空间机械臂技术发展综述刘㊀宏ꎬ蒋再男ꎬ刘业超(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室ꎬ哈尔滨１５００８０)摘要:介绍了国外载人航天中的航天飞机㊁国际空间站上的典型空间机械臂系统ꎬ概述了用于我国空间站建造和维护任务的空间站机械臂系统ꎬ详述了其中核心舱机械臂和实验舱机械臂的任务要求和基本方案ꎬ重点阐述了实验舱机械臂的关节㊁末端作用器㊁控制器以及遥操作子系统的方案㊁组成和主要功能ꎬ并对我国未来空间机械臂技术的发展提出了建议ꎮ关键词:空间机械臂ꎻ在轨建造ꎻ在轨维护中图分类号:ＴＰ２４２ ３㊀文献标识码:Ａ㊀文章编号:１６７４￣５８２５(２０１５)０５￣０４３５￣０９ＲｅｖｉｅｗｏｆＳｐａｃｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬＩＵＨｏｎｇꎬＪＩＡＮＧＺａｉｎａｎꎬＬＩＵＹｅｃｈａｏ(ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＳｙｓｔｅｍꎬＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨａｒｂｉｎ１５００８０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＴｈｅｔｙｐｉｃａｌｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｆｏｒｔｈｅｓｐａｃｅｓｈｕｔｔｌｅａｎｄｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｐａｃｅＳｔａｔｉｏｎｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ.ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｒｅｍｏｔｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｏｎ－ｏｒ￣ｂｉｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｍｉｓｓｉｏｎｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ.Ｔｈｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｂａｓｉｃｓｏｌｕ￣ｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｃｏｒｅｍｏｄｕｌｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｏｄｕｌｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ.Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｐｏｓａｌꎬｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｍａｉｎｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔꎬｔｈｅｅｎｄｅｆｆｅｃｔｏｒꎬｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｔｈｅｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｆｏｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｏｄｕｌｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗｅｒｅｅｌａｂｏｒａｔｅｄ.Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏ￣ｐｏｓａｌｆｏｒｏｕｒｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗａｓａｌｓｏｍａｄｅｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒꎻｏｎ￣ｏｒｂｉｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎻｏｎ￣ｏｒｂｉｔｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ收稿日期:２０１５￣０３￣１０ꎻ修回日期:２０１５￣０９￣０１基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１９０５０９７)ꎻ国家基础研究发展规划资助项目(９７３￣２０１３ＣＢ７３３１０３)作者简介:刘㊀宏(１９６６－)ꎬ男ꎬ博士ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ教育部长江学者特聘教授ꎬ研究方向为空间机器人技术ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｄｌｒｈｉｔｌａｂ＠ａｌｉｙｕｎ.