空间站机械臂方案设计及验证

<正>空间站机械臂技术是航天领域一项技术耦合性强、系统集成度高、技术难度相当大的综合技术,是载人航天、深空探测、在轨服务等领域的一项重要关键技术。空间站机械臂是中国首个自主研制的面向宇航工程应用的大型空间机器人系统,在空间站系统中承担大型舱段转位与辅助对接,支持航天员出舱活动、舱外状态巡检、舱外设备安装及维修,以及载荷照料等重要任务。它涉及机械、电子、热学、动力学与控制、计算机、路径规划、感知与测量、自主智能、算法与软件,以及光学、材料、遥操作、人机交互、地面试验验证等多学科技术,系统复杂,新技术多,设计与验证难度大。     

加拿大对国际空间站的贡献

加拿大对太空机械臂情有独钟,航天飞机上的机械臂就是加拿大研制的。在国际空间站工程中,加拿大当仁不让地为国际空间站提供了1个移动服务系统及有关地面设备。该系统包括世界最大的巨型遥控机械臂、移动基座系统和专用灵巧机械手,可把实验设备和有效载荷移进和移出增压舱,以及在暴露设施上移动和定位有效载荷。     

空间站机器人最小振动操作动力学控制

提出两种空间站机器人最小振动操作动力学方法。一种是利用空间站灵活操作臂的运动学“自运动”快速消除空间机器人大型柔性机械臂的残余振动，同时使灵活操作臂在工作时不产生使柔性大臂变形和振动的激振力。第二种方法是利用灵活操作臂与空间站和柔性大臂之间的动力学耦合零空间运动进行空间站机器人的无振动操作。推导出空间机器人系统的动力学方程，得到了柔性大臂和灵活操作臂间的作用力与机器人运动之间的关系，基于渐进稳定的控制方法实现机器人的控制，以安装在弹性基础上的平面四自由度机器人进行了仿真验证。     

空间机器人发展现状与思考

介绍了空间机器人的基本概念、特点和发展历程,在简述我国空间机器人技术发展现状的基础上,重点介绍了我国空间站机械臂、嫦娥三号巡视器和嫦娥五号采样机械臂等空间机器人的研制情况。结合我国空间机器人型号研制和技术研发的经验和教训,对我国空间机器人未来发展应关注的一些问题提出了建议。     

一种用于空间机械臂的 微重力模拟悬吊配重试验系统

空间机械臂工作在空间微重力环境中,广泛用于太空中的舱段对接、在轨维修等操作,因此需要在地面模拟微重力环境以满足空间机械臂研制试验要求。文章基于国内外模拟微重力环境领域技术现状,依据型号研制试验要求,提出了一种用于大型空间机械臂性能和可靠性验证的微重力环境模拟悬吊配重试验系统,并给出了悬挂机构子系统、二维随动子系统、恒拉力子系统、位姿测定子系统的设计思路和具体方案。     

NASA选择设计遥控卫星维修系统的承包商

NASA已选中马丁·玛丽埃塔公司和TRW空间和技术集团来开展卫星维修系统B阶段的研究。该系统能自动与卫星对接并能通过遥控机械臂维修卫星。 卫星维修系统由三部分组成:遥控飞行维修器、马丁·玛丽埃塔公司为自由号空间站研制的多臂机器人以及TRW公司设计的轨道机动飞行器。 该系统将分三部分进行飞行验证。第一部分将检验自动对接。第二部分验证机械臂更换硬件模块和在航天飞机有效载荷舱内为卫星加注燃料。第三部分将     

载人航天器初样试验总体规划

载人航天器初样研制阶段的系统级地面试验是为了充分验证系统总体设计的正确性以及技术要求和指标要求的满足情况,以此完善和修正系统总体方案。文章给出载人航天器初样的试验规划、试验方案、试验流程等,为后续载人航天器的研制提供参考。     

NASA欲同私企打造“太空建筑师”

正已在2014年把首台3D打印机送上国际空间站的硅谷初创企业太空制造公司宣称,相关厂家将可在5年内开始在轨制造和组装通信卫星天线反射面或其它大型结构。该公司正按照NASA一份2000万美元的两年期合同,着手同诺格公司和海洋工程空间系统公司合作开展称为"太空建筑师"的一个大胆项目,以建造一台配备机械臂的3D打印机,并安装到空间站     

中国未来空间站机械臂研制进展良好

据中国航天网2012年6月13日消息，中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院近日获得空间站机械臂研制项目，并已完成《空间站机械臂分系统方案论证报告》。在未来空间站中，空间机械臂就像一个智能机器人，能够通过视觉识别和智能分析，实现对空间站的建造、维护，并可辅助航天员出舱。空间站机械臂是集机械、电子、热控、视觉、动力学等多学科于一体的高端航天装备，是未来空间机构新的发展方向，有着广阔的应用前景和很强的技术牵引与带动作用。     

