中国青年报客户端讯(中青报·中青网记者 邱晨辉)7月4日,中国航天员刘伯明、汤洪波顺利完成出舱任务,空间站核心舱机械臂首次托举刘伯明到指定位置圆满完成出舱操作,抬升天和核心舱舱外全景相机的位置,并验证了机械臂的大范围转移能力。
空间站核心舱机械臂由中国航天科技集团五院抓总研制,是目前我国同类航天产品中复杂度最高、规模最大、控制精度最高的空间智能机械系统。
中国航天科技集团五院空间站机械臂控制系统主任设计师梁常春说,核心舱机械臂展开长度为10.2米,最多能承载25吨的重量,是空间站任务中的“大力士”,其主要承担舱段转位、航天员出舱活动、舱外货物搬运、舱外状态检查、舱外大型设备维护等八大类在轨任务。
据他介绍,空间站机械臂是中国航天事业发展的新领域之一,我国成为世界上第三个掌握大型空间机械臂核心技术并应用的国家,全部核心部件实现国产化,并形成了多项国家空间机器人行业标准,引领空间智能装备的中国制造之路。
空间站核心舱机械臂是我国首个可长期在太空轨道运行的机械臂,其肩部设置了三个关节、肘部设置了一个关节、腕部设置了三个关节,一共七个关节,每个关节对应一个自由度,“就如同人的手臂一般,具有七自由度的活动能力”。
梁常春说,机械臂通过各个关节的旋转,能够实现自身前后左右任意角度与位置的抓取和操作,为航天员出舱顺利开展出舱任务提供强有力的保证。
他告诉记者,为扩大任务触及范围,空间站核心舱机械臂还具备“爬行”功能。由于核心舱机械臂采用了“肩3+肘1+腕3”的关节配置方案,肩部和腕部关节配置相同,意味着机械臂两端活动功能是一样的。
同时,机械臂的肩部与腕部各安装了一个末端执行器,作为机器臂的触手,末端执行器可以对接舱体表面安装的目标适配器,机械臂通过末端执行器与目标适配器对接与分离,同时配合各关节的联合运动,从而实现在舱体上的爬行转移。
梁常春说,为实现整个机械臂的平稳运行和精确定位,空间站机械臂各处装有“控制大脑”,包括1套机械臂中央控制器、7套关节控制器和2套末端控制器。
其中,机械臂中央控制器是机械臂管理系统的控制和通信枢纽,负责接收地面飞控人员的各种指令,迅速制定动作方案,进而控制机械臂精准地完成各种动作。
该控制器实际上是一台高性能、高可靠的宇航计算机,核心部分采用三模冗余设计架构,三个模块同时执行相同的操作,能够有效识别故障风险,大幅提高可靠性。
梁常春说,关节控制器和末端控制器负责控制空间站核心舱机械臂7处关节、2处末端执行机构,对各位置的信息交互起到连接和转发的功能,对于机械臂关节和末端的灵活性和精准度起到着至关重要的作用。