ｃｏｍ１㊀引言空间机械臂具有一体化的空间感知㊁机动和操作能力ꎬ通过在轨操作㊁地面遥操作或自主操作方式完成航天器的在轨装配㊁污染清理㊁观测与检查㊁故障模块更换㊁在轨加注㊁消耗载荷更换和补充㊁轨道清理㊁轨道转移等工作[１]ꎬ是航天器在轨组装与维护的核心装备ꎮ国际空间站的搭建和维护经验告诉我们ꎬ利用空间机械臂辅助航天员完成空间搭建和载荷维护等任务ꎬ大大减轻了航天员出舱风险ꎬ减轻了航天员的工作压力ꎬ提高了空间探索活动的效率[２￣５]ꎮ加拿大㊁日本㊁欧洲㊁美国等较早开展了空间机械臂的研究工作ꎬ并基于航天飞机㊁国际空间站等平台开展了大量的在轨试验和工程应用ꎬ积累了丰富的技术能力和应用经验ꎮ我国目前已完成了针对合作目标的空间机械臂在轨演示验证ꎬ正开展针对我国空间站的机械臂研制ꎮ本文对载人航天中有人参与的空间机械臂进行了综述ꎬ分别介绍了国际空间站ＩＳＳ(Ｉｎｔｅｒ￣ｎａｔｉｏｎａｌＳｐａｃｅＳｔａｔｉｏｎ)的加拿大移动服务系统ＭＳＳ(ＭｏｂｉｌｅＳｅｒｖｉｎｇＳｙｓｔｅｍ)㊁日本实验舱远程机械臂ＪＥＭＲＭＳ(ＪａｐａｎｅｓｅＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＭｏｄｕｌｅＲｅ￣ｍｏｔｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＳｙｓｔｅｍ)㊁欧空局机械臂ＥＲＡ(ＥｕｒｏｐｅａｎＲｏｂｏｔｉｃＡｒｍ)以及美国的机器人宇航第２１卷㊀第５期２０１５年㊀９月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀载㊀人㊀航㊀天ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.２１㊀Ｎｏ.５Ｓｅｐ.２０１５员Ｒ２ꎮ针对我国空间站的建设与维护任务需求ꎬ介绍了空间站机械臂系统研制的基本情况ꎬ最后对我国空间机械臂技术的发展提出了建议ꎮ２㊀加拿大空间机械臂概况２ １㊀加拿大ＳＲＭＳ机械臂加拿大航天飞机远程机械臂ＳＲＭＳ(ＳｈｕｔｔｌｅＲｅｍｏｔｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＳｙｓｔｅｍ)是人类历史上第一套空间机械臂ꎬ安装在航天飞机上ꎬ主要用来部署和回收固定和自由的有效载荷ꎬ转移和支持航天员舱外作业ꎬ卫星维修㊁国际空间站建造以及国际空间站在轨操作的观测辅助任务[６￣８]ꎬ如图１所示ꎮ加拿大臂长约１５ｍꎬ具有６个自由度ꎬ肘部和腕部安装了相机ꎬ重约４１０ ５ｋｇꎮ肘部相机可为隔壁舱㊁操作臂以及有效载荷提供可视画面ꎬ腕部相机可以协助末端执行器和捕获机构的操作ꎮＳＲＭＳ采用航天员在轨操作方式进行控制ꎬ航天飞机内的航天员通过舱内机器人工作站操作ＳＲＭＳꎬ操作模式包括自动模式㊁手动增强模式㊁单关节驱动模式㊁直接驱动模式以及备份驱动模式ꎮ图１㊀加拿大ＳＲＭＳ系统Ｆｉｇ.１㊀ＣａｎａｄｉａｎＳＲＭＳｓｙｓｔｅｍ２ ２㊀加拿大ＭＳＳ机械臂加拿大的移动服务系统ＭＳＳ用于国际空间站的搭建和维修等任务ꎬ主要由活动基座系统(ＭｏｂｉｌｅＢａｓｅＳｙｓｔｅｍꎬＭＢＳ)㊁空间站遥控机械臂系统(ＳｐａｃｅＳｔａｔｉｏｎＲｅｍｏｔｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＳｙｓｔｅｍꎬＳＳＲＭＳ)以及专用灵巧机械臂(ＳｐｅｃｉａｌＰｕｒｐｏｓｅＤｅｘｔｅｒｏｕｓＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒꎬＳＰＤＭ)组成[１０￣１２]ꎮ空间站远程操作臂系统ＳＳＲＭＳ是由６自由度航天飞机远程机械臂ＳＲＭＳ演变而来的７自由度机械臂系统ꎬ长１７ ６ｍꎬ最大载荷质量高达１１００００ｋｇꎬ操作灵活性大为提高ꎬ如图２所示[１３]ꎮ机械臂的杆件和关节柔性振动制约了操作效率和末端定位精度ꎬ仍需要进一步优化控制ꎮ特殊用途灵巧操作器ＳＰＤＭ是一个双臂机器人系统ꎬ可安装在空间站遥控机械臂系统ＳＳＲＭＳ的末端ꎬ长度约为３ ５ｍꎬ载荷质量为６００ｋｇꎬ能够实现对载荷的灵巧操作ꎬ完成一些可维修航天器的服务任务ꎬ如模块更换㊁燃料加注等[１４￣１６]ꎬ如图２(ｃ)ꎮ航天员根据反馈的实时视频图像ꎬ通过机器人操作台ＲＷＳ(ＲｏｂｏｔＷｏｒｋＳｔａｔｉｏｎ)操作面板㊁手柄等设备实现对ＭＳＳ的操作控制ꎬ如图２(ｄ)ꎮ近年来ꎬ对于部分常规例行检查任务ꎬＭＳＳ主要通过地面遥操作的方式进行控制ꎬ减轻航天员工作负担[１７]ꎮＭＳＳ的操作对象上安装了视觉靶标ꎬ属于合作目标操作ꎮ图２㊀加拿大ＭＳＳ系统Ｆｉｇ.２㊀ＣａｎａｄｉａｎＭＳＳｓｙｓｔｅｍ３㊀日本ＪＥＭＲＭＳ机械臂概述日本航天局ＪＡＸＡ(原来的ＮＡＳＤＡ)研制的日本实验舱远程机械臂ＪＥＭＲＭＳ由主臂ＭＡ(ＭａｉｎＡｒｍ)和小精细臂ＳＦＡ(ＳｍａｌｌＦｉｎｅＡｒｍ)串联组成ꎬ安装在国际空间站日本实验舱段[１８￣１９]ꎬ用于支持和操作在暴露设施与实验后勤舱暴露部分上进行的实验ꎬ还可以支持空间站相应区域６３４载人航天第２１卷的维护任务ꎬ以减轻航天员舱外活动的工作负担ꎬ如图３所示ꎮ主臂长约１０ｍꎬ具有六个自由度ꎬ最大载荷质量可达７０００ｋｇꎻ小精细臂长约２ ２ｍꎬ具有六个自由度ꎬ柔顺控制模式下最大载荷质量可达８０ｋｇꎬ由主臂操作或者定位ꎬ完成一些精细或柔顺作业ꎮ航天员根据反馈的实时视频图像ꎬ通过舱内操作台相关设备实现对ＪＥＭ￣ＲＭＳ的操作控制ꎬ如图３(ｂ)ꎮ此外ꎬ近年来ＪＥＭＲＭＳ也可以通过地面遥操作的方式进行控制[２０￣２１]ꎮＪＥＭＲＭＳ操作对象也属于合作目标ꎮ图３㊀日本ＪＥＭＲＭＳ系统Ｆｉｇ.３㊀ＪａｐａｎｅｓｅＪＥＭＲＭＳｓｙｓｔｅｍ４㊀欧洲ＥＲＡ机械臂概述荷兰空间中心研制的欧洲机械臂ＥＲＡꎬ将用来对国际空间站俄罗斯舱段进行装配㊁维护ꎬ并可以利用机械臂末端的红外相机对舱段进行检查[２２￣２４]ꎬ如图４所示ꎮＥＲＡ机械臂是一个可重定位㊁完全对称的７关节机械臂ꎬ长约１１ｍꎬ最大载荷质量可达８０００ｋｇꎮＥＲＡ系统包括一个可重定位的７自由度机械臂㊁舱内人机交互设备ＩＭＭＩꎬ舱外人机交互设备ＥＭＭＩ㊁中央控制计算机ＣＰＣ㊁支撑设施以及工具库ꎮ此外ꎬ地面部分包括任务准备和训练设备ＭＰＴＥ用来实现对ＥＲＡ任务的设计㊁训练㊁在线操作支持以及评估ꎮ航天员在空间站舱内通过ＩＶＡ￣ＭＭＩ(ＩｎｔｒａＶｅｈｉｃｕｌａｒＡｃｔｉｖｉｔｙ￣ＭａｎＭａｃｈｉｎｅＩｎｔｅｒｆａｃｅ)或舱外通过ＥＶＡ￣ＭＭＩ(ＥｘｔｒａＶｅｈｉｃｕｌａｒＡｃｔｉｖｉｔｙ￣ＭａｎＭａｃｈｉｎｅＩｎｔｅｒｆａｃｅ)对ＥＲＡ进行操作ꎬ如图４(ｂ)ꎮ图４㊀欧空局ＥＲＡＦｉｇ.