十年匠心，精益求“睛”——为我国空间站机械臂镶上“慧眼”

十年匠心，精益求“睛”——为我国空间站机械臂镶上“慧眼”

天和机械臂是支持中国空间站组装、运营、维护和空间应用的重要技术手段，是空间站核心舱的重要分系统。北京空间机电研究所为天和机械臂配置了5台智能相机，用于近距离目标检测、识别、三维位姿测量以及三维运动测量，向世人呈现了机械臂在轨工作的高清智能视频画面。研究所十年匠心打造的“慧眼”，为我国空间站天和机械臂的在轨良好运行提供了全方位技术支持。

这5台智能相机包含2台腕部相机、1台肘部相机和2台对接相机。2台腕部相机分别安装在机械臂两端的执行器上，以监视末端执行器的工作，并对近距离空间合作目标进行检测、识别和连续测量，引导机械臂末端执行器完成对目标的捕获。肘部相机安装于肘部关节，为机械臂操控提供必需的图像视觉信息，并监视机械臂工作区域。2台对接相机安装在“天和核心舱”节点舱对接机构附近，监视对接局部操作区域，并对近距离空间合作目标进行检测、识别和连续测量，引导机械臂完成“问天实验舱”、“巡天实验舱”与“天和核心舱”的换位对接。

机械臂的5台相机具有严苛的大视场、低畸变、高相对照度、高能量集中度要求，相关指标优于目前在轨运行的其他成像测量相机，且具备高清彩色成像、三维位姿测量、LED主动照明、H.264视频压缩、自动曝光、自动白平衡处理、百兆以太网等诸多功能，是光、机、电、热、智能算法高度集成的成像测量相机。

由于空间站轨道倾角较大，而“天和核心舱”机械臂又具有7个自由度，因此机械臂相机所处的成像环境和外热流均处于不断变化之中。在这种情况下，如何保证相机能够安全可靠地完成交会对接等复杂任务是必须面对且从未碰到过的难题。项目团队抽丝剥茧层层深入，通过内因与外因辩证分析、仿真与实验相互印证、深挖任务剖面与边界条件，最终明确了相机成功包络线。

随着国产化和平台化设计的要求，机械臂相机研制过程中，采用了很多“首次使用”的芯片和设计方案，也因此遇到了很多难啃的骨头。机械臂相机对电子学设计的一致性、稳定性等均有着特殊的要求，同时为了能够兼容空间站平台，相机采用了1 080P高清H.264视频压缩和百兆以太网数据传输。这些在民用领域已经相对成熟的技术，受硬件芯片能力的限制，在宇航化时却面临着各种各样的工程应用难题。项目团队匠心独运，着力于新的高性能嵌入式平台的宇航工程化应用，完成了工程技术攻关和环境适应性验证，为相机打造了一个可靠的高性能硬件平台。

“天和核心舱”入轨以来，我国空间站机械臂的一系列操作引起了世界广泛关注，而机械臂相机是镶嵌在机械臂上的“慧眼”，经过项目团队10年精益求“睛”的匠心打造，实现了“看得清、辩得明、测得准”。

（供稿：张青春）