空間機器人的若干前沿領(lǐng)域:研究進展和關(guān)鍵技術(shù)

戴振東(南京航空航天大學(xué)仿生結(jié)構(gòu)與材料防護研究所，南京210016)

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空間機器人的若干前沿領(lǐng)域:研究進展和關(guān)鍵技術(shù)

戴振東
(南京航空航天大學(xué)仿生結(jié)構(gòu)與材料防護研究所，南京210016)

摘要:基于空間環(huán)境和在軌任務(wù)的特殊性導(dǎo)致的空間機器人不同于地面機器人的特點，討論了面向航天產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)路線圖的確定方法，論述了航天員心理陪護機器人的要求和研究方法，重點分析了非合作目標捕獲過程面臨的非線性碰撞接觸動力學(xué)等前沿科學(xué)問題和沖擊載荷下空間漂浮系統(tǒng)的穩(wěn)定控制等關(guān)鍵技術(shù)；并針對未來空間裝備巨型化趨勢，介紹了大型機械臂研制、多機器人協(xié)調(diào)和大延遲下對機器人系統(tǒng)智能化的研究進展。

關(guān)鍵詞:在軌服務(wù)；非合作目標捕獲；航天機器人；航天員陪護；多機器人協(xié)調(diào)

1　引言

空間機器人是為適應(yīng)航天任務(wù)的變化而發(fā)展起來的，涉及空間站建設(shè)維護、在軌服務(wù)、航天員作業(yè)輔助到對非合作目標作業(yè)的各個方面[1-2]。1992年我國啟動了載人航天工程，已成功實現(xiàn)5次無人飛船飛行和5次載人飛行，掌握了載人天地往返、航天員出艙活動和空間交會對接相關(guān)的核心技術(shù)，奠定了空間站建造的基礎(chǔ)能力。2010 年9月國家批準載人空間站工程，隨著工程的進展，未來空間站檢測維護、航天員作業(yè)輔助等任務(wù)，對空間機器人提出了新的技術(shù)需求[3]。此外，隨著我國高價值航天器的發(fā)射、在軌運行，受燃料耗盡、空間碎片和故障等的影響，這些空間資產(chǎn)的維護和能力保障必將成為提高航天效率、保障航天器能力的重要議題。在軌服務(wù)技術(shù)可提高航天器運行可靠性，降低總體研制運行成本；利用在軌維修代替整星替換，提高航天器研制效率；在軌制造、組裝技術(shù)實現(xiàn)航天器的優(yōu)化設(shè)計；空間碎片移除、輔助離軌、在軌維修等商業(yè)應(yīng)用；促進航天器研制變革；牽引帶動多學(xué)科、新技術(shù)發(fā)展。本文結(jié)合我們的工作和思考，回顧空間機器人在載人航天、在軌服務(wù)等方面的研究進展和面臨的問題。

2　關(guān)鍵技術(shù)的提出和確立

正確地提出問題，是解決問題的最重要一步。NASA提出了一套確定未來人類太空探索任務(wù)的技術(shù)路線圖方法[4]，值得關(guān)注。以制定“環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)”(Environmental Control and Life Support Systems，ECLSS)路線圖為例，系統(tǒng)目標是增強國際空間站(ISS)的長期作業(yè)能力，滿足超低地球軌道(LEO)人類探索任務(wù)。達到上述目標，需要優(yōu)先發(fā)展三種基本的任務(wù)能力和技術(shù)，即短期微重力、長期微重力和長期部分重力探索任務(wù)；然后把ECLSS功能分解為三個主要功能:大氣、水和固體廢物的管理；進一步把子功能的技術(shù)需求與現(xiàn)有先進技術(shù)(SOA)對接，再由美國宇航局主題專家評估單個的先進技術(shù)能夠在何種程度上滿足上述三種任務(wù)的功能需求。當(dāng)SOA不能滿足一個或多個任務(wù)需求時，這些有差距的方面被確定為需要優(yōu)先發(fā)展的技術(shù)列入需求表，用于指導(dǎo)ECLSS的關(guān)鍵技術(shù)投資。有些內(nèi)容作為需要探索的技術(shù)，隨時間推移，滿足這些需求的策略構(gòu)成了技術(shù)發(fā)展路線圖。執(zhí)行該路線圖，促進硬件和技術(shù)發(fā)展，使國際空間站的作業(yè)能力和多用途載人飛船(MPCV)的能力得到提升[4]。借鑒上述思路，對空間機器人發(fā)展的若干方面給予分析。2015年歐盟剛剛發(fā)布的Space Robot項目計劃[5]，也對研究的目標任務(wù)、單位的資質(zhì)、研究基礎(chǔ)和計劃進度有明確的要求，體現(xiàn)了面向航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的基礎(chǔ)研究規(guī)劃的特點。

