科技神器“機械手”

蘇更林

2017年10月3日，我國“深海勇士”號載人潛水器在南海海試成功，這是繼“蛟龍”號之后我國深海裝備的又一個里程碑。無論是“深海勇士”號還是“蛟龍”號，它們的海底科考應用作業都離不開機械手。那么，什么是機械手呢？它對我國的科學事業又有什么樣的重要意義呢？

走進生活的機械手

在數百萬年的漫長進化過程中，人類的手逐漸演變成了神經發達、感覺靈敏、活動自如的最完美工具。然而，人手也有力不從心和鞭長莫及的時候，一類能模仿人手某些動作功能的機械手便應運而生了。

機械手是伴隨著生產的機械化和自動化而產生的，最初是按照固定程序進行抓取、搬運和操作物件或工具的。后來，許多特殊機械手也開始上崗了，如焊接機械手、噴涂機械手等都在各自特殊的崗位上發揮著作用。

機械手具有力氣大、效率高、成本低等優點。盡管機械手的靈活度不及人手，但機械手在進行重復性操作時表現出顯著的優勢。在一項“人機大戰打豆豆”比賽中，機械手獲勝次數遠高于人手，一分鐘可以出手160～210余下；在國內一個展會上，某企業參展的一款名為“蜘蛛手”的分揀機械手引人注目。該機械手可實現多目標進行抓取和搬運的功能，具有高效安全的特點，可用于食品、藥品、化妝品、電子制造等行業。

機械手主要是由執行機構、驅動機構和控制系統三大部分組成的。其中，手部安裝在手臂的前端，用來抓持物件，這是執行機構的主體，可根據被抓持物件的形狀、重量、材料以及作業要求不同而具有多種結構形式。

隨著科學技術的發展，具有智能的機械手應運而生，應用領域也在不斷擴大。現在，機械手不僅廣泛應用于采礦、冶金、石油、化工、船舶等領域，而且已開始在精密制造、核能、航空、航天、醫藥、生化等高科技領域大顯身手。

在太空安家的機械手

航天器在太空中免不了會發生點小故障，所以需要為航天器配備“太空醫生”，進行在軌維修。但是，太空嚴酷的環境和航天器的復雜性對“太空醫生”提出了苛刻的要求，需要進行長期的驗證和積累才能完成。中國在航天器在軌維修技術方面已經走在了世界前沿。

2013年7月，中國以“一箭三星”的方式發射了“創新”三號、“試驗”七號和“實踐”十五號3顆衛星，其中安裝在“試驗”七號衛星外側的空間機械手進行了在軌科學試驗。

在“天宮”二號上，更是搭載了全新的空間應用系統，其中就包括空間機械手。人機協同在軌維修試驗是“天宮”二號三大關鍵試驗任務之一，也是我國第一次開展人機協同太空在軌維修試驗。在軌試驗主要是面向航天設備在軌組裝及拆卸任務，探索人機協同完成在軌維修典型作業，為空間機器人在軌服務積累經驗。2016年10月19日，在“天宮”二號與“神舟”十一號飛船對接后，航天員與機械手協同完成了用電動工具擰螺釘、拆除隔熱材料、在軌遙操作等科學試驗。

“天宮”二號空間機械手是一款智能化水平很高的設備。在軌試驗主要是面向航天設備在軌組裝及拆卸任務，探索人機協同完成在軌維修典型作業，為空間機器人在軌服務積累經驗。

挑戰深海的機械手

沉睡在深海的資源種類和儲量，遠遠超出人們的想象。像深海油氣田、洋底多金屬結核、熱液硫化物礦床、海底可燃冰以及海底生物等都是極其重要的戰略資源，進行深海資源勘探和開發具有重要的意義。中國為開展深海探測活動，相繼研發了以“蛟龍”號載人潛水器為代表的系列深海勘察裝備。

“蛟龍”號是我國第一臺自行設計、自主集成研制的深海載人潛水器。“蛟龍”號有兩個機械手，又被稱為“龍爪”，左右各有一個。這兩個機械手各有多個關節，可以伸縮、旋轉、擺動，開展靈活作業。機械手最大伸長范圍為1.9米，全臂展最大持重達65千克。

在海底，機械手簡直就是一個“擒拿利器”，可獨立完成水下布放、回收、拾取、機構觸發等任務，并可與其他工具配合開展水下采樣、測量等作業。首次公開露面的“深海勇士”號潛水器，擁有一雙靈巧的機械手，是進行海底科考應用作業的重要裝備。在此次海試期間，利用該機械手抓取了39個生物，并在海底放置了3個標志物。