牛頭式三軸機械手臂使用講解（宇宙級機械臂轉接頭）

2023-05-16 22:27:35

今天凌晨，航天員翟志剛、航天員王亞平安全返回天和核心艙，神舟十三號航天員乘組第一次出艙活動取得圓滿成功。此次出艙活動中，空間站核心艙機械臂再次耀眼亮相，託舉航天員到達指定位置開展出艙操作，順利完成了機械臂級聯裝置的安裝工作，為後續實現「擎天巨臂」的組合打下紮實基礎。機械臂級聯裝置是做什麼用的？裡面有著怎樣的「黑科技」？

對接兩臂，實現「1 1=1」

空間站機械臂是我國航天事業發展的新領域之一，融合了機、電、熱、控制、光學等多個專業，這也更加凸顯了雙臂組合轉接件的研製難度。

此次出艙活動的「主角」——機械臂級聯裝置由雙臂組合轉接件和懸掛裝置組成，是空間站機械臂實現組合動作的關鍵裝備。其中，雙臂組合轉接件更是被空間站型號研製人員形象地比喻為「宇宙級機械臂轉接頭」。

航天科技集團五院空間站機械臂飛控負責人高升介紹，空間站機械臂由核心艙機械臂（大臂）和「問天」實驗艙機械臂（小臂）組成。

「按照空間站關鍵技術驗證及建造階段的任務規劃，實驗艙機械臂將隨『問天』實驗艙一起發射入軌，並將在太空中與核心艙機械臂完成『大小臂在軌組合』的亮眼操作，而實現組合的關鍵裝置就是雙臂組合轉接件。由於長度為10米的核心艙機械臂和長度為5米的實驗艙機械臂『體型』差異較大，因此埠設計也有較大差別。」高升表示。

如何做好兩個機械臂的對接，實現「1 1=1」的效果，完成適應性強、操作難度更大的任務，對研製團隊來說是一個巨大的創新難題。

為此，研製團隊一次次開展方案論證，一輪輪進行設計優化，將小小的「宇宙級機械臂轉接頭」從創意變成了「四兩撥千斤」的科技「神器」——「它不僅有助於完成兩個機械臂的接口互連，更實現了兩者間電氣和信息的互通，在惡劣的太空環境中安全打通兩個機械臂之間的『任督二脈』。」高升稱。

這個科技「神器」從哪些方面進行了改進？高升表示，雙臂組合轉接件將幫助兩個形態截然不同的機械臂完成轉接，保證組合機械臂具備承載更大載荷進行大範圍轉移的能力，「在原材料選用、製造工藝、適應空間站環境的長壽命設計等方面均作出了巨大的突破和創新。」

完成在軌任務，收「刀」入「鞘」

在機械臂級聯裝置安裝過程中，首先安裝在核心艙艙壁上的懸掛裝置帶有巧妙的抱爪結構，用於捕獲和存放雙臂組合轉接件，並為它提供供電保證。

完成懸掛裝置安裝後，航天員翟志剛輕推雙臂組合轉接件進入卡口位置，懸掛裝置在指令的遙控下，通過抱爪結構準確地將轉接件抓住，並將其「擁入懷中」。

那麼，雙臂組合轉接件和懸掛裝置到底是什麼關係呢？航天科技集團五院空間站機械臂懸掛裝置主管設計師高翔宇以「刀劍」和「刀鞘」舉例解釋：「雙臂組合轉接件好比『刀劍』，懸掛裝置則好比『刀鞘』。未來，當兩個空間站機械臂開展對接工作時，核心艙機械臂（大臂）將主動探向雙臂組合轉接件，通過末端視覺相機識別靶標，將其從懸掛裝置上精準取出，進而完成與『問天』實驗艙機械臂的組合，形成更長、更穩定的靈巧型空間機器人。」

屆時，空間站機械臂可達範圍直接拓展為14.5米，活動範圍可直接覆蓋空間站三個艙段，隨時實現對空間站艙體表面的巡檢。「機械臂在組合對接狀態下完成在軌任務後，又要重新分為大小機械臂兩個部分，此時雙臂組合轉接件自然是收『刀』入『鞘』，由核心艙機械臂主動將雙臂組合轉接件重新放回懸掛裝置中。」