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科技前沿

科普:“天和号”空间站机械臂有哪些技术亮点?

天和机械臂是天宫空间站外部主要活动设备,这条机械臂大约10米长、能够抓取25吨重的航天器,可以将物体运送至空间站外部的任何位置。得益于灵活机动的装备性能,天和机械臂肩负起了一系列舱外任务:舱外状态监视...

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发布于 3个月前 阅读:60

       天和机械臂是天宫空间站外部主要活动设备,这条机械臂大约10米长、能够抓取25吨重的航天器,可以将物体运送至空间站外部的任何位置。得益于灵活机动的装备性能,天和机械臂肩负起了一系列舱外任务:舱外状态监视、转位实验舱、捕获悬停飞行器、转移货运飞船载荷、辅助航天员出舱活动、辅助航天员转移核心舱太阳翼、空间站舱表状态检查、与实验舱机械臂级联组合、监视来访飞行器等。
       在当前载人航天领域已经部署太空的空间机械臂产品中,天和机械臂的承载力、位置精度、姿态精度、最大线速度、最大角速度五大核心指标均对标国际一流产品,同时具有两臂级联组合的独有特色功能。
 
7个自由度配置,灵活性更高
       我们知道,空间内的物体具有3个移动自由度和3个转动自由度,那么6个自由度的机械臂(如SRU构型)应该可以到达其操作空间内的任意一点。然而,6自由度的手臂灵活性不足,当给定空间内一点的期望位姿后,通过运动学拟解求出来的机械臂的末端位姿是一个定值,没有作轨迹优化、动力学优化的空间,也无法实现避障。所以,人的手臂是7个自由度(SRS构型),灵活性更高,可以完成更复杂的动作。天和机械臂就采用了类似人体手臂结构的SRS构型,即肩部3自由度(相当于球面副S)、肘部1自由度(相当于转动副R)、腕部3自由度(相当于球面副S)配置方案,所不同的是关节之间的两个连杆更长,以满足大范围作业的要求。

对称设计赋予类似尺蠖的爬行能力
       通常而言,操作用途的机器人其底座一般是固定的,末端执行器相对于底座完成各种动作,而天和机械臂虽然属于操作机械臂,但由于它采用了对称结构设计(肩部关节与腕部关节配置完全相同),其两个末端的功能可以对换,也就是说既可以充当末端执行器也可以充当作固定端,从而使机械臂具备了移动机器人的特点,具有类似尺蠖的爬行运动功能。空间站舱体表面设有多处“目标适配器”供机械臂对接,两器对接后不仅可以形成刚性组合体,还可以实现供电连接、信息连接。

配备双目定位相机,视野广阔定位精准
       天和机械臂有一套视觉监视系统(属于Eye-in-Hand系统),在肩部、腕部、肘部各有1台视觉相机;其中肩部与腕部视觉相机能对舱外状态进行监视,并能对舱表状态进行检查。因此,天和号的机械臂具备多项强大的功能,能承担着舱段转位、悬停飞行器捕获和辅助对接、舱外货物搬运、航天员出舱活动、舱外状态检查以及空间环境试验平台照料等重要任务。
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他很懒,什么都没有留下~