４㊀ＥＳＡＥＲＡ５㊀美国机器人航天员Ｒ２ＮＡＳＡ与通用汽车公司联合开发了面向空间应用的类人型双臂机器人航天员系统Ｒ２(Ｒｏｂｏ￣ｎａｕｔ２)[２５]ꎮＲ２是目前智能化程度最高的空间机器人系统ꎬ上肢具有４２个自由度ꎬ颈部具有３个自由度ꎬＲ２拥有两个对称的７自由度机械臂ꎬ机械臂末端安装了仿人灵巧手ꎬ每只手有５个手指ꎬ共有１２个自由度ꎬ具有强大的环境感知和灵巧操作能力[２６￣２９]ꎬ如图５(ａ)ꎮ为了能够给Ｒ２提供必要的机动能力ꎬＮＡＳＡ目前已安装２个７自由度的仿人型下肢ꎮ图５㊀美国Ｒ２系统Ｆｉｇ.５㊀ＮＡＳＡＲ２ｓｙｓｔｅｍ７３４第５期㊀㊀㊀㊀刘㊀宏ꎬ等.空间机械臂技术发展综述Ｒ２自２０１１年２月被运送至国际空间站以来ꎬ已经完成了一系列任务ꎬ验证了其在微重力条件下的功能[３０]:１)首次测试时ꎬＲ２用符号语言向世界人民问好ꎻ２)第一个在太空中与航天员(国际空间站指挥官丹 伯班克)握手的人形机器人ꎻ３)展示出按按钮㊁掰开关和旋转旋钮的能力ꎬ如图５(ｂ)ꎻ４)使用两种航天员的工具开展工作 空气流量计和ＲＦＩＤ存储物资扫描仪ꎻ５)另一个重要的试验是ꎬ航天员利用跟踪器和数据手套等设备临场感遥操作Ｒ２机器人捕获了一个在空间站美国实验舱内自由漂浮的物体ꎬ如图５(ｃ)ꎮＲ２具有通用型仿人手ꎬ可以实现非合作目标的操作ꎮ６㊀中国空间站机械臂６ １㊀空间站机械臂系统中国针对空间站的搭建和维护任务ꎬ开始了中国空间站远程机械臂系统ＣＳＳＲＭＳ(ＣｈｉｎｅｓｅＳｐａｃｅＳｔａｔｉｏｎＲｅｍｏｔｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＳｙｓｔｅｍ)研制[３１]ꎮＣＳＳＲＭＳ由核心舱机械臂ＣＭＭ(ＣｏｒｅＭｏｄｕｌｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒ)和实验舱机械臂ＥＭＭ(Ｅｘ￣ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＭｏｄｕｌｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒ)组成(如图６所示)ꎮ图６㊀中国空间站机械臂系统Ｆｉｇ.６㊀ＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｙｓｔｅｍｏｆＣｈｉｎｅｓｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎＣＭＭ和ＥＭＭ长度分别约为１０ｍ和５ｍꎬ最大载荷分别为２５０００ｋｇ和３０００ｋｇꎬ均具有７个自由度ꎮＣＭＭ和ＥＭＭ可以独立工作ꎬ也可以协同工作ꎬ共同完成我国空间站的维修维护任务ꎮＣＳＳＲＭＳ的操作对象一般为合作目标ꎮ６ ２㊀核心舱机械臂６ ２ １㊀任务要求核心舱机械臂主要用来完成重型舱段㊁载荷的搬运ꎬ以及大范围转移等任务ꎬ主要任务包括空间站舱段转位与辅助对接㊁悬停飞行器捕获与辅助对接㊁支持航天员ＥＶＡ等[３２]ꎮ１)空间站舱段转位与辅助对接:空间站三舱基本构型采用对接和转位的方式完成建造ꎬ实验舱先对接于核心舱节点舱的轴向端口ꎬ然后通过机械臂实现舱段分离㊁转位㊁再对接操作ꎬ对接于节点舱侧面ꎮ２)悬停飞行器捕获与辅助对接:采用机械臂实现来访飞行器捕获ꎬ并将其转移至空间站停泊口或对接口处ꎬ完成来访飞行器与空间站对接ꎮ３)支持航天员出舱活动:航天员通过脚限位器可以将自己固定于机械臂末端ꎬ在机械臂的支持下ꎬ进行大范围转移完成既定任务ꎮ６ ２ ２㊀基本方案核心舱机械臂由以下部分组成[３２]:１)舱内部分舱内部分由机械臂操作台和空间站为机械臂提供的接口组成ꎬ为机械臂提供电源㊁数据㊁指令㊁操作控制的保障ꎮ２)舱外部分锁紧释放机构ꎬ用以完成机械臂发射或轨道机动阶段的锁紧和入轨或姿态稳定后的解锁释放ꎮ机械臂本体由７个关节㊁２个末端执行器㊁２个臂杆㊁１个中央控制器以及１套视觉相机系统组成ꎮ关节的配置采用 肩３＋肘１＋腕３ 方案ꎬ即肩部依次设置肩回转关节㊁肩偏航关节和肩俯仰关节ꎬ肘部设置肘俯仰关节ꎬ腕部依次设置腕俯仰关节㊁腕偏航关节和腕回转关节ꎮ这种对称的结构可在空间站舱体表面实现肩㊁腕互换的位置转移ꎬ即 爬行 ꎮ关节是机械臂的核心部分ꎬ是机械臂实现各种运动的直接执行部件ꎮ末端执行器能够实现对目标适配器的捕获㊁锁紧和释放ꎬ是完成抓握目标的主要工具ꎮ核心舱机械臂配备３台视觉相机ꎬ肩部㊁肘部㊁腕部各１台ꎬ肩部和腕部相机可对目标实现识别和位姿测量功能ꎬ肘部相机具有视频监视功能ꎮ臂杆是机械臂的结构部分ꎬ用来连接与支撑关节㊁末端执行器㊁中央控制器等部件ꎮ中央控制器是机械臂控制核心ꎬ依据在轨路径规划与算法或地面注入运动规划实现指定运动ꎻ它还集成了以太网络交换机ꎬ能够对视觉相机的视频信号进行集中管理ꎮ目标适配器是８３４载人航天第２１卷末端执行器抓取的目标ꎬ布置在空间站舱体表面用于 爬行 ꎬ或布置在目标物体上用于抓取物体ꎮ３)遥操作平台地面系统主要由遥操作平台组成ꎬ实现天㊁地通信ꎬ用于机械臂在轨任务的地面规划以及运动控制ꎬ同时具有机械臂故障检测与在轨诊断的能力ꎮ６ ３㊀实验舱机械臂６ ３ １㊀任务要求实验舱机械臂的主要任务包括暴露实验平台实验载荷照料㊁光学平台照料㊁支持航天员ＥＶＡ以及载荷搬运等ꎮ１)暴露实验平台实验载荷照料:(１)有源暴露载荷的操作ꎬ如出舱㊁安装㊁照料㊁拆卸和回收等ꎻ(２)无源暴露载荷的安装㊁更换和回收等ꎻ(３)试验载荷搬运㊁安装及拆卸ꎮ２)空间站光学平台照料:(１)光学平台控制模块定期更换和故障维修ꎬ货运飞船上行控制模块备件由机械臂从货舱中取出ꎬ搬运至实验舱ＩＩ光学平台ꎬ更换后的控制模块废件由机械臂送入货运飞船中存储ꎻ(２)光学平台遮光罩的维护ꎬ需航天员参与ꎬ在机械臂的支持下完成维护任务ꎻ(３)光学平台开口处舱体横梁的移除ꎬ为了增大光学相机的视场范围ꎬ将实验舱ＩＩ舱体横梁结构移除ꎬ避免光学平台视场遮挡ꎮ３)实验舱机械臂支持航天员ＥＶＡ:(１)实验舱太阳翼及驱动机构维修维护ꎻ(２)机械臂关节及末端作用器维修更换ꎻ(３)舱门和舷窗的维修ꎮ４)舱外状态检查:(１)实验舱舱体状态检查ꎻ(２)实验舱太阳翼及驱动机构维修维护ꎻ(３)配合核心舱机械臂完成空间站大范围检查ꎮ５)舱外载荷与设备的搬运㊁安装㊁维护和更换:(１)大体积暴露实验载荷ꎻ(２)太阳翼的搬运和维护ꎻ(３)桁架结构的搬运和安装ꎮ６ ３ ２㊀基本方案实验舱机械臂系统包括实验舱机械臂㊁舱内操作设备及地面遥操作设备ꎬ其中舱内操作设备及地面遥操作设备与核心舱机械臂共用ꎬ舱内操作设备置于核心舱内ꎮ实验舱机械臂由７个关节㊁２个末端作用器㊁２个臂杆㊁控制器㊁２套手眼相机㊁肘部相机等组成ꎬ如图７所示ꎮ机械臂采用７自由度对称构型ꎬ两端各１个末端作用器ꎮ其中ꎬ一个末端作用器用于实验舱机械臂与实验舱的连接ꎬ作为实验舱机械臂工作的基座ꎻ另一个末端作用器作为手臂抓捕操作的工具ꎬ也可实现与核心舱机械臂的对接ꎬ以构成更长的串联机械臂ꎮ实验舱机械臂控制器安装在臂杆上ꎬ随机械臂移动ꎮ图７㊀实验舱机械臂组成Ｆｉｇ.