李德倫， 朱 超， 張 運， 劉 鑫*， 王 康， 謝宗武

(1. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室，哈爾濱 150001；2. 空間智能機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用北京市重點實驗室，北京空間飛行器總體設(shè)計部，北京 100094)

1 引言

空間站機(jī)械臂工作在空間站上，在軌執(zhí)行航天器表面狀態(tài)巡檢、航天員EVA 支持、大型貨物轉(zhuǎn)運、試驗照料等任務(wù)，是空間站建造、維護(hù)和升級的核心裝備[1-2]。 國際空間站建造和運營過程中，共使用了4 條大型空間站機(jī)械臂，分別是加拿大I 臂SRMS、加拿大II 臂SSRMS[3]、日本希望實驗艙機(jī)械臂JEMRMS 和歐洲號機(jī)械臂ERA，這4條機(jī)械臂在國際空間站的建造和運營過程中發(fā)揮了重要作用。 中國設(shè)計了一套由核心艙機(jī)械臂和實驗艙機(jī)械臂組成的空間站機(jī)械臂系統(tǒng)，隨著核心艙機(jī)械臂的發(fā)射入軌，成為繼加拿大和日本之后第三個獨立掌握大型空間機(jī)械臂研制的國家。該機(jī)械臂長約10 m，重量約800 kg，可以操作重達(dá)25 t 的載荷，是目前中國研制的載荷最大、集成度最高、智能化程度最高的機(jī)械臂，支持地面程控操作和在軌操作臺操作等多種操作方式，并支持航天員出艙作業(yè)。

關(guān)節(jié)是機(jī)械臂實現(xiàn)靈活運動的直接執(zhí)行部件，是保證機(jī)械臂運動精度、連接剛度、輸出力矩、工作壽命、在軌可維修性等各項核心功能和性能指標(biāo)的關(guān)鍵組成設(shè)備。 本文主要對核心艙機(jī)械臂關(guān)節(jié)的系統(tǒng)設(shè)計與試驗驗證情況進(jìn)行系統(tǒng)介紹。

2 關(guān)節(jié)設(shè)計

機(jī)械臂需要在艙上“爬行”，因此其關(guān)節(jié)配置采用“肩3＋肘＋腕3”的對稱方案，從肩部至腕部的自由度配置為“肩部回轉(zhuǎn)-肩部偏航-肩部俯仰-肘部俯仰-腕部俯仰-腕部偏航-腕部回轉(zhuǎn)”模式。關(guān)節(jié)采用模塊化設(shè)計的思想，除地址插頭以外，其余部分的設(shè)計均完全相同。 通過采用機(jī)電熱一體化設(shè)計、中心孔走線設(shè)計、硬件備份和冗余設(shè)計等方法，解決了關(guān)節(jié)電纜在大轉(zhuǎn)動范圍下的適應(yīng)性問題，提高了關(guān)節(jié)的可靠性，滿足了在軌工作壽命和環(huán)境適應(yīng)性[4]等要求。 機(jī)械臂的發(fā)射構(gòu)型如圖1 所示。

圖1 核心艙械臂收攏構(gòu)型Fig.1 The compact configuration of the manipulator

2.1 技術(shù)指標(biāo)

關(guān)節(jié)機(jī)械臂具有運動、限位、運動控制和溫度控制等功能，主要技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

表1 空間站機(jī)械臂關(guān)節(jié)主要技術(shù)指標(biāo)Table 1 Main parameters of the joint of space station manipulator

2.2 系統(tǒng)組成與布局

關(guān)節(jié)需要具有運動、限位、運動控制和溫度控制等多種功能，采用設(shè)計機(jī)電熱一體化的設(shè)計思想，將關(guān)節(jié)控制、電源變換、溫度控制、智能感知等多種功能集成到一起。 針對關(guān)節(jié)工作溫度和低功耗要求，采用主動熱控與被動熱控的復(fù)合熱控方式，主動熱控主要實現(xiàn)關(guān)節(jié)的溫度感知與加熱，被動熱控主要實現(xiàn)關(guān)節(jié)的散熱和保溫。 針對運動功能，設(shè)計了雙電機(jī)提供動力源結(jié)合驅(qū)動傳動組件降速增矩的傳動方案，滿足力矩要求。 在軌可維修要求關(guān)節(jié)具有快速連接裝置，同步實現(xiàn)機(jī)械連接和電氣連接，并具有連接剛度高、連接精度高、連接可靠性高等特點。 針對智能感知需求，設(shè)計旋轉(zhuǎn)變壓器感知關(guān)節(jié)的角度位置信息，設(shè)計一維力矩傳感器感知關(guān)節(jié)力矩信息。 針對寬達(dá)±270°運動范圍和安全性，設(shè)計具有機(jī)電限位的雙重限位裝置，并通過保留大的中心孔，將關(guān)節(jié)電纜從關(guān)節(jié)中心孔穿行。 設(shè)計完成的關(guān)節(jié)系統(tǒng)組成與布局如圖2 所示。