3　航天員陪護機器人

在航天工程中，載人航天具有特別重要的意義，一方面航天員對環(huán)境全面細致的感知、智能判斷和情感體驗具有不可替代的作用和地位。另一方面，為保障航天員的生命和健康，空間站系統(tǒng)也需要付出巨大的代價。在空間站上，為保障航天員安全所付出的成本非常高，同時航天員出艙作業(yè)也具有風(fēng)險高、效率低、作業(yè)時間短等特點，發(fā)展航天機器人，把機器人環(huán)境敏感度低、適應(yīng)性高、作業(yè)力大等特點和航天員的優(yōu)勢結(jié)合，是未來空間站系統(tǒng)人機協(xié)同作業(yè)的一個重要發(fā)展方向。從功能角度看，航天員輔助作業(yè)機器人可分為協(xié)助、替代和陪護機器人。協(xié)助和替代航天員作業(yè)的機器人可替代航天員完成一些危險或者不能完成的任務(wù)，如艙內(nèi)狹小空間內(nèi)的檢測、清理等?；蛟诤教靻T作業(yè)時提供必要的輔助，如輔助固定航天員，使其有更好的工作狀態(tài)，在航天員出艙作業(yè)時提供輔助的運動、材料轉(zhuǎn)運等。航天機器人在作業(yè)輔助方面的研究進展已經(jīng)有相當(dāng)?shù)木C述[6-7]，本文不做重復(fù)，而側(cè)重討論已有文獻討論較少的方面—航天機器人的陪護功能。

然而狹小空間、失重、孤獨等特殊的環(huán)境，對航天員的心理健康會產(chǎn)生相當(dāng)負面的影響，陪護機器人是針對該類問題而提出的。美國NASA研制驗證了Robonaut[8]，日本驗證了仿人機器人[9-10]的陪護方面的效果。這方面老人陪護機器人的研制經(jīng)驗可以參考，如早稻田大學(xué)的菅野重樹教授歷時7年開發(fā)的TWENDY-ONE陪護機器人，歐洲在FP7計劃中開展的輕度認知障礙和獨居老年陪護機器人的研究[11]，特別是陪護的心理基礎(chǔ)研究。機器人可以實現(xiàn)目標對象與親人和朋友的影像交流、認知訓(xùn)練等。Syrdal等研究了人與機器人的相互作用，在1. 5月的相處中，8個受試者報告，具有肢體行為的機器人更加友好，結(jié)果表明:盡管表達和交際能力在建立親密關(guān)系和與人的互相作用中非常重要，但一定不能忽視實時共享物理空間過程中的身體親密接觸的重要性[12]。2008年Marcel結(jié)合老人陪護需求，建立了計量、預(yù)測和解釋機器人陪護接受度的方法，研究了人和機器人的社會能力和社會存在對人快樂感知的影響。先通過一組人陪護的實驗(n =30)確定參考數(shù)據(jù)，再以機器人陪護作為第二組(n = 40)，在對比條件下，確認社會能力和社會存在與快樂感知間的相關(guān)性。結(jié)果表明，當(dāng)人和陪護機器人相互作用時，機器人的社會能力和社會存在對快樂感知做出了貢獻時，被陪護者更快樂，從而得到更高的評估分[13]。該研究把機器人的社會功能和使用者的可接受度結(jié)合起來，對航天陪護機器人提出了新的研究方向。

4　非合作目標的捕獲

對非合作目標捕獲是目前國際在軌服務(wù)領(lǐng)域研究的熱點問題[1，14-15]。這里非合作目標通常指空間碎片、失效航天器和沒有合作意愿的航天器，本文僅討論前兩種情況。研究表明[16]，在太陽風(fēng)和重力梯度等因素影響下，空間碎片和失效航天器往往會處于進動狀態(tài)，因此與工作航天器(空間機械臂或者空間機器人)間存在多維度的位置(幾何長度和角度)差異，特別是相對工作航天器的轉(zhuǎn)動使捕獲變得非常困難。因此，類似空間站對接那樣的作業(yè)幾乎無法實現(xiàn)，工作航天器和碎片及失效航天器間會存在相對的碰撞。