７㊀ＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆＥＭＭ６ ３ ３㊀关节子系统关节是空间机械臂运动的核心部件ꎬ关节主要由谐波减速器㊁电机组件㊁关节力矩传感器㊁关节输出位置传感器㊁关节限位机构㊁电气控制箱㊁热控元件等组成ꎬ如图８所示ꎮ图８㊀关节组成Ｆｉｇ.８㊀Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｊｏｉｎｔ关节除了要满足输出力矩㊁速度㊁工作范围㊁精度㊁寿命等主要技术指标外ꎬ还具有如下功能:１)通过标准㊁通用㊁可在轨更换的机电接口界面ꎬ实现关节与关节㊁关节与臂杆㊁关节与末端作用器的机电连接ꎬ构成整个机械臂ꎻ２)控制和驱动电机ꎬ按照所要求的位姿精度移动末端操作器到指定的位姿ꎻ３)采集关节信息ꎬ以应答或定期发送的方式传给小臂控制器ꎻ９３４第５期㊀㊀㊀㊀刘㊀宏ꎬ等.空间机械臂技术发展综述４)采集温度敏感器信号ꎬ实现对关节的主动热控ꎻ５)完成电气自检㊁程序自检㊁关节运动测试ꎻ６)具备航天员手动驱动能力㊁航天员扶手ꎻ７)支持关节模块在轨更换操作ꎻ８)具有发射锁紧机械接口ꎻ９)实现机械臂系统内电源㊁通讯㊁图像等电气连线传输ꎮ６ ３ ４㊀末端作用器子系统末端作用器是机械臂捕获操作的装置ꎮ实验舱机械臂的末端作用器采用三爪式捕获锁紧机构ꎬ有三个在圆周上均匀分布的捕获手指㊁三套锁紧手指以及与实验舱机械臂连接的接口[３３￣３４]ꎮ末端作用器采用一个带有三根捕获手指和三套锁紧手指的结构ꎬ外壳和顶盖板装配在一起ꎬ形成整个作用器的支撑结构ꎮ外壳上安装有手柄㊁手眼相机㊁航天员脚限制器接口ꎬ还留有一个锁紧接口ꎮ顶盖板上安装有阻尼器㊁电连接器和微动开关ꎬ分别与捕获接口底板啮合面上的对应部分相匹配ꎮ除支撑结构外ꎬ末端作用器还包括捕获机构㊁锁紧机构㊁定位机构㊁动力输出机构㊁ＥＶＡ驱动轴㊁ＥＶＡ手柄㊁小臂连接接口以及电气系统等ꎬ如图９所示ꎮ图９㊀末端作用器组成Ｆｉｇ.９㊀Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｅｎｄｅｆｆｅｃｔｏｒ末端作用器除了满足位姿容差㊁预紧力㊁抓取时间等主要技术要求外ꎬ还具备如下功能:１)通过标准㊁通用㊁可在轨更换的机电接口界面ꎬ实现与末端关节腕力传感器机电连接[３５]ꎬ构成整个机械臂ꎻ２)控制和驱动电机ꎬ按照所要求的位姿实现末端操作器对目标的捕获操作ꎻ３)末端作用器与捕获接口之间能够实现刚性连接ꎬ以便为机械臂提供足够高的刚度和强度ꎬ实现其基点功能ꎻ４)末端作用器具有动力输出功能ꎬ以对空间任务单元执行动力驱动工作ꎻ５)收集末端作用器信息ꎬ以应答或定期发送的方式传给机械臂控制器ꎻ６)采集温度敏感器信号ꎬ实现对末端作用器的主动热控ꎻ７)完成电气自检㊁程序自检㊁末端作用器运动测试ꎻ８)支持末端作用器模块在轨更换操作ꎻ９)系统应能够提供紧急解锁接口ꎬ具有意外情况下的手动驱动功能ꎻ１０)具有发射锁紧机械接口ꎻ１１)具有手眼相机机械㊁电气接口ꎻ１２)实现机械臂对外(舱体㊁载荷等)电源㊁通讯㊁图像等电气连线传输ꎻ１３)末端作用器与捕获接口之间能够实现无应力条件下的电连接器连接ꎬ以便传递二者之间的电源㊁数据和信号ꎮ６ ３ ５㊀控制器子系统机械臂控制器是空间站实验舱机械臂系统的重要组成部分ꎬ主要完成对空间站实验舱机械臂的通讯㊁控制㊁电源管理等任务ꎮ控制器安装在实验舱机械臂外表面ꎬ由处理器模块㊁容错模块㊁电源分配模块㊁总线背板以及机箱组成ꎮ实验舱机械臂控制器采用 二次电源＋计算机ＯＢＣ双模冷备＋容错双模冷热备＋供配电切换 的体系结构ꎬ如图１０所示ꎬ除机箱和总线板外ꎬ控制器由以下模块组成ꎬ并对应完成相关功能ꎮ图１０㊀控制器组成Ｆｉｇ.１０㊀Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１)计算机模块ＯＢＣ:ＯＢＣ正常模式下计算㊁控制㊁接口通讯的核心ꎬＯＢＣ采用冷备份双模ꎬ分为ＯＢＣＡ和ＯＢＣＢꎬ可以由地面遥控直接切换当０４４载人航天第２１卷班机ꎬ或ＦＴ自主切换当班机ꎻ２)容错模块ＦＴ:负责监视ＯＢＣ工作状态ꎬ当ＯＢＣＡ故障时ꎬ负责ＯＢＣＡ至ＯＢＣＢ的自主切换ꎮＦＴ采用双模冷备ꎬ分为ＦＴＡ模块㊁ＦＴＢ模块ꎬＦＴ只能由地面遥控直接指令进行切换ꎻ３)供配电切换模块:负责根据ＯＢＣ指令进行４８路１００Ｖ电源供配电切换ꎻ４)二次电源模块:通过一次电源产生ＯＢＣ双机使用二次电源＋５ ５Ｖ㊁ʃ１２Ｖ和双份容错ＦＴ使用的二次电源＋５ ５Ｖꎮ６ ３ ６㊀在轨操作与地面遥操作空间站机械臂可通过在轨操作和地面操作的方式进行操作ꎮ航天员通过操作舱内操作平台上的 地面操作 (默认状态)按键或通过地面指令ꎬ可切换至地面操作方式ꎮ在轨操作与地面遥操作的系统结构如图１１所示ꎮ图１１㊀在轨操作与地面遥操作Ｆｉｇ.