科技神器“机械手”

苏更林

2017年10月3日，我国“深海勇士”号载人潜水器在南海海试成功，这是继“蛟龙”号之后我国深海装备的又一个里程碑。无论是“深海勇士”号还是“蛟龙”号，它们的海底科考应用作业都离不开机械手。那么，什么是机械手呢？它对我国的科学事业又有什么样的重要意义呢？

走进生活的机械手

在数百万年的漫长进化过程中，人类的手逐渐演变成了神经发达、感觉灵敏、活动自如的最完美工具。然而，人手也有力不从心和鞭长莫及的时候，一类能模仿人手某些动作功能的机械手便应運而生了。

机械手是伴随着生产的机械化和自动化而产生的，最初是按照固定程序进行抓取、搬运和操作物件或工具的。后来，许多特殊机械手也开始上岗了，如焊接机械手、喷涂机械手等都在各自特殊的岗位上发挥着作用。

机械手具有力气大、效率高、成本低等优点。尽管机械手的灵活度不及人手，但机械手在进行重复性操作时表现出显著的优势。在一项“人机大战打豆豆”比赛中，机械手获胜次数远高于人手，一分钟可以出手160～210余下；在国内一个展会上，某企业参展的一款名为“蜘蛛手”的分拣机械手引人注目。该机械手可实现多目标进行抓取和搬运的功能，具有高效安全的特点，可用于食品、药品、化妆品、电子制造等行业。

机械手主要是由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成的。其中，手部安装在手臂的前端，用来抓持物件，这是执行机构的主体，可根据被抓持物件的形状、重量、材料以及作业要求不同而具有多种结构形式。

随着科学技术的发展，具有智能的机械手应运而生，应用领域也在不断扩大。现在，机械手不仅广泛应用于采矿、冶金、石油、化工、船舶等领域，而且已开始在精密制造、核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域大显身手。

在太空安家的机械手

航天器在太空中免不了会发生点小故障，所以需要为航天器配备“太空医生”，进行在轨维修。但是，太空严酷的环境和航天器的复杂性对“太空医生”提出了苛刻的要求，需要进行长期的验证和积累才能完成。中国在航天器在轨维修技术方面已经走在了世界前沿。

2013年7月，中国以“一箭三星”的方式发射了“创新”三号、“试验”七号和“实践”十五号3颗卫星，其中安装在“试验”七号卫星外侧的空间机械手进行了在轨科学试验。

在“天宫”二号上，更是搭载了全新的空间应用系统，其中就包括空间机械手。人机协同在轨维修试验是“天宫”二号三大关键试验任务之一，也是我国第一次开展人机协同太空在轨维修试验。在轨试验主要是面向航天设备在轨组装及拆卸任务，探索人机协同完成在轨维修典型作业，为空间机器人在轨服务积累经验。2016年10月19日，在“天宫”二号与“神舟”十一号飞船对接后，航天员与机械手协同完成了用电动工具拧螺钉、拆除隔热材料、在轨遥操作等科学试验。

“天宫”二号空间机械手是一款智能化水平很高的设备。在轨试验主要是面向航天设备在轨组装及拆卸任务，探索人机协同完成在轨维修典型作业，为空间机器人在轨服务积累经验。

挑战深海的机械手

沉睡在深海的资源种类和储量，远远超出人们的想象。像深海油气田、洋底多金属结核、热液硫化物矿床、海底可燃冰以及海底生物等都是极其重要的战略资源，进行深海资源勘探和开发具有重要的意义。中国为开展深海探测活动，相继研发了以“蛟龙”号载人潜水器为代表的系列深海勘察装备。

“蛟龙”号是我国第一台自行设计、自主集成研制的深海载人潜水器。“蛟龙”号有两个机械手，又被称为“龙爪”，左右各有一个。这两个机械手各有多个关节，可以伸缩、旋转、摆动，开展灵活作业。机械手最大伸长范围为1.9米，全臂展最大持重达65千克。

在海底，机械手简直就是一个“擒拿利器”，可独立完成水下布放、回收、拾取、机构触发等任务，并可与其他工具配合开展水下采样、测量等作业。首次公开露面的“深海勇士”号潜水器，拥有一双灵巧的机械手，是进行海底科考应用作业的重要装备。在此次海试期间，利用该机械手抓取了39个生物，并在海底放置了3个标志物。