空间站机械臂研究

空间极端环境下, 大多数舱外活动必须借助于机械臂. 机械臂是国际空间站的主要组成部分, 其对空间站的在轨组装、外部维修以及运行起着至关重要的作用, 同时机械臂可以减少航天员在舱外的工作时间和频率. 通过对国际空间站成员国关于机械臂研究概况的介绍, 包括航天飞机机械臂、空间站机械臂、欧洲机械臂、日本实验舱机械臂以及德国机械臂, 为中国空间机械臂的设计提供参考.     

伸向太空的巨臂

无论是航天飞机还是空间站，都少不了一样东西，那就是它们能伸向太空的巨臂——太空机械臂。     

奋进号航天飞机升空

20 0 1年 4月 19日 ,载有 7名航天员的奋进号航天飞机发射入轨 ,开始了为期 11天的太空飞行。此次飞行的主要任务是为国际空间站送去加拿大研制的巨型机械臂。4月 19日是发射的好日子 ,这不仅是因为天气不错 ,而且还是世界第 1座空间站礼炮 - 1发射 30周年纪念日。奋进号航天飞机上的 7名航天员分属于 4个国家 ,其中 4名是美国人 ,另外 3名分别来自俄罗斯、意大利和加拿大 ,他们组成了迄今成员国籍最多的乘员组 ,充满了国际色彩。4月 2 1日 ,奋进号航天飞机与国际空间站对接成功。 4月 2 2日 ,航天员走出奋进号航天飞机 ,为国际空间站安装长…     

加下一代机械臂瞄准深空探测

以空间机械臂而闻名的加拿大已研制出新型号机械臂。被称为"下一代加拿大臂"(NGC)的系统既能用于修理通信卫星,又能帮助人类对月球、小行星、火星和宇宙其他角落开展载人探测。随着美国航天飞机的退役,新一代载人空间探测飞行器将很快投入使用,但这些飞行器要比航天飞机小很多,所以需要对现有机械臂技术进行适应性改进。用在美航天飞机上的首个"加拿大臂"长15米、1981年首次上天飞行,2011年美航天飞机退役前一直使用。     

第5批长驻居民飞赴国际空间站

□□美国奋进号航天飞机2002年6月5日从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，载着第5批长驻居民飞赴国际空间站。此行一共13天。 1 任务 奋进号的7名机组人员分别来自美、俄、法3个国家，其中包括3位国际空间站第5批长期考察组成员——俄罗斯航天员瓦列里·科尔尊和谢尔盖·特     

太空生活不寂寞

2002年11月24日,乘奋进号航天飞机升空的第六宇航组是国际空间站有人居住以来最寂寞的团队。除了2003年2月进步号为他们送了一次货后,再无飞船到访。尤其在哥伦比亚航天飞机出事后,所有的航天飞机     

加拿大移动服务系统地面遥操作模式综述

针对未来我国空间站机械臂地面遥操作任务需求,分析目前国际空间站上加拿大移动服务系统（Mobile Satellite Services,MSS）地面遥操作的系统设计和安全性问题。介绍了MSS的系统构成,分析了MSS地面遥操作需求,对比分析了在轨操作和地面遥操作模式的不同,以及地面遥操作的约束条件;介绍了MSS地面遥操作过程中的任务规划、任务执行和在轨调试;总结了对我国空间站机械臂遥操作的启示,为从事空间站机械臂地面遥操作的科研人员提供一定的借鉴和参考。     

空间站机械臂末端执行器维修系统设计与验证

维修对空间站机械臂寿命延长意义重大。针对空间站机械臂末端执行器的维修问题,调研了国际空间站已完成的在轨维护维修任务,提出了一种空间站机械臂末端执行器维修系统方案,采用四方协同作业的方式,分3次出舱在特定的维修区域开展机械臂末端执行器的系统性维修,提出了末端执行器故障处置方案、维修策略、维修工具、维修流程和验证方法,搭建了一套虚拟维修仿真平台,针对末端执行器典型的操作动作进行了维修仿真验证,同时在地面搭建模拟维修场景对机械臂末端执行器维修进行了试验验证。结果表明机械臂末端执行器维修的可操作性、可达性、可视性、安全性均满足要求。可以为后续空间站机械臂维修工作提供设计指导。     

空间站机械臂转位系统动力学建模及特性分析

为分析空间站在应用机械臂转位过程中的动力学特性,采用矢量力学方法推导了考虑偏心量的空间站转位系统动力学模型.使用有限元方法描述柔性臂的弹性变形,应用Newton-Euler法建立空间站机械臂转位系统转动方程,并采用Lagrange法建立柔性臂振动方程;针对柔性机械臂末端带有大负载的特点,将末端弹性变形引起的负载角速度从负载绝对角速度中分离,应用约束模态展开法对动力学方程进行降阶.提出了构造降维矩阵的方法以便于利用空间动力学模型研究机械臂平面转位问题;分析了空间站舱体转位过程中系统的转动惯量、偏心量发生变化的特性.数值仿真结果表明:空间站在转位过程中,系统总体相对于系统质心的转动惯量变化巨大,且偏心量变化范围甚至已超出了空间站核心舱的几何范围.结论可为空间站的控制系统设计提供理论参考.     