１１㊀Ｏｎ￣ｏｒｂｉｔｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｇｒｏｕｎｄｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ㊀㊀１)在轨操作:航天员通过舱内操作平台在轨对机械臂进行操作ꎮ机械臂的运动指令通过机械臂专用１５５３Ｂ总线转发至实验舱机械臂中央控制器ꎬ由中央控制器发送至关节控制器㊁末端控制器等终端设备执行ꎮ实验舱机械臂的中央控制器负责收集机械臂内遥测数据ꎬ发送至在轨操作平台ꎮ２)地面遥操作:地面任务专家通过地面遥操作平台对机械臂的操作与维护ꎮ与在轨操作不同ꎬ地面遥操作系统在高度逼真的三维可视化场景及下行图像和遥测数据辅助下ꎬ利用在线模型修正与预测仿真技术对机械臂状态进行预测ꎬ消除或减轻通讯时延对操作的影响ꎮ此外ꎬ地面遥操作系统承担着空间站机械臂任务前的设计㊁规划与验证ꎬ任务中的监控和执行ꎬ以及任务后的分析与评价ꎮ在地面遥操作方式下ꎬ机械臂的运动指令由地面操作平台产生ꎬ通过上行信道发送至空间站数管分系统ꎬ再由数管分系统通过１５５３Ｂ总线发送至在轨操作平台ꎬ进而发送至机械臂的中央控制器分发执行ꎮ实验舱机械臂的中央控制器负责收集机械臂内遥测数据ꎬ并发送至在轨操作平台ꎬ通过数管分系统处理后下传地面观测ꎮ同时ꎬ数管分系统将相应数据发送至仪器仪表分系统进行显示处理ꎮ７㊀中国空间机械臂发展建议在调研国内外空间机械臂的发展动态基础上ꎬ对我国未来空间机械臂技术发展提出了以下几个建议:１)开展空间机械臂柔性行为控制的基础科学问题研究空间机械臂的柔性行为是指由于柔性关节和柔性臂杆导致的在刚性运动过程中伴随有变形和振动的运动ꎬ对在轨操作任务的执行精度产生重要影响ꎮ空间环境的复杂性和在轨操作任务的复杂性导致运动关联的机械臂关节和臂杆包含时间频率高低尺度及空间范围大小尺度的不同时空尺１４４第５期㊀㊀㊀㊀刘㊀宏ꎬ等.空间机械臂技术发展综述度特性运动ꎬ多元构成要素㊁运动耦合关联㊁平台运动㊁多臂在轨操作以及臂长变化使柔性行为的激发与演化过程异常复杂ꎮ柔性行为控制不仅要探索如何认识空间机械臂柔性行为的运动规律ꎬ而且还要研究如何对柔性行为施加外部影响保证空间机械臂执行在轨操作任务按期望要求得以实现ꎮ２)加快开展非合作目标的自主维护技术研究我国对非合作目标的研究刚刚起步ꎬ与国外同类技术具有非常大的差距ꎮ针对非合作目标的识别㊁测量等相关基础理论方法ꎬ以及针对空间变化的光照环境下视觉识别方法的适应性等关键技术ꎬ有必要加快开展相关基础科学问题研究和重要关键技术的攻关工作ꎮ３)面向精细操作的机械臂在轨维护技术与航天器可维护设计技术的研究交叉进行机械臂在轨自主维护技术和航天器在轨可维护设计是实现航天器在轨自主维护的两个重要方面ꎬ两者技术的发展相辅相成ꎮ我国现有的航天器基本没有考虑可维护设计ꎬ性能的提升和燃料提前耗尽问题只能通过发射新的替代航天器来加以解决ꎬ从长远来看非但不能享受在轨维护技术的先进成果ꎬ反而限制了该技术的发展ꎮ因此ꎬ面向精细操作的机械臂在轨维护技术与航天器可维护设计技术需要交叉进行研究ꎬ共同发展ꎬ从而降低服务操作的难度㊁费用和风险ꎮ４)充分利用我国空间站试验平台进行在轨演示试验美国在国际空间站上进行了多次针对非合作目标的在轨加注验证试验ꎬ并发射了类人型双臂智能机器人航天员ꎬ取得了大量研究成果ꎮ我国空间站目前处于建设阶段ꎬ非常有必要适时规划燃料加注㊁非合作目标精细维护㊁机器人航天员等代表技术发展方向的重要项目ꎬ进一步推动我国空间机器人在轨维护技术的快速发展ꎮ参考文献(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ)[１]㊀Ｆｌｏｒｅｓ￣ＡｂａｄＡꎬＭａＯꎬＰｈａｍＫꎬｅｔａｌ.Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｓｐａｃｅｒｏ￣ｂｏｔｉｃｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｏｎ￣ｏｒｂｉｔｓｅｒｖｉｃｉｎｇ[Ｊ].ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＡｅｒ￣ｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅｓꎬ２０１４ꎬ６８(６):１￣２６.[２]㊀丹宁.加拿大为国际空间站建造机械臂[Ｊ].中国航天ꎬ１９９８ꎬ３(４):２６￣２８.㊀ＤａｎＮｉｎｇ.Ｃａｎａｄａｂｕｉｌｔｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｆｏｒｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔꎬ１９９８ꎬ３(４):２６￣２８.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[３]㊀于登云ꎬ孙京ꎬ马兴瑞.空间机械臂技术及发展建议[Ｊ].航天器工程ꎬ２００７ꎬ１６(４):１￣８.㊀ＹｕＤｅｎｇｙｕｎꎬＳｕｎＪｉｎｇꎬＭａＸｉｎｇｒｕｉꎬｅｔａｌ.Ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｏｎｄｅ￣ｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｈｉｎｅｓｅｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[Ｊ].ＳｐａｃｅｃｒａｆｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００７ꎬ１６(４):１￣８.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ) [４]㊀ＬａｒｙｓｓａＰꎬＬｉｎｄｓａｙＥꎬＬａｙｉＯꎬｅｔａｌ.Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｐａｃｅｓｔａ￣ｔｉｏｎｒｏｂｏｔｉｃｓ:ａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆＥＲＡꎬＪＥＭＲＭＳａｎｄＭＳＳ[Ｃ]//７ｔｈＥＳＡＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＡｄｖａｎｃｅｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎꎬｅＡＳＴＲＡ.