引用格式：
朱超,张文明,胡成威,等.空间站机械臂末端执行器维修系统设计与验证[J].中国空间科学技术,2023,43(5):79-86.
ZHU C,ZHANG W M,HU C W,et al.Maintenance system design and verification for space station manipulator end-effector[J].Chinese Space Science and Technology,2023,43(5):79-86(inChinese).
文章导读
1.研究背景
随着中国空间站建造阶段的开展，航天员出舱活动将成为实现复杂空间操作的重要手段。空间站机械臂主要用于保障空间站在轨组装建造及运营的安全可靠，执行多个重要任务包括舱外巡检、舱段转位、维护维修、辅助航天员舱外活动等，是保障空间站建设与维护的关键设备。为满足在复杂空间环境下重复作业的可靠和寿命需求，必须考虑空间站机械臂在轨维修。
末端执行器是空间站机械臂的核心部件之一，承担着机械臂末端抓取与释放，实现与操作目标电、气连接的重要功能。一旦末端执行器出现故障，整个空间站机械臂难以发挥其作用。调研显示国际空间站于2015—2017年对加大拿臂Canadarm2的腕末端执行器进行了润滑维护和维修更换，保障了整个国际空间站的组装建造。
调研显示目前国内还没有针对机械臂维修的系统性研究，本文针对空间站机械臂末端执行器的维修系统方案与验证方法进行了研究，首次提出了末端执行器维修及验证方案，并进行了试验验证，可作为空间站机械臂在轨维修设计工作的参考。
2.文章梗概
维修对空间站机械臂寿命延长意义重大。针对空间站机械臂末端执行器的维修问题，调研了国际空间站已完成的在轨维护维修任务，提出了一种空间站机械臂末端执行器维修系统方案，采用四方协同作业的方式，分3次出舱在特定的维修区域开展机械臂末端执行器的系统性维修，提出了末端执行器故障处置方案、维修策略、维修工具、维修流程和验证方法，搭建了一套虚拟维修仿真平台，针对末端执行器典型的操作动作进行了维修仿真验证，同时在地面搭建模拟维修场景对机械臂末端执行器维修进行了试验验证。结果表明机械臂末端执行器维修的可操作性、可达性、可视性、安全性均满足要求。可以为后续空间站机械臂维修工作提供设计指导。
3.总结与展望
通过对国际空间站机械臂末端执行器维修情况的调研，以及中国空间站机械臂末端执行器维修需求的分析，开展了空间站机械臂末端执行器的维修设计与验证，主要结论如下。
1）根据工程实践总结的经验，提出了一种基于多人协同的空间站机械臂末端执行器维修系统方案，包括末端执行器故障后的故障处置、维修策略、维修工具等内容；
2）通过对末端执行器维修性操作进行仿真试验验证，表明改进设计后维修具体操作可视性、可达性、可操作性、安全性均满足要求；
3）本文搭建了末端执行器维修地面验证系统，分别开展了气浮悬吊验证、着服悬吊验证以及水下维修验证，充分验证了机械臂末端执行器维修操作可行性，维修方案合理性以及维修流程正确性。
末端执行器维修系统设计与验证研究成果将为后续空间站机械臂维修工作提供设计借鉴和工程指导。
作者简介
朱超，北京空间飞行器总体设计部硕士，工程师，研究方向为空间机器人人机协同。
张文明，北京空间飞行器总体设计部硕士，高级工程师，研究方向为航天器机构、空间机器人机构。
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来源：《中国空间科学技术》2023年第5期
编辑：陈飚
监制：祁首冰
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