趙聰

7月4日，中國(guó)航天員劉伯明、湯洪波順利出艙，雄偉有力的空間站核心艙機(jī)械臂首次托舉航天員到指定位置圓滿完成出艙操作，首次檢驗(yàn)了航天員與機(jī)械臂協(xié)同工作的能力，以及出艙活動(dòng)相關(guān)支持設(shè)備的可靠性與安全性，為空間站后續(xù)出艙活動(dòng)的順利實(shí)施奠定了重要基礎(chǔ)。這個(gè)充滿科技未來感的“變形金剛”，吸引了眾多網(wǎng)友的注意力。那么，太空中的“大力神臂”究竟厲害在哪兒？

機(jī)械臂“檔案”

七關(guān)節(jié)—空間站的“多面手”

空間站核心艙機(jī)械臂是我國(guó)首個(gè)可長(zhǎng)期在太空軌道運(yùn)行的機(jī)械臂，它由兩根臂桿組成，對(duì)應(yīng)著人體的大臂和小臂。兩根臂桿的展開長(zhǎng)度可達(dá)10.2米，可實(shí)現(xiàn)聯(lián)合動(dòng)作或單根臂桿的獨(dú)立工作。其肩部設(shè)置了3個(gè)關(guān)節(jié)，肘部設(shè)置了1個(gè)關(guān)節(jié)，腕部設(shè)置了3個(gè)關(guān)節(jié)，一共7個(gè)關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)一個(gè)自由度。

所謂“七自由度”，就是說它能像人的手臂一樣，具有七自由度的活動(dòng)能力，通過旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)自身前后左右任意角度與位置的抓取和操作，為航天員順利出艙“一展身手”提供強(qiáng)有力的保證。

可爬行—空間站上“任我行”

由于核心艙機(jī)械臂采用了“肩3+肘1+腕3”的配置方案，肩部關(guān)節(jié)與腕部關(guān)節(jié)配置完全相同，兩端的活動(dòng)功能一致;同時(shí)，機(jī)械臂的肩部與腕部各有一個(gè)末端執(zhí)行器，通過末端執(zhí)行器與艙體表面的目標(biāo)適配器進(jìn)行對(duì)接。而在空間站三大艙段外表面均配置了大量的適配器，機(jī)械臂通過與其對(duì)接和分離，同時(shí)配合各關(guān)節(jié)的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)在空間站艙體表面自主爬行功能，能自行選擇合適的轉(zhuǎn)位基座，實(shí)現(xiàn)艙外爬行，實(shí)現(xiàn)自我移位和安裝。

不過，爬行過程中的電是從哪里來的呢？難道機(jī)械臂上還能自行攜帶充電寶嗎？這就得益于我們的末端執(zhí)行器，機(jī)械臂末端除可提供對(duì)接與分離的機(jī)械接口外，還配備供配電接口、通信接口和其他一系列的功能接口，這樣一來，只要末端與目標(biāo)適配器固聯(lián)后，整條機(jī)械臂就能電力滿滿啦！

多個(gè)集成系統(tǒng)—“高智能機(jī)器人”

為實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械臂的平穩(wěn)運(yùn)行和精確定位，它便化身為一個(gè)高智能機(jī)器人：具有明亮的眼睛——視覺系統(tǒng);具有頭部和尾部——兩個(gè)末端執(zhí)行器;具有觸覺神經(jīng)——末端執(zhí)行器上面的多個(gè)傳感器。它們對(duì)各位置的信息交互起到連接和轉(zhuǎn)發(fā)的功能，對(duì)于機(jī)械臂關(guān)節(jié)和末端的靈活性和精準(zhǔn)度起到至關(guān)重要的作用。而機(jī)械臂智慧的大腦——中央控制器，則作為機(jī)械臂管理系統(tǒng)的控制和通信樞紐，負(fù)責(zé)接收地面飛控人員的各種指令，迅速制定動(dòng)作方案，進(jìn)而控制機(jī)械臂精準(zhǔn)地完成各種動(dòng)作。

它所擁有的精確操作能力和視覺識(shí)別能力，既具有自主分析能力，也可以由航天員進(jìn)行遙控。視覺監(jiān)視系統(tǒng)體現(xiàn)在機(jī)械臂的肩部、腕部、肘部各有1臺(tái)視覺相機(jī);其中，肩部與腕部視覺相機(jī)能對(duì)艙外狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并能對(duì)艙表狀態(tài)進(jìn)行檢查，用來監(jiān)測(cè)空間碎片可能對(duì)艙外暴露的實(shí)驗(yàn)載荷產(chǎn)生撞擊。因此，通過機(jī)械臂在艙體表面的爬行，配合視覺相機(jī)監(jiān)視，就如同空間站伸出了一個(gè)大大的自拍桿，實(shí)現(xiàn)了360度全覆蓋無死角的監(jiān)視，非常巧妙地實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間站艙外設(shè)備的巡檢功能。

?中國(guó)“智”造—核心元件國(guó)產(chǎn)化

空間站機(jī)械臂作為目前我國(guó)同類航天產(chǎn)品中復(fù)雜度最高、規(guī)模最大、控制精度最高的空間智能機(jī)械系統(tǒng)，是中國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的新領(lǐng)域之一。在機(jī)械臂研制過程中，科研團(tuán)隊(duì)在關(guān)鍵技術(shù)、原材料選用、制造工藝、適應(yīng)空間站環(huán)境的長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)等方面均作出了巨大的突破和創(chuàng)新，使我國(guó)成為世界上第三個(gè)掌握大型空間機(jī)械臂核心技術(shù)并應(yīng)用的國(guó)家，全部核心部件實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，并形成了多項(xiàng)國(guó)家空間機(jī)器人行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，引領(lǐng)空間智能裝備的中國(guó)制造之路。

由于空間站組合體規(guī)模更加龐大，出艙作業(yè)量更加繁多，艙外作業(yè)難度更加艱巨，因此在空間站建造過程中，機(jī)械臂還將重任在肩，繼續(xù)承擔(dān)一系列在軌任務(wù)，助力中國(guó)“太空家園”早日建成。