空间站机械臂关键技术研究

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1、第２０卷第３期载人航天Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．３２０１４年５月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＭａｙ２０１４空间站机械臂关键技术研究李大明，饶炜，胡成威，王耀兵，唐自新，王友渔（中国空间技术研究院总体部，北京１０００９４）摘要：我国空间站机械臂承担舱段转位、辅助对接、舱外设备安装及维修等关键任务，具有大负载、高精度、高可靠等特点，涉及机、电、热、光、控等多学科技术交叉耦合，高度集成且研制难度巨大。在分析、比较国内外机械臂的基础上，提出了我国空间站七自由度冗余、分布式控制、位置可移动的机械臂技术方案，并阐述了高精度伺服控制、多

2、约束路径规划等八类关键技术研究成果。空间站机械臂已具备了工程化实施条件，为我国空间站工程建设奠定了基础。关键词：载人航天；空间站；机械臂；关键技术＋中图分类号：Ｖ４２３．７２文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１４）０３-０２３８-０５KeyTechnologyReviewoftheResearchontheSpaceStationManipulatorＬＩＤａｍｉｎｇ，ＲＡＯＷｅｉ，ＨＵＣｈｅｎｇｗｅｉ，ＷＡＮＧＹａｏｂｉｎｇ，ＴＡＮＧＺｉｘｉｎ，ＷＡＮＧＹｏｕｙｕ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆ

3、ｔＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＴｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｏｆＣｈｉｎａｔａｋｅｓｏｎｔｈｅｔａｓｋｓｏｆｒｅｌｏｃｋｉｎｇｓｐａｃｅｃｒａｆｔｓｅｃ-ｔｉｏｎｓ，ｄｏｃｋｉｎｇａｓｓｉｓｔａｎｃｅ，ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ．Ｉｔｈａｓｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆａｈｉｇｈｄｅｇｒｅｅｏｆａｃｃｕ

4、ｒａｃｙ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｌｏａｄａｂｉｌｉｔｙ．Ｓｉｎｃｅｉｔｉｓａｈｉｇｈｌｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｍｂｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｔｈｅｒｍｏｔｉｃｓ，ｖｉｓｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｃｏｎｔａｉｎｓｍａｎｙｕｎｓｏｌｖｅｄｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅｉｎｔｒｏ-ｄｕｃｅｓｈｕｇｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｆｏｒｔｈｅｉｍｐｌｅｍ

5、ｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｍｐａｒａｔｉｏｎｔｏｔｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔａｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗｈｉｃｈｉｓａｓｅｖｅｎｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｒｅｄｕｎｄａｎｔ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ，ａｎｄｂａｓｅｍｏｖａｂｌｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｙｓｔｅｍ，ｉｔａｌｓｏｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅ

6、ｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｅｉｇｈｔｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｓｕｃｈａｓｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｓｅｒｖｏ-ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｍｕｌｔｉｐｌｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｈｏｗｓｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｈａｓｂｅｅｎｑｕａｌｉｆｉｅｄｔｏｂｅｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ，ｗｈｉｃｈｌａｙｓｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ

7、ｏｆＣｈｉｎａ．Keywords：ｍａｎｎｅｄｓｐａｃｅｆｌｉｇｈｔ；ｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ；ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ我国航天事业实现跨越式发展、缩小与世界先进１引言水平差距的必由之路。空间站机械臂的研制为我空间站机械臂是我国空间站建造、运营、维修国迅速发展空间机器人技术提供了一个良好的机［１］及拓展等过程中不可或缺的关键设备之一。遇，也使我国航天科技人员面临前所未有的巨大它涉及机、电、热、光、控等多学科交叉耦合，高度挑战。［２］集成且研制难度巨大。与俄罗斯及美国等发从２００７年起，中国空

8、间技术研究院总体部全［３-５］达国家相比，我国在基础学科特别是材料、元器面启动了空间站机械臂的研发工作，先后研制件、加工、制造及测试等方面还存在较大差距，因了空间站机械臂原理样机和工程样机，开展了大此瞄准国际航天技术前沿、攻克重大关键技术，是量的技术验证工作。目前已初步突破系统设计与收稿日期：２０１４-２-０６；修回