圖2 機(jī)械臂關(guān)節(jié)組成圖Fig.2 Diagrammatic layout of manipulator joint in China space station

2.3 傳動系統(tǒng)設(shè)計

天和機(jī)械臂關(guān)節(jié)需要輸出高達(dá)1500 Nm 的力矩，為了滿足輸出力矩的要求，天和機(jī)械臂關(guān)節(jié)設(shè)計了一套由四級齒輪傳動組成的復(fù)雜齒輪傳動系統(tǒng)。 如圖3 所示，第一級齒輪傳動為雙驅(qū)動機(jī)構(gòu)，雙驅(qū)動將2 個電機(jī)組件作為輸入，一個是主份電機(jī)組件，一個是備份電機(jī)組件，主份電機(jī)組件運動時，備份電機(jī)組件是負(fù)載，反之亦然；第二級齒輪傳動為直齒輪傳動，該部分包括2 個直齒輪，輸出直齒輪與關(guān)節(jié)的中心軸同軸，并與第三級齒輪傳動的輸入齒輪連接在一起；第三級齒輪傳動為準(zhǔn)行星齒輪傳動，由中心齒輪、惰輪和雙齒輪組成，雙齒輪的內(nèi)齒部分為準(zhǔn)行星齒輪傳動的輸出齒輪，外齒輪部分為第四級齒輪傳動的輸入齒輪；第四級齒輪傳動為3K-III 型行星齒輪傳動，由中心太陽輪、行星齒輪、輸出內(nèi)齒輪和固定內(nèi)齒輪組成。 第二級直齒輪傳動的輸出齒輪和第三級準(zhǔn)行星齒輪傳動的輸入齒輪均具有較大的中心孔，滿足關(guān)節(jié)內(nèi)部走線的需求。

圖3 關(guān)節(jié)齒輪傳動結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of joint gear transmission

關(guān)節(jié)的額定輸出力矩和最大輸出力矩分別如式(1)、(2)所示:

式中:Trated為關(guān)節(jié)的額定輸出力矩，Tmrated為電機(jī)組件的額定輸出力矩，Tmax為關(guān)節(jié)的最大輸出力矩，Tmmax為電機(jī)組件的最大輸出力矩，i為關(guān)節(jié)減速比的絕對值，η為關(guān)節(jié)傳動效率。

將關(guān)節(jié)減速比i、關(guān)節(jié)傳動效率η帶入公式(1)和公式(2)，求得

即:關(guān)節(jié)的額定輸出力矩為441 Nm，最大輸出力矩1785 Nm。

2.4 熱控設(shè)計

熱控系統(tǒng)主要用于感知和控制關(guān)節(jié)的溫度，熱控設(shè)計用于保證關(guān)節(jié)在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)工作[4]。 關(guān)節(jié)熱控措施主要包括關(guān)節(jié)控制器控溫回路、溫度繼電器控溫回路和被動控溫措施等3部分。 關(guān)節(jié)控制器控溫回路主要由熱敏電阻和加熱片組成；溫度繼電器控溫回路主要由溫度繼電器和加熱片組成，熱敏電阻和溫度繼電器用于感知產(chǎn)品溫度，加熱片用于加熱產(chǎn)品。 當(dāng)產(chǎn)品溫度低于設(shè)定的控溫閾值時，加熱片加熱，對關(guān)節(jié)升溫，當(dāng)產(chǎn)品溫度高于設(shè)定的控溫閾值時，加熱片停止加熱；被動控溫措施主要由電機(jī)熱管、控制器熱管、主熱管、導(dǎo)熱板、熱控多層和熱控散熱面等組成，熱管將熱傳導(dǎo)關(guān)節(jié)外殼，并通過散熱面散熱，熱控多層包覆在關(guān)節(jié)殼體外面，用于關(guān)節(jié)的溫度保持。 關(guān)節(jié)熱控設(shè)計如圖4 所示。

