它是空间站上的多面手！来看机械臂如何配合出舱航天员

今天（7月4日）上午，神舟十二号三名航天员协同配合，正在进行中国空间站首次出舱活动。

这次出舱任务，空间站舱外的机械臂首次配合航天员共同完成。机械臂是我国目前智能程度最高、技术难度最大、系统最复杂的空间智能制造系统，机械臂都有哪些功能？是怎么配合航天员完成出舱任务的？跟着记者的镜头，一起了解这个空间站上的多面手。

3肩1肘3腕 7自由度可抓25吨重物

总台央视记者 李宁：这个就是大名鼎鼎的中国空间站机械臂，目前它的状态是一个发射段的初始状态，机械臂一共是分为三个肩，一个肘和三个腕，外加两个末端执行机构，整个展开之后的长度超过10米。

空间站机械臂是我国首个可长期在太空轨道运行的机械臂，它能真实模拟人手臂的灵活转动，通过旋转结构，能在前后左右的任何角度和部位抓取物体，抓取能力可以达25吨，具有七个自由度的活动能力。

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：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。相当于是滚转、平衡加俯仰是3个自由度，肩部和腕部分别是对称的，所以加起来是7个自由度。

两个末端执行器：一端固定在舱壁 另一端抓取

除了具有灵活的手臂，机械臂还有明亮的眼睛——视觉系统，以及敏锐的触觉神经，机械臂的肩部与腕部各有一个末端执行器，它可以像人的手掌一样，抓取在轨的舱段或者货物。

总台央视记者 李宁：这个就是末端执行机构，也就是负责移动、爬行以及飞行器捕获的装置。在空间站上一共有两个这样的机构，可以更换，它连接的位置就是腕。

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：机械臂在舱上进行爬行的时候，也是通过末端执行器来捕获舱段上的目标收接器实现固联。末端上还配置了腕部相机，通过相机的监视，可以实时成像舱外的图像，包括空间站表面，还有航天员操作等场景。整个机械臂在舱体上的连接，包括机械上的、电气上的、信息上都是靠末端执行器来完成。它既有机（械）的连接也有电的连接，整个末端可以互换。

“大脑”在肘部 肩部腕部有多个相机

总台央视记者 李宁：这个就是机械臂的肘部，和人类的肘部一样，通过它来连接机械臂的两条直臂，从而实现爬行以及移动。整个机械臂的大脑就在它的肘部。

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：这个就是机械臂一个肘部，它包括一个关节，这边是一个中央控制器。中央控制器相当于整个机械臂的大脑，机械臂的一个运动，还有信息传输都是靠中央控制器。以太网交换机，就是机械臂上面本身有腕部相机、肘部相机，各路相机图像下传和收集都是靠交换机进行一个中转。

不只功能强大 机械臂还能应对复杂空间环境

除了功能强大之外，研制人员还充分考虑了机械臂的运行环境，在安全防护方面也做足了功课。

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：大家常说的重力、温度、宇宙射线，单粒子的影响，包括在控制器选型上都会考虑这些因素，所以都有一些防护，包括这些外壳。本身设计的时候都考虑了空间站以外的其他碎片，防撞击的性能也都做过一些相关试验。即使真出现了恶劣情况，应该也不会对本身功能造成影响。

研制人员开动脑筋！机械臂在舱外还能有这些“神操作”

目前正在飞行的空间站组合体，仅核心舱的长度就有16.6米，而机械臂展开后长度只有10.2米，那么，超过机械臂长度的地方如果需要安装或维修设备，又该如何作业呢？按计划，明年还将会有两个实验舱与核心舱对接，形成一个更大的、“T”字构型的空间站，如何保证机械臂的工作范围能覆盖整个空间站？为此，研制人员设计了让机械臂在舱外爬行的“神操作”。

单纯依靠机械臂自身的长度，是无论如何也不可能照顾到空间站的各个位置的，于是，研制人员为机械臂设计了一个独特的功能。通过机械臂两端的末端执行器与空间站表面的适配器相连接，机械臂在可以空间站上“爬行”，从而使机械臂的工作范围完全覆盖整个空间站。

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：咱们国家空间站是将来要建成“T”字构型，我们机械臂是要面向整个15年的运营，要去不同的位置进行一些辅助作业，所以机械臂要覆盖整个舱段。尽量把机械臂的位置扩展一下，我们就想通过一种既灵活又经济简便的方式来实现整个空间站的覆盖，所以就设计了爬行的方式。

机械臂任务之一：运送其中一名航天员到作业点

科研人员告诉记者，目前，空间站机械臂已经经过一系列测试，也已经完成了爬行的动作。在这次神舟十二号航天员出舱任务中，机械臂负责运送航天员到作业点。

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：机械臂来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。

机械臂强大功能！实现舱段转位、飞行器捕获

通过“爬行”，机械臂的工作范围可以覆盖整个空间站，这就为未来的众多任务提供了保障。在后续任务中，机械臂还将承担舱段转位、悬停飞行器捕获和辅助对接、舱外货物搬运、空间环境试验平台照料等重要任务。

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：后面的任务，天舟二号转位也是相当于为实验舱的转位做一个提前的验证。

机械臂如何搭载航天员？都要用到哪些工具？

在中国空间站航天员首次出舱活动中，刘伯明搭乘机械臂前往作业点，展开舱外作业。那么，机械臂上供航天员能站或者能扶的机构是什么样？航天员怎么才能上到机械臂上去？再通过记者的探访详细了解一下。

出舱作业首要任务：安装脚限位器和舱外操作台

总台央视记者 李宁：我们的航天员第一次出舱作业，首先的任务就是要把这两个工具带出舱，一个是便携式的脚限位器，一个是舱外操作台。

航天科技集团五院总装与环境工程部总装技术支持主管工程师 范子琦：机械臂末端安装便携式脚限位器基座，到时候航天员拿着便携式脚限位器直接插到这个基座中，进行锁定。开关设置了二次锁定，相当于双重保护，防止因为误碰把开关碰开了以后，脚限位器脱出。航天员两只脚通过两个环插进去，然后向外一滑，把脚后跟卡到卡槽里就可以实现脚部固定。

航天科技集团五院总装与环境工程部总装技术支持主管工程师 范子琦：这个是叫舱外操作台，是安装到便携式脚限位器，侧面有一个接口上，这个主要是出舱以后用于放置维修的设备或者工具的。共有是6个接口，（左右）各有1个载物杆；中心面板上有4个通用接口。主要是挂，比如说舱外有设备坏了需要维修，航天员从舱内带出去，可以临时先放在这里；然后把舱上需要换的设备换下以后，也放到这里，然后再把（从舱内的带来的）取下来更换一下，相当于一个载物架。

编辑: 周晓雨