1.1.2 空間機械臂的構成

空間機械臂包含機械臂和基座2個部分。機械臂由關節(jié)和連桿交替連接構成，其一端固定于基座，另一端（末端）安裝有末端執(zhí)行器。空間機械臂簡化結構如圖1-1所示。

1. 基座

基座是搭載機械臂的平臺。根據(jù)不同的任務需求，機械臂可安裝于不同類型的基座上，如國際空間站、衛(wèi)星、星表巡視器（如月球車、火星車）等，如圖1-2所示。由于基座與機械臂間存在運動耦合，機械臂運動會對基座產(chǎn)生擾動，使基座姿態(tài)發(fā)生變化，進而影響空間機械臂操作精度，最終有可能導致空間機械臂操作任務失敗。

2. 關節(jié)

關節(jié)是機械臂的驅動部件。機械臂的常用關節(jié)類型主要有旋轉關節(jié)、移動關節(jié)、球形關節(jié)、圓柱關節(jié)等。空間機械臂通常利用多個旋轉關節(jié)（下文簡稱關節(jié)）構建多自由度（Degree of Freedom，DOF）系統(tǒng)，通過多關節(jié)的協(xié)同運動使機械臂末端到達期望的位置與姿態(tài)（簡稱位姿）。描述關節(jié)轉動的物理量為關節(jié)角（也被稱為角位移、轉動角等），機械臂所有關節(jié)角組成的向量稱為機械臂的構型，由所有構型組成的集合稱為空間機械臂的關節(jié)空間。

3. 連桿

連桿是連接空間機械臂各個關節(jié)，使關節(jié)運動傳遞至機械臂末端的構件。出于降低發(fā)射成本的考慮，空間機械臂的連桿一般采用輕質桿件，在執(zhí)行大負載操作任務時連桿可能會出現(xiàn)扭轉、彎曲等柔性變形，從而增大空間機械臂任務規(guī)劃與控制的難度。

4. 末端執(zhí)行器

末端執(zhí)行器是空間機械臂執(zhí)行任務所依賴的機構。依據(jù)不同任務（捕獲對接、燃料加注以及在軌維護等）需求可將不同的末端執(zhí)行器（如捕獲對接機構、燃料加注工具、機械手等，如圖1-3所示）安裝于空間機械臂末端。

除上述必要的構成組件之外，空間機械臂通常還搭載視覺系統(tǒng)（便于空間站艙體探查）、照明系統(tǒng)和臨時存儲設備（支持宇航員艙外活動）、力矩傳感器（為機械臂提供觸覺，提升操作精度）等，從而能夠勝任繁重復雜的空間操作任務。