目前的捕獲方式有機械臂、繩系和微小衛(wèi)星捕獲等。捕獲過程可以分為捕獲前、捕獲中和捕獲后。捕獲前的主要任務(wù)是確定被捕獲目標的幾何外形、運動參數(shù)、慣量、質(zhì)心和到抓捕點的距離等參數(shù)，通常采用視覺方法；捕獲中的研究重點是工作航天器和目標航天器間的碰撞，特別是動力學(xué)和控制問題；捕獲后的主要問題是系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。

捕獲前的主要任務(wù)是采用非接觸方式，確定被捕獲目標的幾何外形、相對運動參數(shù)、慣量、質(zhì)心和到抓捕點的距離等參數(shù)[17]。以便確定合適的捕獲位置，規(guī)劃空間機器人作業(yè)過程的路徑和軌跡[18]。Yoshida等介紹了利用動量守恒和識別算法，建立轉(zhuǎn)矩或加速度測量的慣性參數(shù)(如質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量和慣性積)的識別方法，并在ETSVII上驗證了算法[19]。張帆和黃攀峰報道了根據(jù)目標星和繩的主動特性，判斷抓捕目標的慣量、質(zhì)心和到抓捕點的距離等參數(shù)的方法[17]。劉玉等對該領(lǐng)域的研究做了總結(jié)，論述了空間機械臂視覺測量技術(shù)的要點，包括對手眼關(guān)系標定、標志器識別以及相對三維位姿測量等。以加拿大機械臂為例，提出一種基于邊緣特征的標志器識別算法，實現(xiàn)了位姿求解，用機械臂原理樣機驗證了方法[20]。

日本利用國家太空發(fā)展署(NSADA) 1997年發(fā)射的試驗衛(wèi)星七號(ETS-VII)上配置的長2 m 的6自由度機械臂，完成很多在軌機器人實驗，特別是對自由飛行衛(wèi)星的捕獲[21]。Yoshida詳細回顧了自由飛行空間機器人涉及的動力學(xué)和控制問題，討論了在ETS-VII上完成的測試和驗證結(jié)果。認為ETS-VII是一個重要的里程碑，而不是最終目的，目的是用機器人開展在軌衛(wèi)星的服務(wù)，組建低軌道通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或星座。他基于對自由飛行多體系統(tǒng)的運動動力學(xué)的認識，提出一種無作用力操縱，或零反力機動(ZRM)的概念，其實際可用性在ETS-VII上得到驗證，表明ZRM是一個特別有用的方法[22]。Inaba等用ETS-VII首次成功捕獲一顆自由漂浮衛(wèi)星[23]，并針對機動性強、空間運動范圍大的客戶衛(wèi)星的燃料加注、修理和軌道維持等在軌服務(wù)需求，在地面站和空間機器人間的通信延遲可能造成控制回路的不穩(wěn)定的問題，采用在軌“機器視覺”，實現(xiàn)機械臂捕捉的自主作業(yè)。

捕獲過程的核心問題是工作航天器和目標航天器間的剛性體的碰撞接觸。該過程沖擊載荷大、作用時間短、存在碰撞后再次分離的可能，是復(fù)雜的非線性動力學(xué)問題。Yoshida研究了機械手捕獲過程的阻抗控制方法，其中阻抗匹配是關(guān)鍵，匹配的目標是滿足非合作衛(wèi)星捕獲的需求，阻抗匹配的標準值是沖擊接觸后物體保持在目標上，或者目標反彈離開。作者用兩個機器人機械手作為沖擊的目標和被沖擊目標的運動模擬器，把該策略用于衛(wèi)星捕獲操作的模擬，即把一個阻抗控制探針插入到目標的推進器錐形噴嘴，驗證了阻抗匹配的概念[24]。進一步，對姿態(tài)失控衛(wèi)星的捕獲，Yoshida從角動量分布的角度，研究如何使接觸前后的基本偏差達到最小，依然采用中阻抗控制方法研究沖擊過程，接近階段使用偏置動量方法，撞擊后采用分布式動力控制方法。由此建立了成功完成捕獲操作的控制序列[25]。陳歡龍等分析了7自由度空間機械臂目標捕獲過程的動力學(xué)問題，也是把機械臂末端執(zhí)行器與目標適配器導(dǎo)向插入過程，采用阻抗控制方法，將機械臂末端測量的反作用力和力矩轉(zhuǎn)化為位置增量，從而提高機械臂的主動柔性。結(jié)果表明，抗控制方法可減小機械臂末端作用力和關(guān)節(jié)的驅(qū)動力矩，補償機械臂位置控制的誤差，保證機械臂對目標的捕獲精度[26]。

