空间机械臂在轨维护任务规划与验证研究

随着我国空间站建设和载人航天计划的进一步实施，航天员舱外活动将成为实现复杂空间操作的重要任务。为了确保航天员在轨维护空间机械臂的任务规划切实可行与工作效率，需要将航天员在轨维护流程、工具装置操作过程进行仿真分析与地面试验验证。航天员在轨维护空间机械臂的任务是系统性工程，涉及维修流程设计、备件转移、航天员操作空间分析和操作能力分析等多方面内容。以航天员舱外维护空间机械臂为背景，建立空间站运营中航天员在轨维护机械臂的任务规划与验证系统，验证航天员可达性及维修过程可操作性分析，评估航天员在轨维护梦天舱机械臂任务设计的合理性，为后续开展航天员舱外活动训练与实施提供理论依据。     

图解日本“希望”号

2007年2月7日,国际空间站的重要组件——日本“希望”号实验舱从日本横滨启程,3月12日安全运抵肯尼迪航天中心。“希望”号实验舱是首个日本建造的可供人居住的太空设施。主要由日本筑波航天中心研制。“希望”号实验舱由压力舱、舱外设施、两个实验设施、一个实验后勤舱、一个舱外实验平台及机械臂等部分组成,它们将先后搭乘美国航天飞机升空,与空间站完成组装对接。     

信息通报

1．题名：探索级航天飞行任务的自主医疗;2．题名：国际空间站舱外活动中“奥兰-M”舱外航天服的辐射防护性能;3．题名：国际空间站环控生保系统产生的噪声对人听力的影响;4．题名：航天训练和地面应用;5．题名：长期航天飞行中空间站辐射的生物学效应。     

动态新闻

<正>空间站大型机械臂初样阶段研制工作获新突破据中国航天科技集团公司网站2015年6月17日报道,北京空间飞行器总体设计部组织完成了空间站大型机械臂初样结构臂力学环境试验,是我国太空智能机器人系统进入工程研制阶段后的首次大型试验项目。试验过程对于总体部太空机器人领域研制团队深入了解太空机器人系统的力学性能、确定大型复杂太空机器人系统级试验条件和     

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。     

空间站核心舱首公开 彰显我大国实力

正由中国空间技术研究院抓总研制的空间站核心舱在第12届珠海航展上首次对外公开展出。以空间站核心舱为代表的航天器是航天强国建设的重要标志,它的公开展示将极大激发民众的民族自豪感,彰显我国的大国实力和影响力。载人航天"三步走"越走越快在太空中自主建起一个大型空间站,开展科学研究和太空实验,促进中国科学研究进入世界先进行列,为人类文明发展进步作出贡献,这是中国开展载人航     

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。     

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。     

空间站系统柔性多体动力学建模与仿真

针对基于商业软件建模存在的接口不开放、求解效率低、功能不完备等问题,文章提出了一种空间站在轨组装过程系统级柔性多体动力学建模方法。所建立的动力学方程包含舱体大范围刚体运动、太阳翼振动、机械臂臂杆振动、关节动力学特性等关键影响因素,适用于任意开链式树形拓扑结构。典型算例的计算结果表明：文章所给出的数学模型仿真精度与商业软件基本一致,且文章的方法具有模型自主、开放、可移植、效率高等优势,便于与其他分系统模型联合形成高效率仿真系统,完成舱段转位、舱外货物搬运等各类在轨操控过程的仿真分析任务。     

我国空间站出舱活动通用设计和实施技术

空间站要达到长期在轨安全、可靠运行要求,必须具备出舱开展维修和组装的能力。文章在对我国空间站出舱活动任务目标分析的基础上,提出了我国空间站组合体系统级出舱活动设计,阐述了空间站出舱活动通用设计和实施技术,例如气闸舱通用过闸技术和机械臂转移航天员技术。最后,总结了从核心舱发射至今我国空间站出舱活动在轨实施情况,并对出舱技术后续在载人登月及光学舱的应用情况进行了展望。     