２００２. [５]㊀张凯锋ꎬ周晖ꎬ温庆平ꎬ等.空间站机械臂研究[Ｊ].空间科学学报ꎬ２０１０ꎬ３０(６):６１２￣６１９.㊀ＺｈａｎｇＫａｉｆｅｎｇꎬＺｈｏｕＨｕｉꎬＷｅｎＱｉｎｇｐｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｒｏｂｏｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｆｏｒｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１０ꎬ３０(６):６１２￣６１９.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[６]㊀ＪｏｒｇｅｎｓｅｎＧꎬＢａｉｎｓＥ.ＳＲＭＳｈｉｓｔｏｒｙꎬｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｌｅｓｓｏｎｓｌｅａｒｎｅｄ[Ｃ]//ＡＩＡＡＳｐａｃｅ２０１１ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｐｏｓｉｔｉｏｎ.２０１１.[７]㊀ＳｃｏｔｔＭＡꎬＧｉｌｂｅｒｔＭＧꎬＤｅｍｅｏＭＥ.Ａｃｔｉｖｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｄａｍｐ￣ｉｎｇｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｓｈｕｔｔｌｅｒｅｍｏｔｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｙｓｔｅｍ[Ｊ].Ｊｏｕｒ￣ｎａｌｏｆＧｕｉｄａｎｃｅꎬＣｏｎｔｒｏｌꎬａｎｄＤｙｎａｍｉｃｓꎬ１９９３ꎬ１６(２):２７５￣２８０.[８]㊀ＢｏｎａｓｓｏＲＰꎬＫｏｒｔｅｎｋａｍｐＤꎬＷｈｉｔｎｅｙＴ.Ｕｓｉｎｇａｒｏｂｏｔｃｏｎ￣ｔｒｏｌａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｔｏａｕｔｏｍａｔｅｓｐａｃｅｓｈｕｔｔｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ[Ｃ]//ＡＡＡＩ/ＩＡＡＩ.１９９７:９４９￣９５６.[９]㊀ＬａｎｄｚｅｔｔｅｌＫꎬＢｒｕｎｎｅｒＢꎬＳｃｈｒｅｉｂｅｒＧꎬｅｔａｌ.ＭＳＳｇｒｏｕｎｄｃｏｎｔｒｏｌｄｅｍｏｗｉｔｈＭＡＲＣＯ[Ｃ]//Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ６ｔｈＩｎ￣ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅꎬＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｉｎＳｐａｃｅ(ｉ￣ＳＡＩＲＡＳ)ꎬＱｕｅｂｅｃ.２００１. [１０]㊀庞之浩.加拿大对国际空间站的贡献[Ｊ].航天员ꎬ２０１２(３):５８￣５９.㊀ＰａｎｇＺｈｉｈａｏ.Ｃａｎａｄａ ｓｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｏｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ[Ｊ].Ａｓｔｒｏｎａｕｔꎬ２０１２(３):５８￣５９.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ) [１１]㊀ＳｔｉｅｂｅｒＭＥꎬＴｒｕｄｅｌＣＰꎬＨｕｎｔｅｒＤＧ.Ｒｏｂｏｔｉｃｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ[Ｃ]//ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩＥＥＥＩｎ￣ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎꎬ１９９７ꎬ４:３０６８￣３０７３.[１２]㊀ＳｔｉｅｂｅｒＭＥꎬＨｕｎｔｅｒＤＧꎬＡｂｒａｍｏｖｉｃｉＡ.Ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｔｈｅｍｏｂｉｌｅｓｅｒｖｉｃｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ[Ｊ].ＥｕｒｏｐｅａｎＳｐａｃｅＡｇｅｎｃｙ￣Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ￣ＥＳＡＳＰꎬ１９９９ꎬ４４０:３７￣４２.[１３]㊀ＭｃＧｒｅｇｏｒＲꎬＯｓｈｉｎｏｗｏＬ.Ｆｌｉｇｈｔ６Ａ:ＤｅｐｌｏｙｍｅｎｔａｎｄＣｈｅｃｋｏｕｔｏｆｔｈｅＳｐａｃｅＳｔａｔｉｏｎＲｅｍｏｔｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＳｙｓｔｅｍ(ＳＳＲＭＳ)[Ｃ]//Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ６ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏ￣ｓｉｕｍｏｎＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅꎬＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｉｎＳｐａｃｅ(ｉ￣ＳＡＩＲＡＳ)ꎬＱｕｅｂｅｃ.２００１.[１４]㊀ＰｉｅｄｂｏｅｕｆＪＣꎬＤｅＣａｒｕｆｅｌＪꎬＡｇｈｉｌｉＦꎬｅｔａｌ.Ｔａｓｋｖｅｒｉｆｉｃａ￣ｔｉｏｎｆａｃｉｌｉｔｙｆｏｒｔｈｅＣａｎａｄｉａｎｓｐｅｃｉａｌｐｕｒｐｏｓｅｄｅｘｔｒｏｕｓｍａｎｉｐｕ￣ｌａｔｏｒ[Ｃ]//ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎꎬ１９９９ꎬ２:１０７７￣１０８３.