對采用雙臂機器人實現(xiàn)非合作目標的捕獲問題，關(guān)注點為捕獲過程沖擊對機械臂母體的影響，通過分析捕獲前后機械臂和目標的動力學(xué)效應(yīng)來解決[27-28]。在控制方面，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個可行的控制方法[29]。在動力學(xué)模型方面，Liu等研究柔性雙臂空間機器人捕獲目標時有效載荷的碰撞對體系動力學(xué)和控制的影響，把兩個柔性機械臂鏈等價為兩階彎曲模式的Euler-Bernoulli梁，基于拉格朗日公式建立機器人系統(tǒng)的動力學(xué)模型，設(shè)計了PD控制器，以便保持機器人系統(tǒng)在捕獲目標后的穩(wěn)定性。對比了機器人系統(tǒng)在碰撞后有控制和沒有控制條件下系統(tǒng)的穩(wěn)定性的演化。結(jié)果表明，沖擊對機器人系統(tǒng)的影響很大，狀態(tài)反饋控制能夠使機器人的基座和效應(yīng)器的關(guān)節(jié)角更快地達到穩(wěn)定[30]。

Abiko等[31]研究了模型不確定的情況下，自由漂浮空間機器人的自適應(yīng)控制問題，這類問題是碎片和未知非合作目標捕獲中常見的問題。作者導(dǎo)出了一個新穎高效的空間動力學(xué)計算方法，提出一種自適應(yīng)控制方法，以補償模型的不確定性。為改進性能，還提出一種綜合考慮軌跡誤差和反力的復(fù)合自適應(yīng)控制方法，并通過三維數(shù)值模擬，證實了方法的有效性。

繩系是建立目標航天器和工作航天器及其母船聯(lián)系的另一種方法，預(yù)期的應(yīng)用包括衛(wèi)星服務(wù)、檢查空間結(jié)構(gòu)、軟著陸等。被繩系的子系統(tǒng)設(shè)想為多體機器人，通過系繩張力控制其運動，僅在繩系的子系統(tǒng)的質(zhì)量中心位于張緊力的延長線上時子系統(tǒng)才能平衡。偏離平衡時，旋轉(zhuǎn)振動的子系統(tǒng)由于纜索張力而相互影響，振動通過多體子系統(tǒng)繩系部位的動作控制系繩張力以抑制振動。該方法在繩系衛(wèi)星控制的可行性已經(jīng)實驗證實，實驗所需微重力環(huán)境可用自由下落實驗或者用飛機做拋物線飛行的方法獲得[32]。

5　空間站建設(shè)與多機器人作業(yè)

5. 1 新型空間機械臂系統(tǒng)

空間機械臂是最基礎(chǔ)、發(fā)展最早和最重要的空間機器人，在國際空間站建設(shè)和運營維護中發(fā)揮了不可替代的作用。在我國未來的空間站建設(shè)、運營和維護中依然會扮演重要角色。對這類機械臂系統(tǒng)于登云等做了很好的回顧。討論了空間機械臂的關(guān)鍵技術(shù)，包括空間生存與性能保持、空間驅(qū)動與伺服、空間建標與測量、天地協(xié)同控制與示教、地面仿真訓(xùn)練與環(huán)境模擬和發(fā)展趨勢等問題[33]。2015年中國空間技術(shù)研究院總體部完成了空間站大型機械臂初樣結(jié)構(gòu)臂力學(xué)環(huán)境試驗。對于深入了解空間機器人系統(tǒng)的力學(xué)性能、確定大型復(fù)雜空間機器人系統(tǒng)級試驗條件和方法具有重要意義，標志我國大型空間機械臂的研究進入國際先進行列[34]。

徐文福等[35]研究了如何確定空間機械臂的總體技術(shù)指標問題。對照NASA的程序[4]，該工作是總體設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。作者從任務(wù)目標出發(fā)，結(jié)合總體約束條件，對空間機械臂的長度、末端位姿精度、末端最大運動速度、關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩等技術(shù)指標進行論證；建立系統(tǒng)的多體動力學(xué)模型，分析常規(guī)和極限工況下空間機械臂的帶載操作過程的動力學(xué)行為，驗證所確定的總體技術(shù)指標。結(jié)果表明，所提出的思路和方法對于空間機械臂的設(shè)計和研制具有參考作用。