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。     

空间站机械臂任务规划方法

任务规划技术是航天任务执行过程中的核心关键技术,针对空间站机械臂的外自主行为受限、行为多样、分支众多,存在多类型约束以及多资源条件限制等特点,对空间站机械臂任务规划方法进行研究。对任务需求进行分析形成月事件,地面工程师给出将任务分解为子任务的建议,将月事件分解为具有逻辑关系的飞控事件,飞控事件集合描述了航天器不同的行为及不同模式下的行为,每一个模式下的飞控事件由控制动作或控制动作序列构成,建立了分层规划对象模型。同时,构建状态空间集合描述时变的器上状态和状态值,在飞控事件层和控制动作序列层建立状态推理模型。采用多约束逻辑表达式对联合约束进行描述,将运动飞控事件进行归一化设计。在时间的调度和资源条件限制下在规划器中进行迭代求解,生成地面控制动作序列,实现任务目标并用于任务实施。在空间站机械臂在轨任务中验证了该方法的正确性和高效性。     

空间站机械臂人机系统设计与验证

在充分调研国际空间站机械臂人机系统设计的基础上,结合中国空间站机械臂人机协同作业需求,建立了空间站机械臂“管理-设计-验证”全周期人机设计体系,通过人机项目规划、人机功能分配等管理要素,针对性地开展了空间机械臂人机系统详细设计,最后,从仿真分析、地面验证、在轨验证三大方面对人机系统进行了全要素全流程的验证,结果表明空间站机械臂人机系统设计合理,可应用于后续航天员出舱活动,保障航天员出舱活动安全、高效。研究结果将为空间机械臂人机系统设计与验证提供体系借鉴和工程指导。     

空天瞭望

航天飞机为空间站安装机械臂美国奋进号航天飞机4月19日升空执行了编号STS100的飞行任务。此次11天的飞行任务是为国际空间站安装加拿大制造的移动维护系统(MSS)的三次飞行中的第一次。MSS 将在该站的组装和维护中超重要作用,可在各处搬运设备和补给品,释放和捕捉卫星,对舱外宇航员提供支持,并对与站体相连的仪器和其它有效载荷提供     

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。     

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）．     

国际空间站访问飞行器接口标准探究

<正>一、引言载人空间交会对接技术是现代复杂航天器在轨运行重要的操作活动,也是载人航天活动必须掌握的一项基本技术。对制导、导航与控制、对接及测控与通信等均有很高的要求。通常围绕自主交会对接控制系统、交会对接待命点保持、自主交会对接测量系统及敏感器、交会对接软件工程、高可靠交会对接人机系统、分级智能遥控、对接走廊捕获、地回导引与监视测控站技术等开展标准化工作,提出相关要求。国际空间站作为最大的在轨组     

载人航天飞行任务历史回顾连载（三十一）

联盟TM-9（续） “和平”号空间站的“结晶”舱还带去了1965kg的货物。“和平”号空间站联合体的对称结构的恢复降低了对姿态控制的要求。次日使用Ljappa机械臂系统将“结晶”舱转移到“量子2”舱对面花了1个小时的时间,而后乘组进入“结晶”舱并开始激活该舱。     

国外中继卫星系统对交会对接任务的支持研究

<正>空间交会对接是两个或两个以上航天器在空间进行的一项极其复杂的空间操作。这种操作是实现空间站在轨装配、补给和维修等高级空间操作的必要条件,也是实现空间站工程的一项重要任务。由于空间交会对接是当前世界航天领域中一项十分复杂     

航天器舱外载荷适配器技术综述

航天器舱外载荷适配器是一种轻小型空间对接机构,根据操作方式分为被动式和主动式两大类。文章介绍了日本设备调换装置(EEU)、美国飞行可释放连接机械装置(FRAM)等国内外舱外载荷适配器,总结了其引导定位、机械锁紧和电连接的功能实现方式。针对空间机械臂操作、人机工效学存在的无法精确定位和驱动力不足的问题,分析了舱外载荷适配器的工作模式、关键部件、地面试验等关键技术和解决措施。针对未来我国先进载荷任务需求,提出了开展功能强大、承载能力强的主动式适配器研究建议;针对大型高轨航天器,提出了开展被动式适配器技术研究建议。