[１５]㊀ＣｏｌｅｓｈｉｌｌＥꎬＯｓｈｉｎｏｗｏＬꎬＲｅｍｂａｌａＲꎬｅｔａｌ.Ｄｅｘｔｒｅ:Ｉｍｐｒｏ￣ｖｉｎｇｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ[Ｊ].ＡｃｔａＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａꎬ２００９ꎬ６４(９):８６９￣８７４. [１６]㊀ＭａＯꎬＷａｎｇＪꎬＭｉｓｒａＳꎬｅｔａｌ.ＯｎｔｈｅｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆＳＰＤＭｔａｓｋｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｆａｃｉｌｉｔｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍｓꎬ２００４ꎬ２１(５):２１９￣２３５.[１７]㊀ＡｚｉｚＳꎬＣｈａｐｐｅｌｌＬＭ.ＣｏｎｃｅｐｔｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｆｏｒｇｒｏｕｎｄｃｏｎｔｒｏｌＯｆＣａｎａｄａ ｓｍｏｂｉｌｅｓｅｒｖｉｃｉｎｇｓｙｓｔｅｍ(ＭＳＳ)[Ｃ]//５５ｔｈＩｎｔｅｒ￣ｎａｔｉｏｎａｌＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｎｇｒｅｓｓꎬ２００４:１￣８.[１８]㊀ＳａｔｏＮꎬＷａｋａｂａｙａｓｈｉＹ.ＪＥＭＲＭＳｄｅｓｉｇｎｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｔｏｐｉｃｓ２４４载人航天第２１卷ｆｒｏｍｔｅｓｔｉｎｇ[Ｃ]//Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ６ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏ￣ｓｉｕｍｏｎＡｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅꎬＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｉｎｓｐａｃｅ(ｉＳＡＩＲＡＳ)ꎬＱｕｅｂｅｃ.２００１.[１９]㊀ＭａｔｓｕｅｄａＴꎬＫｕｒａｏｋａＫꎬＧｏｍａＫꎬｅｔａｌ.ＪＥＭＲＭＳｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓ[Ｃ]//ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩＥＥＥＴｅ￣ｌｅｓｙｓｔｅｍｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＮＴＣᶄ９１ꎬ１９９１ꎬ１:３９１￣３９５. [２０]㊀ＦｕｋａｚｕＹꎬＨａｒａＮꎬＫａｎａｍｉｙａＹꎬｅｔａｌ.ＲｅａｃｔｉｏｎｌｅｓｓｒｅｓｏｌｖｅｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙｆｏｒＪＥＭＲＭＳ/ＳＦＡ[Ｃ]//ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＲｏ￣ｂｏｔｉｃｓａｎｄＢｉｏｍｉｍｅｔｉｃｓꎬＩＥＥＥꎬ２００９:１３５９￣１３６４. [２１]㊀ＨａｒａＮꎬＫａｎａｍｉｙａＹꎬＳａｔｏＤ.ＳｔａｂｌｅｐａｔｈｔｒａｃｋｉｎｇｗｉｔｈＪＥＭＲＭＳｔｈｒｏｕｇｈｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｃｓｉｎｇｕｌａｒｉ￣ｔｉｅｓｕｓｉｎｇｍｏｍｅｎｔｕｍｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ[Ｃ]//ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅꎬＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｉｎＳｐａｃｅ.２０１０:２１４￣２２１.[２２]㊀ＨｅｅｍｓｋｅｒｋＣＪＭꎬＶｉｓｓｅｒＭꎬＶｒａｎｃｋｅｎＤ.ＥｘｔｅｎｄｉｎｇＥＲＡᶄｓｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｔｏｃａｐｔｕｒｅａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔｌａｒｇｅｐａｙｌｏａｄｓ[Ｃ]//Ｐｒｏ￣ｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ９ｔｈＥＳＡＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＡｄｖａｎｃｅｄＳｐａｃｅＴｅｃｈ￣ｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ.Ｎｏｏｒｄｗｉｊｋ.２００６:１￣８. [２３]㊀ＣｒｕｉｊｓｓｅｎＨＪꎬＥｌｌｅｎｂｒｏｅｋＭꎬＨｅｎｄｅｒｓｏｎＭꎬｅｔａｌ.ＴｈｅＥｕｒｏ￣ｐｅａｎｒｏｂｏｔｉｃａｒｍ:ａｈｉｇｈ￣ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｉｎａｌｌｙｏｎｉｔｓｗａｙｔｏＳｐａｃｅ[Ｃ]//Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ４２ｎｄＡｅｒｏｓｐａｃｅＭｅｃｈ￣ａｎｉｓｍｓＳｙｍｐｏｓｉｕｍ.２０１４ꎬ３１９.[２４]㊀ＢｏｕｍａｎｓＲꎬＨｅｅｍｓｋｅｒｋＣ.