2.5 快速連接裝置設(shè)計

機(jī)械臂的在軌維修采用了核心單機(jī)整體替換的設(shè)計方案，解決核心單機(jī)間的連接設(shè)計問題?？焖龠B接裝置用于關(guān)節(jié)與關(guān)節(jié)、末端執(zhí)行器等機(jī)械臂部件之間的連接[5]，快速連接裝置主要由快速連接公組件和快速連接母組件組成，具有操作簡單、連接剛度大、在軌拆卸/擰緊力矩小等特點?？焖龠B接組件通過楔形結(jié)構(gòu)配合實現(xiàn)導(dǎo)向和定位，并通過6 個均勻分布的膨脹螺栓連接在一起?？焖龠B接公組件和快速連接母組件上設(shè)計有電連接器，用于實現(xiàn)電器連接。 連接時，快速連接公組件和快速連接母組件具有自動找正功能，確保連接完成的同軸度滿足要求。 快速連接裝置的組成如圖5 所示。

圖5 快速連接裝置組成圖Fig.5 Diagrammatic layout of quick connect device

2.6 安全性設(shè)計

為了滿足關(guān)節(jié)安全的要求，采用電限位和機(jī)械限位的雙重限位措施。 將電限位和機(jī)械限位集成在限位裝置上，限位裝置可以限制關(guān)節(jié)的運動范圍，并在限位狀態(tài)時反饋限位信號給關(guān)節(jié)控制器。 限位裝置共有2 個，分別用于正向270°和反向270°位置處的角度限位。 限位裝置采用了“翹板”開關(guān)的原理，主要由限位裝置本體和限位凸起、霍爾傳感器等組成，其中，限位裝置本體安裝在關(guān)節(jié)外殼上，限位凸起、霍爾傳感器安裝在關(guān)節(jié)輸出軸上。 正向限位裝置本體與正向限位凸起聯(lián)合使用具有正向限位、正向通過和反向通過3 種狀態(tài)，初始狀態(tài)為正向限位狀態(tài)；反向限位裝置本體與反向限位凸起聯(lián)合使用具有反向限位、正向通過和反向通過3 種狀態(tài)，初始狀態(tài)為反向限位狀態(tài)。 當(dāng)限位凸起從正向通過狀態(tài)經(jīng)過限位裝置時，限位裝置變成反向通過狀態(tài)，反之亦然。 限位裝置組成如圖6 所示，正向限位裝置的狀態(tài)如圖7 中(a)、(c)、(e)所示，反向限位裝置的狀態(tài)如圖7 中(b)、(d)、(f) 所示。

圖6 限位裝置組成圖Fig.6 Composition of joint angle limit device

圖7 限位機(jī)構(gòu)狀態(tài)Fig.7 Status of the angle limit device

關(guān)節(jié)從零位正向運動至正向機(jī)械限位并返回零位的運動過程如下:關(guān)節(jié)正向轉(zhuǎn)動至90°附近時，反向限位凸起撥動反向限位裝置使其變成反向通過狀態(tài)，關(guān)節(jié)繼續(xù)運動，當(dāng)正向限位凸起與限位塊上的磁鋼與關(guān)節(jié)輸出軸上霍爾傳感器運動至給定距離時，霍爾傳感器給出電限位信號，實現(xiàn)電限位，關(guān)節(jié)繼續(xù)運動至270°附近時，正向限位裝置處于正向限位狀態(tài)，輸出軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動至限位凸起與限位塊發(fā)生接觸，關(guān)節(jié)無法繼續(xù)運動，實現(xiàn)機(jī)械限位，完成正向限位。 當(dāng)關(guān)節(jié)反向運動回90°附近時，反向限位凸起撥動反向限位裝置使其變成正向限位狀態(tài)，關(guān)節(jié)運動至零位時，正向限位裝置處于正向限位狀態(tài)，反向限位裝置處于正向通過狀態(tài)，回到運動前的狀態(tài)。 關(guān)節(jié)反向限位不再贅述。