空间大型机械臂地面测试验证方案设计与实现

针对空间大型机械臂地面测试验证面临的覆盖性、充分性和有效性等难题,对空间大型机械臂测试验证方案进行研究,提出了基于半物理仿真与物理验证相结合的测试验证系统,解决了单一测试验证不完全的问题。该方案根据不同测试验证目的和策略,设计了半物理仿真测试、桌面软连接测试、2维气浮台测试和3维悬挂台7自由度测试4个测试验证阶段,具有验证模式全、动态验证充分的特点。对空间站大型机械臂的测试验证结果,表明文章提出方案的有效性和验证的合理性。     

基于输入整形方法的2自由度机械臂运行过程振动抑制

输入整形方法是一种根据结构振动特性对外力函数进行整形,以达到振动抑制效果的方法。本文以三连杆二关节的2自由度机械臂为例,详细推导了机械臂(逆)运动学和输入整形方法,设计了行程和输入整形函数,将整形后的动态响应与逆运动学方法的解析结果进行比较。研究结果表明:输入整形方法能有效抑制2自由度机械臂运行时的振动。该方法可以拓展到7自由度机械臂,针对柔性特征明显的空间站大型机械臂末端振动抑制也有直接参考意义,具备空间大型柔性结构基座机器人在轨精细控制的应用前景。     

空间站实验舱对接与转位机构分系统技术及研制

受运载工具运载能力的限制，大型空间站须在太空对接组装。对接与转位机构在空间站组建过程中具有关键作用，用于实验舱与核心舱的对接及转位，实现空间站实验舱的组装。空间站实验舱对接与转位机构分系统是实施对接与转位任务的主动端，为复杂的空间机电热一体化机构产品，在正常模式下，由主动端实施分系统所有动作。在研制过程中，分系统充分论证系统方案，集中攻克关键技术，充分试验产品样机，并先后在轨圆满完成了实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ的对接与转位任务。论述空间站实验舱对接与转位机构分系统的研制技术，对后续空间机构产品研制具有启示作用。     

我国空间站机械臂系统方案通过评估

据中国航天网2011年7月29日报道，由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院总体部承担研制攻关任务的我国空间站机械臂系统方案，已顺利通过综合评估，其系统功能满足空间站总体要求，技术指标满足任务需要，关键技术识别准确，提出的攻关途径合理可行。     

国际空间站是如何建成的？——连载四

2001年航天员承担了更为繁重的太空建筑任务．为国际空间站增添了三个舱段（美国命运号实验舱、美国探索号气闸舱和俄罗斯码头号对接舱）和一只手臂（第一套遥控机械臂系统）．     

空间站机器人，来自太空的儿童医生

孩子们对于机器人都拥有着不同寻常的喜爱。在圣诞树下和生日礼盒中，孩子们总是会得到各式各样、大小不一、充满“人性化”和“智慧”的神奇电子设备。在遥远的太空，空间站机器人技术为孩子们提供的礼物，已经不仅仅是玩具的意义。机器人技术提供了一种辅助臂，这种辅助臂为需要对儿童进行外科手术的医生提供了很大帮助。     

SAR400首个俄制机器人航天员

2011年2月，美国向国际空间站发射了全球首个机器人航天员Robonaut-2，并表演性地与航天员进行了第一次太空中的人机握手，该机器人能在舱内协助航天员开展相关工作，但不具备舱外操作的条件。2013年8月，日本研制的世界首款语音机器人Kirobo抵达国际空间站，并发出空间站机器人航天员的第一声，Kirobo可以与航天员进行简单的交流互动，为长期处于隔离环境下的航天员提供情感支持。     

R2：机器人航天员

空间机器人按用途主要分为星球（月球、火星等）探测机器人和空间站应用机器人，可以在太空恶劣的环境下代替人类完成危险和难以完成的任务，如探索火星和水星等行星，搭建空间站，进行太空实验和空间飞行器、卫星、太空望远镜等的维修和维护任务，甚至保卫太空安全等。     

国际空间站的德国机械臂完成五年使命

11月17日，据澳大利亚每日航天网站报道，德国空间机械臂第一阶段试验即将完成。11月15日晚上，俄罗斯航天员出舱活动期间，把由德国航空航天中心开发的罗克韦斯机械臂从俄罗斯服务舱的实验平台上转移到了国际空间站内部。     

天宫一号空间站已进入初样研制阶段

在春晚轰动亮相的天宫一号展现了未来我国空间站的雏形,它是我国具有试验性质的小型空间站,目前已经进入初样研制阶段,计划于2010年升空。据介绍,天宫一号大致可分为两舱结构,分别为实验舱和资源舱。实验舱可用于航天员驻留期间在轨工作和生活：资源舱内有发动机、电源装置等,可为天宫一号提供动力。天宫一号的重量和神舟七号差不多,约为8吨。     

太空“加油工”

在繁华的都市里,给汽车加油并非新鲜事,而在太空“加油”似乎不可想象．但这或许在不久后也将成为现实。NASA的机器人太空“加油”计划,在2011年9月达到了一个里程碑,国际空间站的机器人已经把太空“加油”验证模块放到它的永久位置——ExPRESS4物流平台上。如果后续试验一切顺利的话,机器人在太空“加油”就指日可待了。