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人工智能机械手臂(机器人手臂图片)

序言

这是成年人手臂张开之后的样子。

一般来说,它的长度是等同于他的身高,咱们就按照1米8来算好了。

人工智能机械手臂(机器人手臂图片)

小鲸带大家开个脑洞,如果把这个长度拉伸到10米,它会变成什么样子呢?

不不不,这不是怪物!

人工智能机械手臂(机器人手臂图片)

这是中国空间站天和核心舱机械臂的长度。

那么问题来了:

空间站上的机械臂是如何工作的?

跟正在运行的国际空间站上的机械臂相比较,咱们的优势在哪里?

空间站机械臂

一说到空间站上的机械臂,你会看到宇航员经常利用它,来移动空间站周围的物体和搭建空间站。

看起来平平无奇的嘛!

人工智能机械手臂(机器人手臂图片)

但是小鲸想说,这玩意科技含量可高了。说它是空间站的核心技术之一,一点都不为过!

小鲸为啥这么说呢?

咱们平时用手抓物体,别管你是方的圆的 还是奇奇怪怪的形状,都能一提就抓上来了,很简单对吧!

但是空间站上的机械臂抓东西可就不一样了。

如果你仔细观察过它的末端,会发现有个奇怪形状的家伙,它的专业名词叫做末端执行器。

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机械臂就是依靠它才能抓住物体,但是这个物体也不是随随便便任何东西都可以的。

我去抓个别的国家的卫星玩玩!

不好意思!

机械臂表示这玩意我抓不了!

为啥呢?

因为它抓的物体都需要特殊的接口才可以。

国际空间站抓取SpaceX龙飞船的片段,不知道大家还有印象没?

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等快到空间站的时候,龙飞船会伸出相应的对接接口,然后空间站上的机械臂会使用末端执行器与之对接,对接成功后才能完成捕获。

也就是说,机械臂想要捕获物体,对应的物体还必须要有特殊的接口才可以。

机械臂功能

同时机械臂本身就是一个高精密的智能机器人,它需要具备很多能力,比如精确操作和视觉识别能力。

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视觉识别,你可以理解就是机械臂的"眼睛"。通过这双眼睛,它可以自己完成自动对接,当然了,航天员进行手动遥控完成也是可以的。

拿目前国际空间站上使用的是机械臂举个例子吧。

它是加拿大斯巴宇航公司生产的第二代空间站遥控机械臂系统,俗称“加拿大臂2”。

这玩意长17.6米、7个自由度,也就是可以连通7个机动化关节,就跟咱们双手一样灵活。

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正因如此,它在空间站的建设、维护、补给和使用的过程中,发挥了不可缺少的作用,加拿大也因这项重要贡献,获得了国际空间站3%的使用权。

除了这个以外,空间站上还有欧洲机械臂和日本机械臂。

中国空间站机械臂

咱们这次发射的天和核心舱,里面所携带的机械臂,臂长10.2米,质量738公斤,承载能力25吨,也有7个自由度。

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在与国际先进机械臂各项指标对比中,咱们在其中的承载能力、精度和速度等关键指标,都处于国际领先水平,并且它的全部核心组件完完全全都是纯国产的。

比如:

机械臂的"眼睛"-视觉系统,它是由西安交大人工智能机器人研究所团队完成。

机械臂的"触觉神经" -也就是末端执行器上面的好多传感器,它们为机械臂实现精准控制提供重要依据,是由四院44研究所自主研制。

机械臂的"头部"和"尾部"-末端执行器,它是由天津航天机电设备研究所研制。

机械臂的"关节"-长长的传动轴系统,它是由中国航天科技集团公司一院18所研制。

机械臂难点分析

我举个关节这个例子来说说。

它的难点在于,一方面是传动及轴系结构很复杂,并且精度要求非常高,需要综合考虑布局及测量等方面的影响,也就是说对细节方面要求非常高。

要知道差之毫厘谬以千里,在外太空也是如此!

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另一方面还要考虑产品装配工艺性及在轨维修性等方面的影响,也是这玩意要耐用,工艺要求很高!

并且咱们有两套机械臂,一套是核心舱主机械臂,另一套是问天号实验舱机械臂。

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两个机械臂一大一小,可以在核心舱段上自由爬行,实现空间站外表面的全触达。

大的能够在太空中抓取重达25吨的物体,小的与其配合使用,工作时最大长度可达18米左右,直径约4米左右,可以完成像人的两条手臂和两只手一样的动作。

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这使得它可以轻松抓取物体,将其运送至空间站外部的任何位置,方便设备的对接、安装、变轨、分离等操作。

当然了,这么强大的机械臂,它的工作是需要电能的。

电能方面,咱们这次天和核心舱使用的是,大功率LT-100型霍尔电推系统。

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它是一种不依赖化学燃烧就能产生推力的设备,可以将太阳能先转化为电能,电能再转化为机械能。

由于不需要使用固体或液体燃料,所以它减少了航天器对燃料的需求,也就大幅减轻了航天器的重量。

毫不夸张的说,燃料消耗比国际空间站低一个数量级!

后续等到咱们的天宫空间站完全建成后,一年只需发射一艘13吨级“天舟”货运飞船就可以满足燃料补给需求,而国际空间站每年需要发射4艘货运飞船才可以。

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电池方面,咱们使用的是目前世界上最先进的三结砷化镓太阳能电池翼。

它的光电转换效率高达50%以上,而传统的晶硅电池通常只有20%左右,此外,它还具有很好的耐温性,250℃高温也能正常工作。

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翼展方面,天和号核心舱目前翼展长是13米,而未来将发射升空的“问天”号和“梦天”号两个实验舱的太阳翼单侧翼展将达到30米!

到那时,“天宫”号空间站的供电能力将达到100千瓦,要知道目前体量是“天宫”号4倍的国际空间站,它只能提供80余千瓦电量,而且还必须外挂散热片才可以。

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天和核心舱是中国空间站的关键舱段,它就像大树的树干一样,其他的舱段就如同大树的根、枝、叶,安装在核心舱的接口上,不断向外延伸。

而空间站上的机械臂就连接这些大树组件的关节,有了它,空间站这颗大树才能越长越大!

感悟

回望浩瀚无垠的太空,中国人注视了太久太久。

唐朝著名诗人李白曾有诗句:“俱怀逸兴壮思飞,欲上青天揽明月”,它的意思就是说,我们都怀有豪情逸兴、雄心壮志,酒酣兴发,更是飘然欲飞,想登上青天摘取明月。

然而在很长时间,遥远的400公里外的那个国际空间站。

虽然是说国际,却是由美国主导的16个国家和地区共同建造的,拿着各种理由借口不带咱们中国玩!

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这就好比你去面试,面试官拿着各种原因说你这不合适那不合适。换做是你,你会怎么办?

那就让自己变强大一点!

不是有句话是这么说的,自己动手丰衣足食。

于是在残酷的现实面前,我们走上独立建设空间站的道路。

经过这么多年的不断努力,如今中国空间站的天和号核心舱已经发射成功,未来会陆续建设其他组件。

到2024年左右,目前在轨的国际空间站就将彻底报废,到时整个太空就只有我们中国天宫空间站了。

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小鲸想说,未来的太空没有了漂亮国的主导,咱们中国人照样玩得转!

不仅玩得转!

而且还要比你们玩得更好!

中国的航天技术能发展到今天辉煌成就,凭的就是我们中国人自己努力的结果,这里面不仅仅是国家大量的资金投入,许多高科技人才的培养,还有就是世界第二大经济体的底气!

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最后还是那句话:

过去你对中国爱搭不理,如今中国让你高攀不起!

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