麦克唐纳-德特威尔联合有限公司（MDA）获得加拿大航天局的“国际空间站”修订合同

该公司是在2009年1月6日宣布这一消息的。修订合同价值1570万加元,依据合同,MDA公司将为“国际空间站”移动维护系统提供支持,还将为加拿大机械臂-2建造备用的闩锁端操纵装置。加拿大机械臂-2于2001年发射,目前仍在空间站装配和维护方面发挥重要作用;而闩锁端操纵装置相当于加拿大机械臂-2的“手”,负责抓住有效载荷。     

美国航天飞机完成第117次飞行任务

美国东部时间2006年12月9日20:47,发现号航天飞机顺利升空,执行代号为STS-116的飞行任务.这是发现号的第33次飞行,航天飞机的第117次飞行和第20次执行飞往"国际空间站"的任务.     

第11期长期考察组4月15日上天

他们于4月17日进入“国际空间站”，其中克里卡廖夫曾在太空累积飞行624天，完成这次任务后将使他在太空的工作时间累积超过800天，成为在太空累积工作时间最长的航天员。他们将为航天飞机复飞后与空间站对接做准备。     

机械臂的动态混合控制

本文研究当机械臂的终端受有约束时的控制问题,文中应用了动态混合控制方法。其中心内容是给出关于“任务规范投影算子”的概念。利用它首先将机械臂的动态方程解耦为两组方程,它们分别描述了运动与约束反力。在此基础上给出了机械臂的控制律,使闭环系统跟踪期望的速度与约束反力。     

柔性机械臂辅助空间站舱段对接阻抗控制

空间机械臂辅助舱段对接过程中存在测量与控制误差,易导致对接机构间存在较大接触力,传统FMA (Force MomentAccommodation)控制方法在测量接触力时无法消除大负载惯性力对测量的影响,且测量仪器的引入会进一步降低空间柔性机械臂的刚度。为此,文章提出了柔性机械臂辅助大负载空间舱段对接的阻抗控制方法,采用拉格朗日法推导了空间机械臂的关节输入力矩方程作为前馈输入,建立了含动力学前馈的空间机械臂阻抗控制程序,并以在商业软件ADAMS中建立的空间柔性机械臂与对接舱段组成的系统动力学模型作为控制对象,对系统进行ADAMS灢Matlab联合仿真。仿真结果表明,按照此控制方法,系统可克服外力干扰使目标解析点按照期望的方式运动;同时,通过测量机械臂关节运动参数即可实现对外力的准确感知,而不需额外添加力传感器,既消除了大负载惯性力对测量的影响,也不会导致柔性机械臂刚度的降低。     

太空黄豆成长记

5月份，因哥伦比亚号航天飞机失事滞留国际空间站的三名航天员终于返回地面．随着他们的宣传，国际空间站上的小居民——黄豆．也开始名声大振，抢在航天员前面介绍自己的太空成长经历。     

七自由度机械臂逆运动学求解方法

针对SRS (spherical-roll-spherical-joint)结构的机械臂,提出了一种基于臂型角规划的逆运动学求解方法.根据目标位置设置臂型角,将臂型角作为冗余参数,利用机械臂的几何特征求出逆运动学解析解.同时,针对机械臂运动过程中可能产生的臂型角奇异位形工况,引入肘部位置约束获得运动学逆解.通过UG-Simulink联合仿真及物理试验,验证了方法的有效性.当机械臂位于肩关节奇异位形,可避免采用关节角参数化求解时产生无数组解的结果.在重力卸载环境下的抓捕和释放物理试验中,有效解决了空间运动受限时的空间奇异解问题.     

欧洲的"自动转移飞行器"--"国际空间站"将迎来新型"太空拖船"

□□众所周知,要想维持空间站正常运转,必须有稳定的后勤保障,定期为空间站送去新鲜空气、食物、水、燃料及设备等.一直以来,这项工作主要是由进步号货运飞船和航天飞机来完成的.     

2006年世界航天活动回顾

2006年世界航天活动是比较平稳的，其中美国、欧洲、日本、韩国、哈萨克斯坦和中国等部有一些亮点．尤其是美国航天飞机开始恢复建造国际空间站、第一位太空女游客上天和欧洲SMART-1探测器撞月等活动，在全球产生了一定影响．不过．俄罗斯、印度的航天活动因失败而蒙上了阴影，[编者按]     

2006年的世界航天活动

2006年的世界航天活动比较平稳.其中美国、欧洲、中国、日本、韩国和哈萨克斯坦等国都有一些亮点,尤其是美国航天飞机恢复建造"国际空间站"、第1位太空女游客上天和欧洲斯玛特-1探测器撞月等活动,在全球产生了一定的影响.不过,俄罗斯和印度的航天活动因失败蒙上了一些阴影.