太空機器人:太空作業的智能通用機械系統-中文百科頻道

研制背景

随着科學技術的發展，對地球軌道衛星的需求越來越多，如何保證地球軌道衛星的壽命是各國航天技術人員必須面對的一大挑戰。特别是現在航空技術的發展還沒有達到能夠随時安全的将航天員送入太空的地步。使用太空機器人系統進行衛星維修已經成為一個熱門的研究對象。

首先，應該建造可以獨立導航，對意外事件迅速做出反應、甚至在關鍵零部件失靈仍能繼續工作的機器人。

其次，訓練行星機器人去發現岩石中的骨骼化石，而像将活細胞同土塊區别開來這樣的任務更是小菜一碟。美宇航局“機遇”号和“勇氣”号是最接近具有大腦的太空機器人目标的兩部火星車，盡管如此，它們的能力仍相當有限。

自2004年1月着陸火星以來，它們不得不處理六項重大技術故障，比如存儲模塊發生故障，車輪陷進沙土等。“機遇”号和“勇氣”号目前仍在火星上工作，将重要的地質數據傳給地面任務控制中心的工程師，後者可以遙控對它們進行維修。

早期航天器上使用的機器人均是無智能的遙控機械手。美國、日本、蘇聯、西歐各國正在研制用于空間站初級階段的遙控機器人。随着航天活動的發展，對未來空間站高級階段提出了全自主的要求;此外在外層空間及星際考察中，由地面遙控航天器已不現實，也要求航天器自主控制，因此自主機器人是未來空間應用機器人的必然發展趨勢。

分類

太空機器人按其複雜程度分為以下三種：

遙控機械手

最簡單的太空機器人，一種由人操縱的多關節機械裝置。它僅起執行機構的作用，需要由人不斷操縱。操作者是控制回路的直接組成部分。由于遠程操作帶來信号傳輸和處理的延時，控制系統可能失穩。早期航天器上的機器人均屬此種類型。

1967年美國“觀察者”-Ⅲ航天器上安裝的機械手，在地面操作者控制下，用手爪在月面上完成了挖溝操作并進行了土壤實驗。

1976年，美國“海盜”号火星登陸器上安裝的機器人接收地面遙控指令後，啟動一個預先編好的程序，便在指定的表面上着陸，取回火星表層的土樣，并完成挖溝操作。

美國航天飛機上安裝的遙控機械手在航天員的遙控操縱下多次成功地釋放衛星入軌，并在軌道上回收了出故障的通信衛星。1986年2月蘇聯發射的“和平”号空間站上安裝了遙控機械手，它可将對接在軸向對接口上的航天器轉移到側向對接口上，騰出軸向對接口供下次對接時使用。

遙控機器人

一種人機混合的遙控系統。它将遙控和一定級别的自主技術相結合。系統有兩個控制回路：本地回路和遠地回路，兩回路之間由遠程通信聯系。工作在低智能和高響應率的遠地回路的太空機器人接到本地回路控制人員的遙控操作指令後，根據自身的敏感器信息和智能，在遠地計算機控制下完成指定操作。

操作者則工作在高智能和低響應率的本地回路内，他根據機器人發來的各種信息監控機器人在遠地控制回路内的工作，不時向它發出指令，遠地計算機根據指令控制機器人的操作。操作人員無須直接介入機器人回路，就仿佛身臨現場一樣遙控操作，從而消除了操作者的疲勞感，大大提高工作效率。初期空間站開發中應用的主要就是這種機器人。

自主機器人

不需要人操縱的智能機器人。它具有視覺、聽覺、觸覺等感官功能。機器人接到航天員的命令後（或根據空間站上專家系統的指令），自行規劃、編程、診斷、決策，自主完成裝配、修理或實驗任務。它也可乘坐噴氣背包到遠離空間站的軌道現場執行任務。

特點

太空機器人

太空機器人工作在微重力、高真空、超低溫、強輻射、照明條件差的空間環境下，它與地面上用的工業機器人有很大差别。在失重條件下物體處于漂浮狀态，給太空機器人操作帶來種種困難。空間視覺識别以及視覺與手爪的配合較地面更困難。太空機器人需要采用三維彩色視覺系統，以便同時确定物體的位置和方向，還要有便于更換的靈巧末端操縱器，利用其接近覺、觸覺、力覺、滑覺傳感器配合視覺系統完成各種操作任務。