2.7 控制系統(tǒng)與策略設(shè)計

2.7.1 控制系統(tǒng)設(shè)計

關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計決定了關(guān)節(jié)的伺服控制性能[6]，空間站機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)主要包括運算單元、負(fù)載與測量反饋單元、驅(qū)動電路和遙測信息采集處理單元等。 其中，運算單元運行關(guān)節(jié)運動控制算法；負(fù)載與測量反饋單元包括PMSM、制動器、速度傳感器、力矩傳感器和位置傳感器，是關(guān)節(jié)運動控制的執(zhí)行單元；驅(qū)動電路負(fù)責(zé)實現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動和安全保護(hù)；遙測信息采集單元負(fù)責(zé)關(guān)節(jié)運動狀態(tài)的反饋和遙控指令的處理。 關(guān)節(jié)的加斷電控制、指令控制均由中央控制器控制，并通過1553B 總線將關(guān)節(jié)的遙測參數(shù)傳遞給中央控制器。 當(dāng)關(guān)節(jié)控制部分接收到關(guān)節(jié)運動指令后，控制部分根據(jù)關(guān)節(jié)當(dāng)前狀態(tài)和指令要求，控制關(guān)節(jié)運動。 關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)如圖8 所示。

圖8 關(guān)節(jié)控制圖Fig.8 Joint control system composition and information flow diagram

2.7.2 控制方法設(shè)計

空間站機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制具備大負(fù)載慣量比的任務(wù)需求，針對大慣量、大負(fù)載變化等大型空間柔性機(jī)械臂的系統(tǒng)特性，設(shè)計了雙位置傳感器閉環(huán)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 該控制結(jié)構(gòu)采用了以速度環(huán)為基礎(chǔ)，位置環(huán)進(jìn)行補償?shù)淖兘Y(jié)構(gòu)控制方式，在PID控制比例環(huán)節(jié)加入濾波器設(shè)計，提高閉環(huán)系統(tǒng)高頻段的衰減速度和系統(tǒng)在大慣量變化條件下的參數(shù)適應(yīng)性。 關(guān)節(jié)的控制原理如圖9 所示。

圖9 關(guān)節(jié)伺服控制原理圖Fig.9 Schematic diagram of the joint servo control

2.8 維修性設(shè)計

機(jī)械臂關(guān)節(jié)發(fā)生故障時，為了簡化設(shè)計，減少維修用專用工裝的種類及數(shù)量，采用基于快速連接裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計的思想，在快速連接裝置上設(shè)計通用的工裝安裝接口，將專用工裝固定在快速連接裝置上，以實現(xiàn)機(jī)械臂任意構(gòu)型、任意接口的更換。 關(guān)節(jié)的維修接口如圖10 所示。

圖10 空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)維修性接口Fig.10 Maintainability interface of space manipulator joints

3 冗余與備份設(shè)計

為了提高系統(tǒng)的可靠性，消除單點故障，通常采用冗余設(shè)計方法[7]。 備份是提高產(chǎn)品可靠性和健壯性的有效方式，關(guān)節(jié)本體與關(guān)節(jié)控制器均采用了硬件備份與冗余的設(shè)計。

3.1 電機(jī)組件備份設(shè)計

關(guān)節(jié)電機(jī)組件采用了硬備份的方式，主份電機(jī)組件連接齒輪1，備份電機(jī)組件連接齒輪2，齒輪1 和2 同時與中間大齒輪嚙合。 關(guān)節(jié)工作時，2個電機(jī)組件的制動器均打開，一個電機(jī)驅(qū)動關(guān)節(jié)運動，另一個電機(jī)組件不加電。 電機(jī)組件的最大輸出力矩為2 Nm，制動器的制動力矩≤0.35 Nm，因此，當(dāng)2 臺制動器由于故障均無法打開時，關(guān)節(jié)輸出力矩的計算公式如式(5)所示:

式中:Tout為關(guān)節(jié)的輸出力矩；Tm為電機(jī)組件的最大輸出力矩；Tb為制動器的制動力矩。

將關(guān)節(jié)減速比i、關(guān)節(jié)傳動效率η帶入公式(5)，得到式(6):

即當(dāng)關(guān)節(jié)制動器均無法打開時，關(guān)節(jié)輸出力矩仍然大于額定輸出力矩400 Nm，表明關(guān)節(jié)在制動器故障情況下，功能仍然不受影響。

