加拿大臂2空间站机械臂可打印结构设计

　　这套机械臂结构的设计原型是空间站舱外作业的核心执行设备，主要承担舱段转位、载荷搬运、航天器对接辅助、航天员出舱活动支持等在轨作业任务，区别于地面工业机械臂的固定基座作业逻辑，该类空间机械臂可通过两端末端执行器在空间站桁架的适配器之间实现舱表爬行移位，覆盖空间站外表面的全范围作业区域，无需额外铺设长距离行走导轨，大幅降低舱外附属结构的重量占比。从结构组成来看，整套臂体采用对称式的双杆主臂构型，主臂段为平行布置的两根高强度承力杆，相比单臂梁结构拥有更好的抗扭刚度，可承受大载荷转移过程中的偏载力矩，避免臂体在变姿态过程中出现过大的挠曲变形。臂体共设置七个机动关节，其中臂体中段设置一个肘铰关节，肩、腕两端各集成三个旋转关节，

　　每个关节均具备独立的旋转自由度，可实现臂体在三维空间内的任意姿态调整，满足不同作业位置的角度对位需求，比如在辅助载人航天器对接时，腕端关节可微调对接面的俯仰、偏航、滚转角度，补偿对接过程中的位置偏差，提升对接过程的平顺性。在安装适配层面，这套可打印的缩比模型采用1:50的缩放比例，组装完成后整体长度约340mm，臂段之间的连接可采用2-56 X 375规格的六角螺栓，直接拧入打印件的预制安装孔即可完成组装，无需额外设计复杂的连接卡扣，降低模型组装的工艺难度，同时螺栓连接的结构也方便后续拆解调整关节阻尼，模拟真实机械臂的关节锁止效果。真实原型的臂体主体采用钛合金材料打造，全伸展状态下长度可达17.6米，自身重量1800公斤，

　　杆体直径35厘米，可处理最高达116000公斤的有效载荷，除了大载荷转移能力外，臂体的关节还具备高精度的位置反馈能力，可在舱外设备维修时实现毫米级的对位精度，满足精密设备更换的操作要求。在设计思路上，这套模型还原了真实机械臂的关节布局与杆体连接形式，没有对核心结构做过度简化，每个关节的连接法兰、管线预留接口、末端执行器的对接接口都做了等比例还原，既可以作为航天科普的展示教具，也能为空间机械臂的原理验证提供缩比结构参考。从作业场景的适配性来看，这类空间机械臂的作业边界覆盖空间站从核心舱到实验舱、货运飞船对接端口的全部外表面区域，爬行移位的模式让其无需依赖固定基座即可完成全区域覆盖，在执行载荷搬运任务时，臂体可通过肘铰关节的角度调整，

　　将载荷的重心始终控制在臂体承力的最优区间，降低关节驱动的负载峰值，延长关节组件的在轨使用寿命。在辅助航天员出舱作业时，臂体的末端可搭载脚限位器，将航天员输送到任意作业位置，替代传统的舱外扶手移动路径，大幅提升出舱作业的效率，同时臂体还可搭载监测设备，对空间站外表面的防护层状态、太阳翼运行情况进行常态化巡检，及时识别微流星撞击、材料老化等潜在风险。这套缩比模型的结构设计充分考虑了3D打印的工艺特性，所有臂段、关节构件均采用无支撑或少支撑的打印朝向设计，避免打印过程中出现翘曲、层间剥离等问题，关节处的配合间隙预留了打印材料的收缩余量，组装后可实现顺畅的关节转动，无需额外打磨处理。