天和核心舱机械臂_天和核心舱机械臂自由度

出舱活动成功！“大力士”核心舱机械臂有怎样的表现？

出舱活动，又被称作太空行走，是指航天员或宇航员离开载人航天器乘员舱，只身进入太空的活动。由于太空环境恶劣，航天员要面临失重、低气压和气温不稳定以及强辐射等诸多挑战。

天和核心舱机械臂_天和核心舱机械臂自由度

出舱任务成功完成的背后，是一个又一个精巧的高难度设计。例如，空间站核心舱机械臂首次托举航天员刘伯明到指定位置，完成出舱操作，抬和核心舱舱外全景相机的位置，完成了我国空间站工程建造任务的又一壮举。

作为航天 科技 的集大成者，空间站核心舱机械臂在实施本次任务中有怎样的表现？

核心舱上的机械臂是个“狠角色”，它虽然个头大，但是关节多，非常灵活，是目前同类航天产品中复杂度、规模、控制精度的空间智能机械系统，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。核心舱机械臂展开长度为10.2米，多能承载25吨的重量，是空间站任务中的“大力士”。航天 科技 集团五院空间站系统机械臂产品副总师胡成威介绍：“空间站核心舱机械臂是我国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。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。”

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。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，同时肩部与腕部各安装了一个末端执行器。意味着机械臂两端活动功能是一样的。

“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。”胡成威说。

空间站机械臂是我国航天事业发展的新领域之一，航天 科技 集团五院在抓总研制过程中，在关键技术、原材料选用、制造工艺、适应空间站环境的长寿命设计等方面均作出了巨大的突破和创新。胡成威介绍：“在研制团队的努力下，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，全部核心部件实现国产化。”

虽然针对机械臂的赞赏声不绝于耳，还有海外网友表示这个创意“太牛了”。但有外国专家称，这样的想法太过疯狂，在空间站运行过程中，上面所有的物体都会随之高速运动，任何偏都会造成一定的设备损失。对此，航天 科技 集团五院空间站系统总体副主任设计师汤溢表示：“我国的机械臂是我国科研人员自主研发的产物，在很多技术细节上有自己的独创和奇思妙想，但从机械臂本身的主要功能来说并不是首创，空间站上功能强大的加拿大臂同样具有移动识别、抓捕、安装等功能。加拿大臂从其承载能力和作用范围上来说，比我国的空间站机械臂更大，但是我们也从来没有听到关于加拿大臂会造成空间安全方面的问题。”

神舟十二号乘组两名航天员首次出舱 成功完成全部既定任务

“各号注意，我是北京，打开舱门前状态确认正常，后续按打开出舱舱门，开始出舱活动，出舱舱门打开正常。”

“这外面太漂亮啦！”

北京时间4日8时11分，航天员刘伯明成功开启天和核心舱节点舱出舱舱门。随后，航天员刘伯明、汤洪波身着自主研制的新一代“飞天”舱外航天服，先后从天和核心舱节点舱成功出舱。

此次出舱活动，完成了舱外活动相关设备组装、全景相机抬升等任务，首次检验了我国新一代舱外航天服的功能性能，首次检验了航天员与机械臂协同工作的能力及出舱活动相关支持设备的可靠性与安全性，为空间站后续出舱活动的顺利实施奠定了重要基础。

据了解，操作控制机械臂是此次航天员需要出舱完成的重要任务之一。核心舱机械臂展开长度为10.2米，多能承载25吨的重量，是空间站任务中的“大力士”，但又十分灵活。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表示，机械臂共有七自由度的活动能力，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，为航天员顺利开展出舱任务提供强有力的保证。“7个自由度的话就相当于是肩部3个自由度、肘部1个、腕部3个自由度，相当于是滚转、偏航加俯仰是3个自由度，肩部和腕部分别是对称的，所以加起来是7个。”

为了扩大任务触及范围，空间站核心舱机械臂还具备“爬行”功能。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。触及范围的扩大，这也有利于机械臂快速运送航天员到作业点。梁常春说：“机械臂来说主要就是辅助于其中一名航天员转移到作业点的位置，然后航天员自主完成作业，舱外设备的（安装）维修，然后再将航天员返回到出舱口。可以快速地将航天员从出舱的位置转移到作业的位置，这个比航天员在舱外爬行自主转移要快速很多，提高效率。”

空间站机械臂是我国航天事业发展的新领域之一,目前形成了多项空间机器人行业标准，空间智能装备的制造之路。

另据航天员科研训练中心选训室主任王焰磊介绍，抬升舱外全景摄像机位置也是此次航天员出舱要完成的任务。“因为全景摄像机在舱壁安装的话有外暴露的限制，安装在了一个比较低的位置，航天员出舱之后，需要航天员去安装一个抬升支架，把它抬升起来。”

