天宮空間站機械臂末端抓手公開:既能艙體爬行,也能捕獲航天器

 近日,載人航天科普展在京舉辦,天宮空間站天和一號核心艙機械臂縮比模型也參與了展覽活動。此前核心艙機械臂也曾以多種形式參加過公開展覽,但此次展覽所展示的信息顯然更多。

核心艙主機械臂末端執行器(縮比模型)

從畫面中可以看到核心艙機械臂末端執行器的細節構造,天和一號核心艙機械臂是天宮空間站的主機械臂,展開長度10.2米,質量738公斤,承載能力25噸,有7個自由度,有自動與手動兩種工作模式,綜合技術指標居於國際領先水平。

核心艙機械臂安裝在小柱段外表面

核心艙機械臂由7個關節、兩個臂桿、兩個末端執行器、3台視覺相機組成,機械臂與人體手臂一樣分為肩部、肘部、腕部三個活動部位,肩部與腕部各有3個關節,肘部一個關節,具備七自由度運動能力,肩部與腕部末端各配置一部末端執行器。

核心艙機械臂微重力氣浮平台抓取試驗

天宮空間站天和一號核心艙、問天號實驗艙、夢天號實驗艙三大艙體表面均配置有多個目標適配器,核心艙機械臂就是通過末端執行器與目標適配器之間的對接與分離實現艙體爬行功能,進而在更大範圍觸達空間站各艙體外表面。

天和一號核心艙小柱段「目標適配器」

目標適配器中心部位有一個抓鬥銷,抓鬥銷末端有一個球形裝置,與機械臂末端執行器接觸後這個球形裝置將發揮限位連接功效,抓鬥銷周圍還有三個傾斜桿,作用是提供額外的旋轉穩定性,進而實現兩個物體之間的剛性連接。

目標適配器四周還有用於電力、數據傳輸的介面,在兩個航天器實現剛性連接的基礎上傳輸電力與視頻信號。

天和一號核心艙大柱段「目標適配器」

目標適配器也被稱為電力數據抓取夾具,該裝置最早源於大洋彼岸的太空梭計劃,當前在國際空間站任務中也有廣泛應用。早期目標適配器僅用於兩個物體之間的物理剛性連接,隨著需求的變化,目標適配器增加了電力連接、數據連接等功能,是空間站建設運營過程中不可或缺的關鍵裝備。

天和一號核心艙機械臂輔助對接地面測試

還可以在其他航天器上配置目標適配器與核心艙機械臂對接,進而形成基於機械臂捕獲懸停航天器的交會對接方案,此方案可以簡化追蹤航天器用於交會對接的瞄準裝置,多用於貨運飛船的交會對接任務,減少的瞄準裝置重量以及富餘空間可以搭載更多上行貨物,降低運營成本。

天和一號核心艙機械臂手柄輔助航天員艙外移動

除此之外,核心艙機械臂末端執行器還可以對接腳限位器輔助航天員執行艙外任務,支持航天員大範圍轉移。機械臂臂桿上還依次設置了多個手柄裝置,便於航天員的艙外活動。

天和一號核心艙機械臂可支持兩名航天員艙外活動

天宮空間站完整的機械臂系統包含有兩套機械臂,一套是核心艙主機械臂,另一套是問天號實驗艙機械臂。

核心艙主機械臂與實驗艙機械臂對接

實驗艙機械臂也是七自由度機械臂,相較於核心艙機械臂更加靈巧,可用於實驗艙暴露載荷平台照料,也可支持航天員大範圍轉移的艙外活動,同時還能與核心艙主機械臂末端執行器對接形成總長超過15米的超大型機械臂,並基於核心艙機械臂的艙體爬行功能,實現空間站外表面的全觸達。

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