空間機(jī)器人的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(參考版)
2024-08-16 10:41本頁面
【正文】 我國在空間機(jī)器人方面的研究亟需奮起直追。在西方發(fā)達(dá)國家中，空間機(jī)器人已經(jīng)得到了較為全面的開發(fā)與應(yīng)用，囿于國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域起步較遲，我國關(guān)于空間機(jī)器人的研究仍處于探索階段。4 結(jié)論(Conclusion)本文根據(jù)用途不同，對空間機(jī)器人進(jìn)行了明確分類，對各類空間機(jī)器人的發(fā)展情況進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并在文末對空間機(jī)器人的發(fā)展趨勢做出了猜想。(5)由于通信時延和微重力作用的緣故，中低速移動機(jī)器人將是未來空間機(jī)器人研制的主流。(3)基于圖形預(yù)測仿真的大時延遙操作成為空間機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分( ROTEX、ETS Ⅶ)。3 空間機(jī)器人發(fā)展趨勢(Development directions of Space Robot)綜觀國際空間機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，空間機(jī)器人呈現(xiàn)出以下幾個發(fā)展趨勢:(1)空間機(jī)器人由艙內(nèi)作業(yè)(ROTEX)走向艙外服務(wù)(ETS—Ⅶ)。隨著我國空間實(shí)驗(yàn)室“天宮二號”目標(biāo)飛行器提上日程，大型空間機(jī)械臂研制也在加快進(jìn)行。這種移動機(jī)器人可以執(zhí)行擰螺絲、插拔插頭及抓拿漂浮物等精細(xì)操作；而且該空間機(jī)器人可以利用預(yù)先輸入的操作指令以及空間站遙控，執(zhí)行對空間站的裝配、檢測與維修任務(wù)，并承擔(dān)照看及維護(hù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)等服務(wù)的工作。 我國空間機(jī)器人的研究概況圖 13 中國EMR空間機(jī)器人我國的空間機(jī)器人的研究起步較晚，國內(nèi)的一些研究所和高校，在“八五”期間進(jìn)行了空間機(jī)器人基礎(chǔ)項目以及地面仿真平臺的研制工作。安裝在月球漫游車Micro5上面的微型機(jī)械臂有5個自由度，每個關(guān)節(jié)由超聲電機(jī)驅(qū)動。MARS具有自主導(dǎo)航功能，可以自行躲避障礙物。該機(jī)械臂有5個自由度（肩部2個，肘部1個，腕部2個），重量約4 kg，負(fù)載能力為2 kg。火星可伸出一個桅桿式結(jié)構(gòu)，并具有可拍攝火星表面彩色照片的全景照相機(jī)，不斷向地面控鋪發(fā)回火星巖石、土壤和大氣的信息并拍攝大量圖片。 m，重174 kg。在遙操作模式下，索杰納接收地面控制人員的控制命令序列，在每個命令周期執(zhí)行一個命令。操作方式為遙操作模式和半自主模式。它攜帶的科學(xué)儀器有：①成像儀，含有2 4個濾光片，對可見光到近紅外光的輻射都敏感；②僅粒子X射線分光儀，用儀粒子轟擊探測目標(biāo)，分析反射的x射線光譜，從而獲知目標(biāo)的化學(xué)成分；③一套氣象儀器，用于研究火星的大氣。以下為自由飛行機(jī)器人國際上最新研究進(jìn)展：1997年，美國發(fā)射了火星探路者，其中載有火星漫游機(jī)器人索杰納(Sojourner)。在星球探測中，機(jī)器人用來探測著陸地點(diǎn)，進(jìn)行科學(xué)儀器的放置，收集樣品進(jìn)行分析等。英國軌道修復(fù)公司已經(jīng)選定了大約50顆遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星作為延長其壽命的目標(biāo)。ConeXpress ORS還具有衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)，易于由火箭發(fā)射。為了防止這種情況發(fā)生，提出了一種基于圖像的控制方法，防止探針在插入過程中與錐形噴口發(fā)生接觸。該抓取方法的原理是：對接機(jī)構(gòu)探針深深地插入到錐形噴口中，然后在發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)展開，從而在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)抓取。由于常規(guī)衛(wèi)星不具有特殊的捕獲接口，因此對常規(guī)衛(wèi)星進(jìn)行抓捕需要尋找新的部位，而遠(yuǎn)地點(diǎn)控制發(fā)動機(jī)的錐形噴口是一個較好的備選方案。3．英國衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)圖 11在軌衛(wèi)星修復(fù)系統(tǒng)英國軌道修復(fù)公司與荷蘭航天局合作，提出了在軌衛(wèi)星修復(fù)系統(tǒng)(ConeXpress Orbital Recovery System ORS)用以延長在軌遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星的壽命，如圖11所示。建立了基于模型的遙操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用混合的力／位置策略控制機(jī)械臂的期望力和期望位置。ETS Ⅶ的操作模式有兩種：基于3D圖形預(yù)測仿真的遙操作模式和遙編程模式。每一個關(guān)節(jié)由直流無刷電機(jī)和諧波齒輪進(jìn)行驅(qū)動，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度通過旋轉(zhuǎn)變壓器測量得到， mm，移動速度為50 mm/s，負(fù)載能力超過40 N 。ETS—Ⅶ的成功不僅為“希望號”航天飛機(jī)與國際空間站日本實(shí)驗(yàn)艙及無人空間平臺的交會對接做好了準(zhǔn)備工作，同時為衛(wèi)星在軌服務(wù)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，一個子星（目標(biāo)衛(wèi)星）與一個主星（跟蹤衛(wèi)星）進(jìn)行交會對接。2．日本的ETS—Ⅶ衛(wèi)星圖 10 ETSVII 系統(tǒng)1997年11月，日本航天探測局(JAXA)發(fā)射了工程實(shí)驗(yàn)七號衛(wèi)星(ETS—Ⅶ)，以進(jìn)行空間機(jī)器人技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究。另一優(yōu)點(diǎn)是服務(wù)衛(wèi)星可以采用并列飛行的方式進(jìn)行捕獲，沒有必要如對接機(jī)構(gòu)捕獲一樣，把自身置于客戶衛(wèi)星可能發(fā)生碰撞的航向上。采用機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)捕獲的一個
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