空间机械臂水下试验及其关键技术综述.pdf

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1、第２２卷第１期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．１２０１６年２月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＦｅｂ．２０１６空间机械臂水下试验及其关键技术综述曾磊，孙鹏飞，陈明，金俨，刘宾（北京空间飞行器总体设计部空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室，１０００９４北京）摘要：为配合航天员出舱活动训练以及在中性浮力环境中验证空间机械臂的相关任务和功能，需开展空间机械臂的水下试验工作。对加拿大Ｉ臂、Ｒａｎｇｅｒ项目、Ｅｕｒｏｂｏｔ欧洲号机器人等国际空间机械臂水下试验情况进行了调研，提炼出水下密封技术、水下接口湿式插拔技术、中性浮力配平技术、水动

2、力特性仿真技术、水压传动与关节设计技术等关键技术，为我国空间机械臂后续开展水下试验工作提供参考和借鉴。关键词：空间机械臂；中性浮力；水下试验；关键技术中图分类号：Ｖ４１６畅５文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１６）０１-００４５-１０ReviewofUnderwaterTestandKeyTechnologiesofSpaceManipulatorＺＥＮＧＬｅｉ，ＳＵＮＰｅｎｇｆｅｉ，ＣＨＥＮＭｉｎｇ，ＪＩＮＹａｎ，ＬＩＵＢｉｎ（ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｐａｃｅＲｏｂｏｔｉ

3、ｃＳｙｓｔｅｍｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆｔＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｕｐｐｏｒｔｔｈｅＥＶＡｔｒａｉｎｉｎｇｏｆａｓｔｒｏｎａｕｔｓａｎｄｖｅｒｉｆｙｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｔａｓｋｓａｎｄｆｕｎｃ-ｔｉｏｎｓｏｆｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｎｔｈｅｎｅｕｔｒａｌｂｕｏｙａｎｃｙｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｔｅｓｔｉｓｎｅｅｄｅｄ．Ｕｎ-ｄ

4、ｅｒｗａｔｅｒｔｅｓｔｏｆＣａｎａｄａｒｍＩ，Ｒａｎｇｅｒ，Ｅｕｒｏｂｏｔｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｎｄｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗｅｒｅｓｕｍ-ｍａｒｉｚｅｄｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｉｚａｔｉｏｎ，ｗｅｔ-ｍａｔｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ｎｅｕｔｒａｌｂｕｏｙａｎｃｙｂａｌａｎｃｅ，ａｎｄｗａｔｅｒ-ｗａｌｌｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｔｃ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅ-ｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔ

5、ｈｅＣｈｉｎａｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ．Keywords：ｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｎｅｕｔｒａｌｂｕｏｙａｎｃｙ；ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｔｅｓｔ；ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ验等试验验证及训练工作。结合我国空间站及空１引言间机械臂的任务情况，有必要在地面开展空间机为模拟在太空中微重力环境下的运动状态，械臂的水下试验工作，配合航天员开展出舱活动空间机构大多在地面开展了模拟失重状态的试验训练以及在中性浮力环境中验证空间机械臂的相研究，目前比较常用的模拟方法主要是悬挂法、气关任务和功能。本文对空间机械臂水下试验情况［１-２

6、］浮法和水浮法。悬挂方法存在很多外加干扰，及关键技术进行调研，为我国空间机械臂后续开［３-４］精度有限；气浮式仿真系统只能提供两维空间展水下试验工作提供参考和借鉴。［５］的运动模型；水浮法维护费用较高，但从运动２中性浮力试验方法概述学上来说，水浮法是一种相当逼真的失重模拟方［６-８］法，与太空环境最为相似所谓中性浮力模拟，就是将物体全部浸没在目前，国外已在中性浮力水槽中陆续开展了水中，利用精确调整配重或漂浮器的浮力，使被试哈勃望远镜维修水下试验、空间制动器在轨组装对象的比重与水相同，平衡于水中任何地点，达到水下试验、空间精密抛物反

7、射镜空间组装水下试模拟微重力环境的效果。中性浮力模拟的突出优收稿日期：２０１５-０８-２１；修回日期：２０１５-１２-０４作者简介：曾磊（１９８５－），男，硕士，工程师，研究方向为空间机械设计与试验。Ｅ-ｍａｉｌ：ｚｅｎｇｌｅｉ２７０１＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ４６载人航天第２２卷点是：在微重力环境条件下，机械臂可在六自由度［９-１０］下长时间地、无限制地连续运动；是唯一可与轨道上的机械臂同步进行空间活动、操作演示的模［１１］拟方法。它的缺点是：因水有动态阻尼和粘滞效应，所以操作、活动速度不能太快，在０畅３ｍ／ｓ～［１２］０畅６ｍ／ｓ之间

8、的慢速运动，模拟才是逼真的。中性浮力模拟的突出优点，使它得到越来越广泛的应用。但是中性浮力实验系统建造和维护费用［17］图1NBL的全尺寸航天飞机模型与其他训练装置高、试验时需要保证系统的密封性，同时容易受水Fig．1Thefull-sizeshu