空間機器人的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢-文庫吧
2025-07-21 10:41 本頁面
【正文】 探測機器人3種。下面將依次介紹這幾種行星探測機器人的研究狀況。 ／艙外服務機器人(Intravehicular/Extravehicula Robot)作為空間站艙內使用的機器人，艙內服務機器人主要用來協(xié)助航天員進行艙內科學實 驗以及空間站的維護。艙內服務機器人可以降低科學實驗載荷對航天員的依賴性，在航天員不在場或不參與的情況下也能對科學實驗載荷進行照管。艙內服務機器人要求質量輕、體積小，且具有足夠的靈活性和操作能力。作為空間站（或者航天飛機）艙外使用的機器人，艙外服務機器人（如圖2所示）主要用來提供空間在軌服務，包括小型衛(wèi)星的維護、空間裝配、加工和科學實驗等?？臻g環(huán)境是非常惡劣的，如強輻射、高溫差和超真空等，這些因素給人類宇航員在太空的生存和活動帶來很大的影響和威脅；同時出艙作業(yè)的費用是相當昂貴的。因此，艙外服務機器人的研究和實驗圖 2 艙外服務機器人工作非常重要。以下為艙內／艙外服務機器人國際上最新的研究進展：1．加拿的空間遙操作機器人系統(tǒng)圖 3 SRMS 系統(tǒng)加拿大研制的航天飛機遙操作臂系統(tǒng)(Shuttle Remote Manipulator System, SRMS)如圖3所示，是空間機器人概念產生以來第一個成功應用的空間機械臂系統(tǒng)。該機械臂具有六自由度， m，質量410 kg，空載情況下的最大移動速度可達60 cm/s，臂桿采用碳纖維材料。該機械臂可以由計算機進行編程控制，也可以由宇航員手動控制。SRMS在1981年首次使用，其設計壽命為10年或者100次飛行任務。SRMS由宇航員在艙內進行操作，可以用于展開和回收衛(wèi)星、組裝國際太空站和傳送部件。2005年，SRMS協(xié)助宇航員成功地完成了“發(fā)現(xiàn)者”號航天飛機的熱防護系統(tǒng)維修工作。圖 4 MSS 系統(tǒng)加拿大耗資10億美元研制的空間站移動服務系統(tǒng)(Mobile Servicing System, MSS)，如圖4所示。 MSS由3部分組成：長17 m的7自由度機械臂系統(tǒng)(Space Station，s Remote Manipulator System, SSRMS)、專用的靈巧機械手( Special Purpose Dexterous Manipulator, SPDM)和移動平臺系統(tǒng)(Mobile Base System, MBS)。在遙操作方式下，SSRMS可以在軌道上移動空間站的外圍設備，可以在艙外行走，可以進行裝配和維修工作。安裝在末端的小型雙臂靈巧操作器可以為SSRMS提供操作小尺寸物體的能力，完成一些復雜的操作任務，如更換在軌可替換單元( Orbital Replaceable Unit, ORU)等。2001年4月，SSRMS將1噸多重的包裝箱傳送給“奮進者”號航天飛機上的機械臂SRMS帶回地面，實現(xiàn)了機械臂的空間握手。2001年7月，SSRMS在宇航員的控制下成功地實現(xiàn)了密封艙的搬運和裝配。2．德國航宇中心的ROTEX實驗德國宇航中心(DLR)研制的基于多傳感器的小型空間機器人系統(tǒng)(ROTEX)如圖5所示，是世界上第一個實現(xiàn)地面遙操作的艙內空間機器人實驗系統(tǒng)，其主要目標是驗證大時延條件下的地一空遙操作。ROTEX系統(tǒng)具有六自由度，可達工作空間為1 m3。ROTEX系統(tǒng)的主要特點是具有多種感知功能：在機械臂末端有剛性和柔性六維力／力矩傳感器各1個，同時還具有觸覺傳感器、9個激光測距傳感器和1對微型立體攝像機。圖 5 ROTEX 系統(tǒng)1993年4月，DLR在哥倫比亞號航天飛機上成功地進行了ROTEX的艙內遙操作實驗，包括空間裝配、連接／斷開電氣插頭和自由漂浮物體抓握等。ROTEX采用了3種操作模式：基于圖形預測顯示系統(tǒng)的地一空遙操作、基于傳感器的離線編程監(jiān)控式操作以及宇航員主從遙操作模式。 3．DLR和NASA的機器人宇航員機器人宇航員的概念最早是由DLR在1997年提出的。當時的背景是：一顆剛剛發(fā)射的衛(wèi)星TV SATI在進入軌道后，其太陽能電池板不能自動打開，而衛(wèi)星所在的軌道是載人航天無法到達的軌道。因此，DLR提出在移動衛(wèi)星上安裝兩個輕型機器人手臂、兩個多指靈巧手及一對攝像機組成機器人宇航員，去接近、捕獲和維修故障衛(wèi)星。DLR第三代輕型臂采用全模塊化的設計思想。整個臂的質量為1 3~14kg，負荷約10kg，功耗小于100 w， m，最大關節(jié)速度約180176。
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