1.2.2　国内空间机械臂发展概况

随着相关研究的深入和技术进步，空间机械臂已经在我国载人航天工程和深空探测工程中发挥了重要作用。我国载人航天工程实行“三步走”战略：第一步，发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船并开展空间应用实验；第二步，突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术，发射空间实验室，解决有一定规模、短期有人照料的空间应用问题；第三步，建造空间站，解决有较大规模、长期有人照料的空间应用问题。2022年，中国空间站全面建成，载人航天工程“三步走”战略圆满收官。

在空间站建造的过程中，空间机械臂不可或缺。中国空间站远程机械臂系统（Chinese Space Station Remote Manipulator System，CSSRMS）包括核心舱机械臂（Core Module Manipulator，CMM）和实验舱机械臂（Experiment Module Manipulator，EMM），如图1-12和图1-13所示。

图1-12　核心舱机械臂

图1-13　实验舱机械臂

CMM具有7个自由度，长度为10.5 m，最大负载为25 000 kg。机械臂本体由7个关节、2个末端执行器、2根连杆、1个中央控制器以及1套视觉相机系统组成。关节的配置采用“肩3+肘1+腕3”的方案，即肩部依次设置回转、偏航和俯仰关节，肘部设置肘俯仰关节，腕部依次设置俯仰、偏航和回转关节。这种对称结构可使得机械臂在空间站舱体表面实现肩/腕互换的位置转移，即“爬行”。CMM主要用于完成空间站舱段转位与辅助对接、悬停飞行器捕获与辅助对接以及支持航天员出舱活动等空间任务。

EMM具有7个自由度，长度为5.5 m，最大负载为3000 kg。机械臂本体由7个关节、2个末端执行器、2根连杆、2个控制器、2套手眼相机等组成。除此之外，该机械臂结构对称，两端安装的末端执行器，1个作为实验舱机械臂工作时的基座，用于实现实验舱机械臂与实验舱的连接；1个作为手臂抓捕操作的工具，也可实现与核心舱机械臂的对接，以构成更长的串联机械臂。EMM控制器安装在连杆上，随机械臂移动。EMM主要用于完成曝露平台实验载荷照料、空间站光学平台照料、支持航天员舱外状态检查、舱外设备组装等空间任务。

开展探月工程是我国深空探测领域的第一步重大举措，采取“绕、落、回”三步走战略，目前已圆满收官。在探月工程中，空间机械臂是支撑探月工程顺利实施的关键之一。“嫦娥三号”探测器是三步走战略第二步中的关键装备，于2013年12月发射并执行月面巡视勘察等空间任务。搭载在“嫦娥三号”探测器上的“玉兔号”月球车（见图1-14）前端机械臂具有3个自由度，长为0.5 m，主要用于辅助探测分析月球表面土壤，其展开后的控制精度可达毫米级别；“嫦娥五号”探测器（见图1-15）是三步走战略第三步中的关键装备，其承担了月表采样返回任务。搭载在“嫦娥五号”探测器上的表取采样机械臂，正是执行月表采样返回任务的关键设备，其能够克服规划动作多、取样返回难度大等技术难题。

图1-14　“玉兔号”月球车

图1-15　“嫦娥五号”探测器