3.2 傳感器備份設(shè)計

旋轉(zhuǎn)變壓器采用了雙點雙線的形式進(jìn)行了備份。 一維力矩傳感器設(shè)計了3 路獨立的電橋電路，支持3 取2 表決，當(dāng)一條傳感通路故障、兩條傳感通路故障的情況下，通過軟件設(shè)置，可使關(guān)節(jié)仍然具備力矩感知功能，關(guān)節(jié)控制器控溫回路中的電機(jī)組件熱敏電阻和關(guān)節(jié)控制器熱敏電阻、溫度繼電器控溫回路中的溫度繼電器同樣采用了1備1 的備份方式，提高了關(guān)節(jié)感知系統(tǒng)的可靠性和健壯性。

3.3 關(guān)節(jié)控制器備份設(shè)計

關(guān)節(jié)控制器、電源模塊和電機(jī)組件均采用了冷備份的備份方式。 關(guān)節(jié)主份工作時，主份控制器、主份電源模塊和主份電機(jī)組件組成主份驅(qū)動控制回路；關(guān)節(jié)備份工作時，備份控制器、備份電源模塊和備份電機(jī)組件組成備份驅(qū)動控制回路。2 條控制回路的硬件電路完全獨立，避免了共因失效，提高了驅(qū)動控制部分的可靠性。

3.4 熱控備份設(shè)計

由于外部熱流環(huán)境隨著空間站軌道和姿態(tài)的變化而變化[8]，關(guān)節(jié)在主動控溫和被動控溫上均采用了備份設(shè)計。 關(guān)節(jié)控制器控溫回路有2 個獨立的加熱回路，實現(xiàn)對關(guān)節(jié)主動熱控功能的硬備份。 溫度繼電器控溫回路，采用了2 個控溫區(qū)間相同的溫度繼電器串聯(lián)的方式進(jìn)行溫度控制，避免了溫度繼電器無法斷開導(dǎo)致關(guān)節(jié)溫度過高的故障。 對于被動控溫回路，關(guān)節(jié)通過熱管備份的方式避免了熱管失效導(dǎo)致關(guān)節(jié)內(nèi)部熱流無法傳到至關(guān)節(jié)殼體的故障。 熱管需求與實際熱管數(shù)量如表2 所示。

表2 關(guān)節(jié)熱管需求與實際安裝熱管數(shù)量比對Table 2 Comparison of required and actual installed quantity of joint heat pipe

4 地面驗證

根據(jù)空間產(chǎn)品的試驗驗證流程對關(guān)節(jié)進(jìn)行了常溫常壓下的功能性能測試、力學(xué)環(huán)境試驗、熱環(huán)境試驗和本體可靠性試驗，驗證產(chǎn)品在常溫和熱真空環(huán)境下的性能，試驗流程如圖11 所示。

圖11 機(jī)械臂關(guān)節(jié)測試與試驗流程Fig.11 Test and verification process of the manipulator joint

4.1 功能性能測試

利用關(guān)節(jié)靜態(tài)測試設(shè)備測試限位角度和扭轉(zhuǎn)剛度，利用關(guān)節(jié)動態(tài)測試設(shè)備測試關(guān)節(jié)的額定力矩和最大力矩，測試過程如圖12、圖13 所示，測試結(jié)果如表3 所示。 表3 數(shù)據(jù)和關(guān)節(jié)可靠性試驗結(jié)果表明，關(guān)節(jié)技術(shù)指標(biāo)滿足要求。

圖12 關(guān)節(jié)在靜態(tài)測試設(shè)備上測試性能Fig.12 Performance test of joints on static test equipment

圖13 關(guān)節(jié)在動態(tài)測試設(shè)備上測試性能Fig.13 Performance test of joints on dynamic test equipment

表3 關(guān)節(jié)性能測試結(jié)果Table 3 Results of joint performance test /A

4.2 力學(xué)與熱環(huán)境試驗驗證

關(guān)節(jié)進(jìn)行了力學(xué)環(huán)境試驗、熱循環(huán)試驗、熱真空試驗，如圖14、圖15 和圖16 所示。 關(guān)節(jié)的運動功能、主動熱控功能正常，關(guān)節(jié)運行電流和高低溫下的啟動電流如表4 和表5 所示。 數(shù)據(jù)表明，試驗前后，關(guān)節(jié)的技術(shù)指標(biāo)沒有發(fā)生改變，關(guān)節(jié)通過了環(huán)境試驗驗證，滿足環(huán)境適應(yīng)性要求。

