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小小“天眼”携“臂”行 揭秘空间站核心舱机械臂上的小相机

发布时间:2022-08-27 浏览次数:

  中新网海南文昌7月24日电 (马帅莎 李莉 韩美玲)7月24日,问天实验舱在文昌航天发射场由长征五号B运载火箭成功发射。面对后续天和核心舱与问天实验舱的转位对接任务,核心舱大机械臂上的5台小相机随时准备着。

  据了解,空间站核心舱机械臂上安装有5台小相机,均来自于中国航天科技集团五院508所,按照功能不同,分别分布于机械臂的“肩关节”、“腕关节”、“肘关节”和空间站核心舱上,用9只“眼睛”服务于核心舱与实验舱的转位对接等任务。目前,它们已顺利完成在太空的舱外巡检、机械臂在轨操控、航天员出舱等工作,随时准备迎接转位对接等后续任务的到来。

  其中,两台腕部相机分别安装于机械臂的“腕关节”和“肩关节”。如同手持式的智能摄像机,当机械臂距离物体较近时,它们需要清晰“看到”物体的彩色影像,同时还要基于预设的视觉标记实时计算出与物体之间三维距离和三维角度,进而引导机械臂靠近并最终捕获目标物体。

  为实现上述功能,设计师们赋予它们三大“法宝”。每台相机均有两只聪慧的“眼睛”,且每一只“眼睛”都能够完全独立工作,就像人类用两只眼睛比一只眼睛能够更清晰地观察世界一样,两只“眼睛”相互配合,不仅能够扩大可视范围,还能够极大提升对目标物体位置和姿态的测量精度。

  另外,这两台相机集成了主动照明组件,能够在无太阳光照条件下仍然清晰成像,好比机械臂自带探照灯。它们还能独立完成对目标物体的智能化位姿测量,帮助地面科研人员直观地获取目标物体的位姿信息,不用再开展相关的数据计算。实测结果表明,它们的距离和角度测量精度均达国际先进水平。

  为什么安装于“肩关节”位置的相机,也被叫做腕部相机?这是因为核心舱机械臂采用了对称式的结构形态,当“腕关节”移动至固定点并锁紧后,“肩关节”可以解锁并脱离其固定点,实现两个关节的功能对调,即当机械臂的“腕关节”捕获目标物体并固定后,“肩关节”便开始解锁、活动,此时“肩关节”和“腕关节”实现角色互换,两台相机的任务角色也需实现互换。它们就是这样接替作为“腕部”眼睛,担负起成像和测量的重任。

  第三台相机位于机械臂正中心“肘部关节”位置,被大家称为“肘部”相机。与“腕部”的两台相机不同,它主要用于远距离全局成像,实现整臂工作区域监视。由于它不需要进行视觉测量,因此采用“独眼”设计,最大限度降低重量,轻装上阵。此外,它和腕部相机一样配备了主动照明组件,具备全天时工作能力。

  其余两台相机则被固定安装于核心舱周向对接口附近,被称为对接相机。由于其功能主要是服务于机械臂开展实验舱转位及辅助对接任务,这两台安装于核心舱上的相机也属于机械臂。

  在由核心舱机械臂开展实验舱转位任务时,“腕部”相机会引导机械臂主动抓取实验舱,此时,机械臂的“腕部”同实验舱固定在一起。机械臂抓取实验舱由径向转移至周向后,这两台相机就具备“观测”实验舱位姿信息的第一视角位置,它们将“观测”到的信息反馈至机械臂,机械臂就可以依据信息开展实验舱与核心舱对接所需的进一步操作。

  为了确保安全性和高可靠性,这两台相机也是“双目”设计,只是对镜头光学指标进行了适应性修改,以满足测量距离的要求。

  目前,5台相机,9只慧眼,已随核心舱遨游太空几百个日夜,看流星划过,瞰神州山河,静待空间站观测任务中大展拳脚。(完)

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