1.1.2 空间机械臂的构成

空间机械臂包含机械臂和基座2个部分。机械臂由关节和连杆交替连接构成，其一端固定于基座，另一端（末端）安装有末端执行器。空间机械臂简化结构如图1-1所示。

图1-1 空间机械臂简化结构

1. 基座

基座是搭载机械臂的平台。根据不同的任务需求，机械臂可安装于不同类型的基座上，如国际空间站、卫星、星表巡视器（如月球车、火星车）等，如图1-2所示。由于基座与机械臂间存在运动耦合，机械臂运动会对基座产生扰动，使基座姿态发生变化，进而影响空间机械臂操作精度，最终有可能导致空间机械臂操作任务失败。

图1-2 空间机械臂的基座

2. 关节

关节是机械臂的驱动部件。机械臂的常用关节类型主要有旋转关节、移动关节、球形关节、圆柱关节等。空间机械臂通常利用多个旋转关节（下文简称关节）构建多自由度（Degree of Freedom，DOF）系统，通过多关节的协同运动使机械臂末端到达期望的位置与姿态（简称位姿）。描述关节转动的物理量为关节角（也被称为角位移、转动角等），机械臂所有关节角组成的向量称为机械臂的构型，由所有构型组成的集合称为空间机械臂的关节空间。

3. 连杆

连杆是连接空间机械臂各个关节，使关节运动传递至机械臂末端的构件。出于降低发射成本的考虑，空间机械臂的连杆一般采用轻质杆件，在执行大负载操作任务时连杆可能会出现扭转、弯曲等柔性变形，从而增大空间机械臂任务规划与控制的难度。

4. 末端执行器

末端执行器是空间机械臂执行任务所依赖的机构。依据不同任务（捕获对接、燃料加注以及在轨维护等）需求可将不同的末端执行器（如捕获对接机构、燃料加注工具、机械手等，如图1-3所示）安装于空间机械臂末端。

图1-3 空间机械臂的末端执行器

除上述必要的构成组件之外，空间机械臂通常还搭载视觉系统（便于空间站舱体探查）、照明系统和临时存储设备（支持宇航员舱外活动）、力矩传感器（为机械臂提供触觉，提升操作精度）等，从而能够胜任繁重复杂的空间操作任务。