这次神舟十二号乘组在出舱时，使用的是我国自主研制的“飞天”舱外航天服。航天员中心航天服工程室主任、航天员系统副总设计师张万欣介绍，新一代“飞天”舱外航天服无论是原材料、设计，还是确定实验方案、验证总结再改进，都是自主研发。相比于神舟七号出舱的舱外服，它的安全可靠性更高，支持舱外活动的时间更久，使用寿命也更长。“现在的服装自主工作时间可以长达八个小时。原来的服装就是一米六五到一米八的人来穿着，还是比较大。现在我们就经过改进提升，就是关节的小型化之后，它可以满足一个一米六到一米八的人穿着使用，适体性越好，它的活动性能才能保障，就是人穿着它就工作起来更轻松。”

空间站机械臂成功转位货运飞船，这一成功有多来之不易？

非常不容易，这个成功是很多人共同努力的结果，航天工作者在完成这个任务的时候，历经了很多艰难困苦的时刻，这是我们第1次完成这样的任务，总共花费了47分钟，之后可以更好的强化气象服务，可以进行区域化的科学性管理。

这个成功非常来之不易。因为这样的成功代表着的空间站科学技术达到了一个更高的层次，同时也是很多科研人员共同努力的结果，让人非常的敬佩，让人非常感动。

非常的不容易，因为有很多的科学家需要克服困难，而且也需要花费大量的时间和精力。

日本航天完成黑科技测试，除了太空机械臂，它还有太空机械手？

说到太空机械臂，大家立刻就会想到咱们“天和”核心舱的“大臂”，以及空间站的“加拿大臂2”，还有前不久随“科学”号实验舱上天的欧洲机械臂ERA。明年我国“问天”号实验舱还会带上去一个“小臂”，这些都是七自由度太空机械臂，除了“加拿大臂2”是沿着桁架直线移动之外，其他的都可以爬行。

可能还有人知道空间站日本“希望”号实验舱外也有一个固定式机械臂，它与美国航天飞机上安装的固定式“加拿大臂”比较类似。另外，“黎明”号对接舱外，乃至当年的“和平”号空间站上，都装有伸缩式“太空吊车”。

可是，前面说到的这些，仅是太空机械臂中的一个分类，其实在这个庞大的家族中，还有一种小型太空机械臂，更接近于人手的灵活程度，所以叫“太空机械手”，比如日本太空初创企业Gitai刚刚在空间站完成功能演示的S1机械手。

与抓捕飞船进行对接、辅助宇航员进行太空行走的大型舱外机械臂不同，太空机械手主要干维修空间站的工作，比如日本Gitai S1机械手在这次演示中，测试了操作电缆和开关，组装结构和面板两项功能，都是十分精细的操作，据说它的灵活程度还只开到了7级，为9级。

而日本机械手目前的功能演示，只是在空间站的一个商业充气舱内进行的，下一步将在舱外进行测试，其目标是部分取代宇航员的工作，减少太空行走舱外作业，未来甚至准备为月球、火星基地提供服务。另外，目前测试的S1还只是一个单机械手，Gitai的终形态是一个拥有四个手臂的太空机器人，不管是否适用，反正日本是跟人形机器人杠上了，就算点错了 科技 树也在所不惜。

值得一提的是，我国早在2016年到2019年的“天宫二号”空间实验室阶段，就在轨测试了类似的太空机械手，它与现在的“天和”核心舱外的太空机械臂完全不同，真的是模拟人的手臂，有3个关节系统，甚至还有5根手指。当然，如果需要，也可以换成其他的末端执行器。

不过，中日都并非早搞太空机械手的，在空间站舱外，自2008年3月开始，就有一个专用灵巧机械手Dextre，又叫“加拿大手”，它与“加拿大臂2”配合使用，就像手指和手臂一样，能够进行毫米级的操作，比如拧螺丝，剥电线。但Dextre的问题是太大了，只能在舱外使用，而且必须与“加拿大臂2”合体，才能发挥作用。

而我国正在研制的“太空蜘蛛”，可以看作是一种更为灵活的Dextre，它既可以跟机械臂合作，从货运飞船中吊取零配件，又可以单独活动，像蜘蛛一样爬到航天器上进行在轨组装，精度达到0.015毫米，据说它将应用在我国“韦伯”PLUS空间望远镜上。

前面提到的所有这一切，都只是为了一个目标，即打造无人化的空间站和外星基地。虽然现在的近地轨道空间站，一直有人长期驻守，但是未来的月球轨道空间站、月面基地、火星轨道空间站、火星基地、甚至拉格朗日点空间站，由于距离过于遥远，大部分时间都处于无人值守状态，就要求各种大小机械臂、机械手、机器人能够自行完成维护和保养工作，具备高度的自动化、智能化，所以这是人类走向星辰大海一项必不可少的技术。

核心舱机械臂托举航天员完成空间站时代首次出舱

2021年7月4日，航天员刘伯明、汤洪波顺利出舱，雄伟有力的空间站核心舱机械臂首次托举航天员到指定位置完成出舱操作，抬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，完成了我国空间站工程建造任务的又一壮举。

空间站核心舱机械臂由航天 科技 集团五院抓总研制，是目前同类航天产品中复杂度、规模、控制精度的空间智能机械系统，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。核心舱机械臂展开长度为10.2米，多能承载25吨的重量，是空间站任务中的“大力士”。

空间站核心舱机械臂是我国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。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。

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。