太空機器人(機械系統)

太空機器人，是一種在太空飛行器或空間站上作業的具有智慧型的通用機械系統。太空機器人具有機械臂和電腦，能實現感知、推理和決策 等功能，可以象人一樣在事先未知的空間環境下完成各種任務。只有操作功能不具備智慧型的簡單機器人一般稱為機械手。

基本介紹

• 中文名：太空機器人
• 外文名：Space robot
• 用途：在太空飛行器或空間站上作業

簡介

概述

太空機器人，是一種在太空飛行器或空間站上作業的具有智慧型的通用機械系統。

特點

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別。在失重條件下物體處於漂浮狀態，給太空機器人操作帶來種種困難。空間視覺識別以及視覺與手爪的配合較地面更困難。太空機器人需要採用三維彩色視覺系統，以便同時確定物體的位置和方向，還要有便於更換的靈巧末端操縱器，利用其接近覺、觸覺、力覺、滑覺感測器配合視覺系統完成各種操作任務。

太空機器人

主要的從事工作

1.空間建築及裝配：一些大型的安裝部件，例如無線電天線、太陽能電池、各個艙段的組裝等艙外活動都離不開空間機器人、機器人將承擔搬運、各構件之間的連線緊固有毒或危險品的處理等任務。在不久的將來人造空間站初期建造一半以上的工作都將由機器人完成。

2.衛星和其他太空飛行器的維護與修理、隨著人類在太空的活動不斷發展。人類在太空的財產也越來越多，其中人造衛星也占了絕大多數。如果這些衛星一旦發生故障，丟棄它們在發射新的衛星就很不經濟，必須設法修理後使他們重新發揮作用。但是如果派太空人去修理。又牽扯到艙外活動的問題，而且由於太空飛行器處於強烈宇宙輻射的環境之下，人根本無法執行任務，所以只能依靠機器人，空間機器人所進行的維護和修理有回收失靈衛星，對故障衛星進行就地修理。維空間飛行器補給物資等。

3.空間生產和科學試驗宇宙空間為人類提供了地面上無法實現的微重力和高真空環境，利用這一環境可以生產出地面上無法生產或難以生產出的產品。在太空中，還可以進行地面上不能做的科學實驗。和空間裝配、空間修理不同，空間生產和科學試驗主要在艙內環境裡進行。操作內容多半是重複性動作。在多數情況下太空人可以直接檢查與控制。這時候的空間機器人如同工作在地面工廠里的生產線上一樣。因此，可以採用的機器人多是通用型多功能機器人。

分類

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。操作者是控制迴路的直接組成部分。由於遠程操作帶來信號傳輸和處理的延時，控制系統可能失穩。早期太空飛行器上的機器人均屬此種類型。1967年美國“觀察者”-Ⅲ太空飛行器上安裝的機械手,在地面操作者控制下，用手爪在月面上完成了挖溝操作並進行了土壤實驗。1976年，美國“海盜”號火星登入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式，便在指定的表面上著陸，取回火星表層的土樣，並完成挖溝操作。美國太空梭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，並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”號空間站上安裝了遙控機械手，它可將對接在軸向對接口上的太空飛行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。

太空機器人

遙控機器人

一種人機混合的遙控系統。它將遙控和一定級別的自主技術相結合。系統有兩個控制迴路：本地迴路和遠地迴路，兩迴路之間由遠程通信聯繫。工作在低智慧型和高回響率的遠地迴路的太空機器人接到本地迴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慧型，在遠地計算機控制下完成指定操作。操作者則工作在高智慧型和低回響率的本地迴路內，他根據機器人發來的各種信息監控機器人在遠地控制迴路內的工作，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迴路，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。初期空間站開發中套用的主要就是這種機器人。

自主機器人

不需要人操縱的智慧型機器人。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。

相關資料

發展趨勢

早期太空飛行器上使用的機器人均是無智慧型的遙控機械手。如今美國、日本、蘇聯、歐各國正在研製用於空間站初級階段的遙控機器人。隨著航天活動的發展,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，由地面遙控太空飛行器已不現實，也要求太空飛行器自主控制，因此自主機器人是未來空間套用機器人的必然發展趨勢。

美國宇航局的類人機器人RobonautR2A

套用領域

機器人已經被套用於醫療、娛樂、國防、公共安全以及太空探索等領域並且技術越發先進。一些機器人完全實現自治，其他則需要人輸入命令。

2011年2月24日，佛羅里達州的甘迺迪航天中心，美國宇航局的類人機器人RobonautR2A向同伴RobonautR2B揮手說“再見”。R2B搭乘“發現”號太空梭奔赴國際空間站。