ＴｈｅＥｕｒｏｐｅａｎｒｏｂｏｔｉｃａｒｍｆｏｒｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ[Ｊ].ＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＳｙｓ￣ｔｅｍｓꎬ１９９８ꎬ２３(１):１７￣２７.[２５]㊀ＮＡＳＡ.Ｒｏｂｏｎａｕｔ[ＥＢ/ＯＬ].２０１３[２０１４].ｈｔｔｐ://ｒｏｂｏｎａｕｔ.ｊｓｃ.ｎａｓａ.ｇｏｖ/ＩＳＳ/[２６]㊀ＤｉｆｔｌｅｒＭＡꎬＭｅｈｌｉｎｇＪＳꎬＡｂｄａｌｌａｈＭＥꎬｅｔａｌ.Ｒｏｂｏｎａｕｔ２￣ｔｈｅｆｉｒｓｔｈｕｍａｎｏｉｄｒｏｂｏｔｉｎｓｐａｃｅ[Ｃ]//ＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａ￣ｔｉｏｎ(ＩＣＲＡ)ꎬ２０１１ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ.ＩＥＥＥꎬ２０１１:２１７８￣２１８３.[２７]㊀ＤｉｆｔｌｅｒＭＡꎬＡｈｌｓｔｒｏｍＴＤꎬＡｍｂｒｏｓｅＲＯꎬｅｔａｌ.Ｒｏｂｏｎａｕｔ２ ｉｎｉｔｉａｌａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｎ￣ｂｏａｒｄｔｈｅＩＳＳ[Ｃ]//ＩＥＥＥＡｅｒｏｓｐａｃｅＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅꎬ２０１２:１￣１２.[２８]㊀ＴｚｖｅｔｋｏｖａＧＶ.Ｒｏｂｏｎａｕｔ２:ｍｉｓｓｉｏｎꎬｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓꎬｐｅｒｓｐｅｃ￣ｔｉｖｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓꎬ２０１４ꎬ４４(１):９７￣１０２.[２９]㊀ＢａｄｇｅｒＪＭꎬＨａｒｔＳＷꎬＹａｍｏｋｏｓｋｉＪ.Ｔｏｗａｒｄｓａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｒｏｂｏｎａｕｔ２[Ｍ]//Ｉｎｆｏｔｅｃｈ＠Ａｅｒｏｓｐａｃｅ２０１２２０１１:２４４１.[３０]㊀靳召君ꎬ张伟.ＮＡＳＡ将为空间站的Ｒｏｂｏｎａｕｔ２机器人安装下肢[Ｊ].载人航天空间科学与应用动态ꎬ２０１４(５):２７￣２８.㊀ＳｈａｏＺｈａｏｊｕｎꎬＺｈａｎｇＷｅｉ.ＮＡＳＡｗｉｌｌｉｎｓｔａｌｌｌｅｇｓｆｏｒｔｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ ｓＲｏｂｏｎａｕｔ２ｒｏｂｏｔ[Ｊ].ＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎＴｒｅｎｄｏｆＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１４(５):２７￣２８.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ) [３１]㊀ＬｉｕＨ.ＡｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｉｃｓｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎＣｈｉｎａ[Ｊ].Ｓｙｓｔｅｍ(ＣｏｎｅＸｐｒｅｓｓＯＲＳ)ꎬ２０１４ꎬ１４:１５. [３２]㊀李大明ꎬ饶炜ꎬ胡成威ꎬ等.空间站机械臂关键技术研究[Ｊ].载人航天ꎬ２０１４ꎬ２０(３):２３８￣２４２.㊀ＬｉＤａｍｉｎｇꎬＲａｏＷｅｉꎬＨｕＣｈｅｎｇｗｅｉꎬｅｔａｌ.Ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ[Ｊ].ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔꎬ２０１４ꎬ２０(３):２３８￣２４２.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ) [３３]㊀ＳｕｎＫꎬＬｉｕＨꎬＸｉｅＺꎬｅｔａｌ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆａｎｅｎｄｅｆｆｅｃ￣ｔｏｒｆｏｒｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｏｄｕｌｅｍａｎｉｐｕ￣ｌａｔｏｒ[Ｃ]//１２ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＩｎｔｅｌｌｉ￣ｇｅｎｃｅꎬＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｉｎＳｐａｃｅ(ｉ￣ＳＡＩＲＡＳ２０１４)ꎬＭｏｎｔｒｅａｌꎬＣａｎａｄａꎬＪｕｎｅ１７￣１９ꎬ２０１４.[３４]㊀ＮｉＦꎬＺｈａｎｇＱꎬＸｉｅＳꎬｅｔａｌ.Ｆｒｉｃｔｉｏｎｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎ￣ｔｒｏｌｆｏｒＣｈｉｎｅｓｅｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｓｐａｃｅｅｎｄ￣ｅｆｆｅｃｔｏｒ[Ｃ]//ＩＥＥＥＩｎ￣ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ(ＩＣＩＡ)ꎬ２０１４:１１０８￣１１１２.[３５]㊀ＳｕｎＹꎬＬｉｕＹꎬＺｏｕＴꎬｅｔａｌ.Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｎｏ￣ｖｅｌｓｉｘ￣ａｘｉｓｆｏｒｃｅ/ｔｏｒｑｕｅｓｅｎｓｏｒｆｏｒｓｐａｃｅｒｏｂｏｔ[Ｊ].Ｍｅａｓｕｒｅ￣ｍｅｎｔꎬ２０１５ꎬ６５(４):１３５￣１４８.３４４第５期㊀㊀㊀㊀刘㊀宏ꎬ等.空间机械臂技术发展综述。