1.1 空间机械臂概述

1.1.1 空间机械臂的研究意义

1957年10月4日，苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星—斯普特尼克1号（Sputnik-1），标志着人类进入太空时代。经过60多年的不懈努力，人类探索的脚步已突破地球引力的限制，深入到地球、太阳系及其之外的浩瀚宇宙。人类对宇宙的探索极大地推动了人类社会的科技进步，对人们的生活和生产方式也产生了巨大的影响。

作为近年来蓬勃发展的研究领域，机器人在人类航天事业中扮演着举足轻重的角色，其身影出现在多种空间装备中，如应用于星表探测任务的着陆器、巡视器以及应用于在轨任务的卫星、空间站等，使一些人类无法亲自完成的空间探索任务成为可能，极大地拓展了人类在宇宙中的活动能力与探索范围。空间机械臂属于特种机器人中的一种，随着人类太空探索步伐的逐渐加快，其应用的必要性与优越性日益凸显：一方面，空间操作任务繁重复杂，如空间站舱体转位与组装、大质量/惯量负载搬运、大型结构对接、航天器故障维修、太空垃圾清理等，仅仅依靠宇航员难以完成；另一方面，空间环境复杂多变，其具有的超真空、高温差及强辐射等特点，使得宇航员舱外作业高度危险，无论是执行在轨操作任务还是星表探测任务，都不可避免地在宇航员生命保障系统的设计与维护上投入高昂成本。空间机械臂具有跨度大、操作灵活、负载能力强等突出优点，可通过在轨操作、地面遥操作或自主操作等方式执行空间操作任务。