表5 關(guān)節(jié)運行電流測試結(jié)果Table 5 Results of joint working current test

圖14 關(guān)節(jié)力學(xué)環(huán)境試驗Fig.14 The mechanical test

圖15 關(guān)節(jié)熱循環(huán)試驗Fig.15 Thermal cycle test of the joints

圖16 關(guān)節(jié)熱真空試驗Fig.16 Thermal vacuum test of the joints

表4 高低溫啟動電流測試結(jié)果Table 4 Results of hot and cold starting current test

4.3 本體可靠性試驗

按照設(shè)計要求，關(guān)節(jié)按照可靠性指標(biāo)分配得的結(jié)果對關(guān)節(jié)本體、關(guān)節(jié)控制器和電源模塊等3部分單獨進(jìn)行了可靠性專項試驗驗證，3 部分均在真空環(huán)境下開展，本體可靠性試驗設(shè)備與加載方式同熱真空試驗。 關(guān)節(jié)本體、關(guān)節(jié)控制器和電源模塊的可靠性驗證指標(biāo)分別達(dá)到了0.998 87，0.998 86 和0.998 95，滿足可靠性指標(biāo)分配要求。

4.4 維修性試驗

通過維修性仿真驗證、氣浮及懸吊零重力驗證、維修性著服驗證和中性浮力水槽試驗等維修性驗證，驗證了機(jī)械臂關(guān)節(jié)的在軌維修方案的正確性、維修流程的合理性、維修裝置的可行性和維修過程中的人機(jī)工效。 其中，仿真驗證主要驗證維修操作的可視性、可達(dá)性、可操作性和安全性[9-11]，如圖17 所示。 氣浮及懸吊零重力驗證、中性浮力水槽試驗主要驗證失重環(huán)境下維修工作流程、動作的可執(zhí)行性，著服驗證模擬航天員著服情況下的可達(dá)性、操作力、操作空間、可視性、操作反饋、防飄等指標(biāo)，如圖18 所示。 維修性試驗表明，關(guān)節(jié)滿足維修性要求。

圖17 空間機(jī)械臂維修性仿真驗證Fig.17 Maintainability simulation verification of the space manipulator

圖18 空間機(jī)械臂維修性著服驗證Fig. 18 Maintainability clothing verification of the space manipulator

5 結(jié)論

本文結(jié)合中國空間站的特點和空間機(jī)械臂的在軌任務(wù)對關(guān)節(jié)的需求開展了系統(tǒng)布局設(shè)計、傳動系統(tǒng)設(shè)計、熱控設(shè)計、可靠性設(shè)計、安全性設(shè)計和在軌維修設(shè)計，設(shè)計的機(jī)電熱一體化關(guān)節(jié)具有以下優(yōu)點:

1) 采用了完全一體化的設(shè)計思想，研制了機(jī)電熱一體化關(guān)節(jié)，在關(guān)節(jié)內(nèi)部集成了機(jī)械傳動、控制和溫度控制等功能，有別于加拿大一臂、ERA等大型空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)將控制器外置的設(shè)計思路，集成度更高，抗環(huán)境輻照性能更強。

2)采用了四級直齒輪傳動滿足了大減速比、大輸出力矩和高扭轉(zhuǎn)剛度的要求。 設(shè)計了具有電限位和機(jī)械限位兩重限位功能的限位裝置，大大提了關(guān)節(jié)安全性，從根本上杜絕了關(guān)節(jié)運動超過設(shè)計范圍。 設(shè)計了快速連接裝置，具有連接剛度高、操作力矩小等優(yōu)點，與中國航天員的作業(yè)能力匹配，支持空間站機(jī)械臂在軌維修，綜合提高了系統(tǒng)的可靠性與壽命。

3)關(guān)鍵單機(jī)如電機(jī)組件、旋轉(zhuǎn)變壓器、一維力矩傳感器和熱控設(shè)備等均具有備份措施，系統(tǒng)可靠性高。

4)功能性能測試、環(huán)境試驗經(jīng)試驗和維修性試驗表明，關(guān)節(jié)滿足各項研制要求。