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摘要：本文将对空间机械臂关节肿机电一体化的应用进行介绍，同时阐述测试关节性能的重要计划，进而指出空间机械臂发展的主要作用，以期为有关技术部门提供可靠参考。
关键词：空间机械臂；机电一体化；关节控制；关节设计
引言：当前我国航天事业快速发展，国家以及民众对此的关注度越来越高。空间机械臂在航天事业发展过程中拥有重要作用，其多被应用于空间站搭建、维护以及日常实验等工作当中，其主要的功能便是组装以及维护。近些年我国工业领域在强调机电一体化设计，有关人员应致力于将其应用于空间机械臂当中。
1空间机械臂关节中机电一体化的应用
1.1组成机械臂
技术人员一般是借助计算机远程操控在轨控制系统，从而实现可以在无人进行现场操作的情况下使空间机械臂进行正常的工作[1]。组成空间机械臂的主要系统包含了：关节以及驱动系统、地面组控制系统、末端效应器、在轨控制系统、感官系统、末端作业系统、基座移动系统、显示传输系统、结构构件以及工具系统等。
1.2空间机械臂功能需求
因为太空环境并不适宜人类生存于此，所以在提升载人航天技术的时候，需要可以应付太空中可能出现的各类突发状况，或者进行太空施工，进而确保能够实现构建具体事物。空间机械臂正是在此大背景下被设计出来的，它能够确保有关技术人员在地球便能够展开远程、动态操控，进而让空间机械臂自动化地展开运转，最终顺利完成人类需要在太空中需要完成的事情。
1.3设计机电一体化的方案
（1）将实际调研作为设计基础，对整体机电一体化的关节设计方案进行确定。
（2）按照实际的性能参数以及功能性需求对各个零件性能指标进行合理分配。
（3）对电气控制硬件以及关节的内部结构展开合理设计。
（4）对关节控制的具体算法展开合理设计，同时对相应控制软件进行编写。
（5）确保关节结构相应的软件能够顺利完成生产，并且全面测试其主要功能以及关键性能。
（6）深入研究机电一体化关节控制。
1.4关键控制形式
能否有效控制空间机械臂关节，重点取决于地面相应远程控制系统能否顺利远程控制空间机械臂。按照地面向空间机械臂关节发出的控制指令，可以详细将控制划分成以下三类，即：
1.4.1力量控制
对于空间机械臂而言，控制力量属于其极为重要的一项工作。有别于人类的肉体手臂，空间机械臂能够由地面技术人员借助相应指令对释放力量的大小进行有效控制，此时需要技术人员对中央控制系统能够进行准确操作，对力量进行精准掌控，确保远程控制顺利进行。
1.4.2位置控制
在地面的技术人员能够经由中央控制系统科学地调整空间机械臂的具体位置，以便使之可以处于更合理的工作位置，以便最大限度地提升其工作效率[2]。
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1.4.3速度控制
在太空当中，因为其重力和地球相比，有极大的差异，所以对于空间机械臂而言，控制速度的工作极其重要。与此同时，由于太空属于真空环境，其重力非常低，更需要地面技术人员借助相应系统对其速度展开全面控制。
2测试关节性能的计划
2.1对机械臂性能进行测试
（1）测量输出力矩：在某特定温度环境当中，控制空间机械臂负载以及转速，分别测量出空间机械臂在最大以及额定转速状态时的负载能力。
（2）检测回差：在某特定温度环境当中，对空间机械臂在负载以及空载状态中控制关节正转再反转或者反转再正转时，空间机械臂从起点至终点比阿尼化的角度。
（3）检测控制角度的精准度：在某特定温度环境当中，伴随转速以及负载的改变，技术人员在系统中写下正弦曲线指令，并且记录好关节输出、输入的信息数据，进而将关节实际最为精准的信息数据计算出来。
（4）检测振动抑制：在某特定温度环境当中，对多种速度进行更改，并将多种信号传输给相应加载器，随后加载关节扰动力矩，进而将有关关节精度的数据信息记录下来。
（5）检测控制速度：在某特定温度环境当中，对多种速度进行更改，技术人员向系统中输入正弦曲线指令，随后对关节速度进行量取，按照测量而得的信息数据构建角速度曲线，进而对关节精度进行计算。
2.2测试关节高低温负载
（1）检测制动距离：在达到特定的温度条件时，对各个负载条件进行切换，此时空间机械臂的刚度并未发生改变，在多种速度条件下调整控制关节并进行制动，对发出制动信号之后，相应模拟器的转动距离进行计算。
（2）检测定位精度：在达到特定的温度条件时，对各个负载条件进行切换，此时空间机械臂的刚度并未发生改变，此时观测关节控制负载运动，进而比对负载模拟器在规定角与不同角度间的差值。
（3）检测柔顺度：在达到特定的温度条件时，改变控制模式，对关节位置以及力矩进行调整，随后在制定精度位置，对其力矩、位置以及速度间关联进行检测，进而将系统对其控制的柔顺度检测出来。
（4）检测稳定性：在达到特定的温度条件时，在多种负载当中检测控制关节的稳定性，随后对多种机械臂刚度进行调换。
3空间机械臂发展的作用
3.1技术牵引
在发展空间机械臂的过程中，国内有关的基础工业也都纷纷取得了长足的进步。例如，由于空间机械臂主要是被应用于具有恶劣、复杂环境的太空当中，因此对制作材料的性质、特征拥有极高的要求，这便促使我国相应合金材料工业得以迅速发展。
3.2工程应用
在我国航天事业发展过程中，空间机械臂可以有效帮助我们实现在太空中复杂、恶劣环境中展开施工，这除了可以进一步推动我国载人航天事业得到迅猛发展，更可以全面推动我国工程项目建设行业的全面发展。例如，在进行一部分高危建筑施工项目时，施工部门便可以借助空间机械臂展开相应的组装工作，这不仅有效提升了施工效率，更为整体施工提供了良好的安全保障。
结论：总体而言，对于我国而言，航天事业的全面发展将会对提升国家综合实力方面起到极为重要的作用，这也使得社会对其的关注度与日俱增。对于空间机械臂的研究深度，将会直接影响到空间站的搭建、组装以及维护等工作，进而影响到国家航天事业的整体发展，有关部门需要对此予以高度关注，细化有关设计。
参考文献：
[1]牛晓玲.空间机械臂机电一体化关节控制设计探讨[J].机械设计与制造工程,2017,46(07):46-49.
[2]李敏.空间机械臂机电一体化关节控制设计及应用[J].世界有色金属,2017(08):230+232.
论文作者:蒙贵添
论文发表刊物:《科技新时代》2019年9期
论文发表时间:2019/11/20
标签：关节论文; 机械论文; 空间论文; 负载论文; 技术人员论文; 机电一体化论文; 系统论文; 《科技新时代》2019年9期论文;