太空机械臂真能剪翅膀吗？移动速度慢得像乌龟，最快每秒2.5厘米

提到太空机械臂，很多人会想到美剧《太空部队》中的场景。某国空间站用机械臂切掉另一国卫星的太阳能翼，让刚刚沾沾自喜的地面指挥官目瞪口呆。这样的画面真的很过瘾，看着很过瘾。

但太空机械手真的能像美剧中描述的那样“斩断翅膀”吗？

真的能剪翅膀吗？

从工具的角度来看，似乎是这样的。虽然现在的机械臂没有配备剪刀，但是它的末端执行器是模块化的。以现在的技术，用剪刀、锤子甚至电钻模块代替也不是不可能。但如果真的要“削翼”，可能会面临一个问题。

也就是空间机械手的速度太慢了。

这个末端执行器在设计上是模块化的。

你换成这样的模块也不是不可能。

是的，空间机械手并不像汽车生产线上的机械手那样每天快节奏的忙碌。它更像乌龟，或者像《疯狂动物城》年的树懒“闪电”。每一个动作都是慢动作，最大线速度和角速度一般以厘米每秒为单位。

即使是毫米级的。以这么慢的速度“插翅”，可能追不上。

这个速度实际上是NNN时代的速度。

比如国际空间站上的加拿大arm 2，在桁架上的最大移动速度为2.5 cm/s，角速度更慢。在水平“捕获”飞船时，基本可以用“擀面杖、掷针”来形容，割开其他飞船的“翅膀”也是一样。而且，对方还是不合作的对象。

机械臂没有“慢”操作的余地。

它的最快移动速度也是2.5厘米/秒。

机械臂捕获航天器

看到这里，可能有人会说，机械臂跑得再快一点不行吗？我不能。我上去控制一下。我对操作钩机很有经验。但实际上，机械臂的移动速度首先受到电能的限制。用空间站太阳能电池板转化的电能驱动电脑问题不大。

但是想要驾驶大型机械设备，还是捉襟见肘。

电不允许它跑得太快。

其次，机械臂执行空间任务时，基座处于自由漂浮状态，基座载体与机械臂之间存在动力学耦合，动作幅度越大，动力学耦合现象也越明显。机械臂的运动会改变载体的位置和姿态，而载体位置姿态的改变，

也会反过来影响空间机械臂末端的定位，同时也会放大空间机械臂末端操作器的定位误差，不利于空间机械臂的高精度控制。因此，它不像开钩机，而像起重船开啤酒瓶盖。

这是一个动对动得复杂问题

当然，采用一定的补偿机制，还是可以让机械臂在大幅度动作下将精度稳定在一定范围之内的。比如根据当前位姿与目标的位姿，计算空间中和机械臂期望的末端线速度和角速度，然后利用空间站基座的陀螺获得基座角速度，

所谓的陀螺，在我们的空间站上就是那四个“大馒头”。再计算空间站基座的线速度和雅克比矩阵、计算空间机械臂雅克比矩阵，利用基座速度对空间站期望的末端速度在工具坐标下进行补偿，计算机械臂期望运动的关节速度。

这些大馒头里就是陀螺仪，与机械臂得运动息息相关

其实，机械臂在空间站上的功能已经够多了，比如舱体表面爬行转移、舱外状态监视与舱表状态检查、辅助航天员出舱活动、转位实验舱，开展空间站在轨建造任务、捕获悬停航天器，

辅助对接、转移货运飞船载荷、辅助航天员转移核心舱太阳翼等等，已经够忙了，“剪翅膀”只是大家的一种风趣幽默和美好想象，不必当真。

我国机械臂辅助航天员出舱

我国机械臂辅助航天员出舱