[科普中国]-太空机器人

简介概述

太空机器人，是一种在航天器或空间站上作业的具有智能的通用机械系统。

特点太空机器人工作在微重力、高真空、超低温、强辐射、照明条件差的空间环境下，它与地面上用的工业机器人有很大差别。在失重条件下物体处于漂浮状态，给太空机器人操作带来种种困难。空间视觉识别以及视觉与手爪的配合较地面更困难。太空机器人需要采用三维彩色视觉系统，以便同时确定物体的位置和方向，还要有便于更换的灵巧末端操纵器，利用其接近觉、触觉、力觉、滑觉传感器配合视觉系统完成各种操作任务。

主要的从事工作1.空间建筑及装配：一些大型的安装部件，例如无线电天线、太阳能电池、各个舱段的组装等舱外活动都离不开空间机器人、机器人将承担搬运、各构件之间的连接紧固有毒或危险品的处理等任务。在不久的将来人造空间站初期建造一半以上的工作都将由机器人完成。

2.卫星和其他航天器的维护与修理、随着人类在太空的活动不断发展。人类在太空的财产也越来越多，其中人造卫星也占了绝大多数。如果这些卫星一旦发生故障，丢弃它们在发射新的卫星就很不经济，必须设法修理后使他们重新发挥作用。但是如果派宇航员去修理。又牵扯到舱外活动的问题，而且由于航天器处于强烈宇宙辐射的环境之下，人根本无法执行任务，所以只能依靠机器人，空间机器人所进行的维护和修理有回收失灵卫星，对故障卫星进行就地修理。维空间飞行器补给物资等。

3.空间生产和科学试验宇宙空间为人类提供了地面上无法实现的微重力和高真空环境，利用这一环境可以生产出地面上无法生产或难以生产出的产品。在太空中，还可以进行地面上不能做的科学实验。和空间装配、空间修理不同，空间生产和科学试验主要在舱内环境里进行。操作内容多半是重复性动作。在多数情况下宇航员可以直接检查与控制。这时候的空间机器人如同工作在地面工厂里的生产线上一样。因此，可以采用的机器人多是通用型多功能机器人。1

分类遥控机械手最简单的太空机器人，一种由人操纵的多关节机械装置。它仅起执行机构的作用，需要由人不断操纵。操作者是控制回路的直接组成部分。由于远程操作带来信号传输和处理的延时，控制系统可能失稳。早期航天器上的机器人均属此种类型。1967年美国“观察者”-Ⅲ航天器上安装的机械手,在地面操作者控制下，用手爪在月面上完成了挖沟操作并进行了土壤实验。1976年，美国“海盗”号火星登陆器上安装的机器人接收地面遥控指令后，启动一个预先编好的程序，便在指定的表面上着陆，取回火星表层的土样，并完成挖沟操作。美国航天飞机上安装的遥控机械手在航天员的遥控操纵下多次成功地释放卫星入轨，并在轨道上回收了出故障的通信卫星。1986年 2月苏联发射的“和平”号空间站上安装了遥控机械手，它可将对接在轴向对接口上的航天器转移到侧向对接口上，腾出轴向对接口供下次对接时使用。

遥控机器人一种人机混合的遥控系统。它将遥控和一定级别的自主技术相结合。系统有两个控制回路：本地回路和远地回路，两回路之间由远程通信联系。工作在低智能和高响应率的远地回路的太空机器人接到本地回路控制人员的遥控操作指令后，根据自身的敏感器信息和智能，在远地计算机控制下完成指定操作。操作者则工作在高智能和低响应率的本地回路内，他根据机器人发来的各种信息监控机器人在远地控制回路内的工作，不时向它发出指令，远地计算机根据指令控制机器人的操作。操作人员无须直接介入机器人回路，就仿佛身临现场一样遥控操作,从而消除了操作者的疲劳感,大大提高工作效率。初期空间站开发中应用的主要就是这种机器人。

自主机器人不需要人操纵的智能机器人。它具有视觉、听觉、触觉等感官功能。机器人接到航天员的命令后（或根据空间站上专家系统的指令），自行规划、编程、诊断、决策，自主完成装配、修理或实验任务。它也可乘坐喷气背包到远离空间站的轨道现场执行任务。2

相关资料发展趋势早期航天器上使用的机器人均是无智能的遥控机械手。如今美国、日本、苏联、欧各国正在研制用于空间站初级阶段的遥控机器人。随着航天活动的发展,对未来空间站高级阶段提出了全自主的要求;此外在外层空间及星际考察中，由地面遥控航天器已不现实，也要求航天器自主控制，因此自主机器人是未来空间应用机器人的必然发展趋势。

应用领域机器人已经被应用于医疗、娱乐、国防、公共安全以及太空探索等领域并且技术越发先进。一些机器人完全实现自治，其他则需要人输入命令。

2011年2月24日，佛罗里达州的肯尼迪航天中心，美国宇航局的类人机器人RobonautR2A向同伴RobonautR2B挥手说“再见”。R2B搭乘“发现”号航天飞机奔赴国际空间站。3