧目标；末端执行器上，还有双目测量相机和传感器，可以进行测量、监视，从而实现机械臂自主控制和力柔顺控制。

机械臂中间，肘部关节的连接件内装有机械臂的中央控制器。“这堪称是整个机械臂的大脑，实现了整臂的任务调度、信息管理、规划和控制运动，并进行大规模实时计算和软件维护等工作，是整臂的核心。”中国空间站机械臂系统主任设计师王友渔说。

与地面的机器人不同，空间站机器臂的操作环境是太空，这就需要考虑真空、微重力、大范围温度变化、强辐射、单粒子效应和复杂光照条件。

“地面机械臂坏了可以修，但空间站机械臂坏了就没有维修的条件和机会。”他解释，虽然采取了可维修设计，但维修的费用、时间都相当巨大。空间站机械臂的在轨寿命长达15年，保证其在任务周期内性能稳定就是一大难题。此外，空间站机械臂还具备工作任务多样、设计约束众多、地面验证难度大等特点。

我国空间站机械臂在2009年开展工程样机研制，2012年正式立项初样研制，2021年随核心舱发射，历时十余年。在一项项技术成果的支撑下，终于成功。“当看到空间站机械臂助力航天员两次完成出舱任务时，我特别激动，也回想起这十几年来团队每个人的辛苦付出。”王友渔说。

我国自主研发的空间站机械臂有哪些功能？

“从航天员、货物到20余吨的大质量舱段，机械臂都能将其大范围转移搬运，从而辅助航天员完成出舱、悬停捕获、辅助对接等任务。”王友渔介绍，机械臂可以利用空间站舱体表面的适配器来回“爬行”，增加操作空间；机械臂还可以实现低冲击、高刚度的抓取功能，视觉监视与测量以及视觉伺服捕获功能。

值得一提的是，我国自主研发的空间站机械臂精度高、稳定性好。空间站是一个涉及机、电、热、控等多个学科集成的复杂系统，存在转动系统柔性变形、摩擦、间隙等问题。王友渔说，多年来，团队通过对空间高精度传感器，精密驱动、传动设计，动力学与控制等关键技术的积累，将我国空间站机械臂的绝对定位精度提高到10毫米左右，远高于国际同类产品指标，“运动稳定性好、运动过程十分平稳，到位后无需等待振动衰减。”他说。

相比常规的6个关节机械臂，我国空间站机械臂的7个关节使得操作灵活性更好。据介绍，这种机械臂构型灵巧度更好，具有地面、舱内和自主等多种操作模式和人机交互模式，对不同操作都有很好的适应性。机械臂在运动过程中要保证人员安全、舱上设施设备的安全，因此在设计之初就通过碰撞实时监测、运动停止和紧急制动等一系列机制，多层级保证其运动的安全性。

来源 北京日报客户端 | 记者 曹政

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