機械臂關(guān)節(jié)要求大減速比、高剛度、低重量和高效率，并具有結(jié)構(gòu)緊湊，控制復(fù)雜等特點，常用諧波減速器減速，這類減速器軸心孔很小，使通過關(guān)節(jié)軸心穿過各種線纜的常用設(shè)計方案更加困難。陳少帥[36]研制了外形尺寸小、軸心孔徑較大、減速比大、傳動精度高、扭轉(zhuǎn)剛度大、壽命長的諧波減速器。采取的主要措施包括，選用合適的齒形輪廓和傳動比，優(yōu)化齒輪的變位系數(shù)和齒高修形參數(shù)，對柔輪進行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化，建立剛度模型，得到剛度曲線。對加工完成的諧波減速器測定了回差和傳動精度。危清清等[37]研究了機械臂大傳動比關(guān)節(jié)的輕量化、高剛度優(yōu)化設(shè)計問題，用集中參數(shù)法和剛度串聯(lián)原理，建立了復(fù)雜傳動系統(tǒng)關(guān)節(jié)等效剛度的計算模型，分析了各級齒輪扭轉(zhuǎn)剛度對關(guān)節(jié)總扭轉(zhuǎn)剛度的影響。石進峰等[38]研究了空間機械臂的熱防護設(shè)計問題，針對需求和單元部件的特性，設(shè)定驅(qū)動關(guān)節(jié)溫度- 22℃～+ 23℃，末端作用器溫度- 22℃～+ 30℃，手眼相機溫度-6℃～+ 3℃，在此基礎(chǔ)上，確定各散熱面尺寸及補償加熱功耗。考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性，用節(jié)點網(wǎng)絡(luò)法建立了熱平衡溫度預(yù)測的迭代方程式，確定了影響系統(tǒng)溫度的各因素的合理取值范圍。

5. 2 多機器人協(xié)調(diào)與控制技術(shù)

多機器人協(xié)同是在單機器人難于完成既定任務(wù)情況下的選擇，特別適用于大型結(jié)構(gòu)的分布式作業(yè)，在國防、空間和其他領(lǐng)域已被廣泛關(guān)注。Lucas[39]總結(jié)了多機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢，提出了多機器人的凝聚交互模型，認為短期內(nèi)多機器人在國防和空間應(yīng)用的主要出路是分布式和復(fù)雜系統(tǒng)，對研究方向和未來發(fā)展給出了預(yù)測和建議。部分航天器未來會向結(jié)構(gòu)更大的方向發(fā)展，如在軌太陽能發(fā)電站、太空望遠鏡、巨型天線等大型結(jié)構(gòu)，采用在軌裝配、在軌制造等方法可節(jié)省大量發(fā)射空間和費用，具有很好的發(fā)展前景。而在軌裝配制造需要空間機器人的協(xié)調(diào)作業(yè)，但多機器人作業(yè)過程可能誘發(fā)振動，在微重力和低阻尼情況下，這類振動可能引發(fā)結(jié)構(gòu)破壞，因此如何控制機器人與航天器結(jié)構(gòu)間保持持續(xù)的直接接觸是最大挑戰(zhàn)之一，基于范德華力的仿壁虎干黏附技術(shù)可望在固體間形成持續(xù)穩(wěn)定的黏附接觸力，為解決該問題提供支持[7]。此外大型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性控制也是面臨的一大難題，通常物理模型是把多機器人和航天器本體作為一個可變質(zhì)量分布的組合體，該組合體系統(tǒng)動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型為一組非線性偏微分方程，該方程組可轉(zhuǎn)化為一組線性時變常微分方程。方程求解中，考慮機器人的固有頻率遠高于航天器結(jié)構(gòu)的值，可采用頻率差異實現(xiàn)解耦，然后用線性最優(yōu)控制方法降低結(jié)構(gòu)振動，仿真和實驗研究證明該方法是有效的[40-41]。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，通過在連接部位引入干黏附阻尼層，也可能對振動抑制起到很好的作用。

5. 3 遙操作技術(shù)

人在回路的機器人控制方法，因為引入了人的智能，具有更高的可靠性，同時降低了對機器人自主控制的要求，成為機器人領(lǐng)域優(yōu)先選擇的控制方法。但在航天領(lǐng)域，由于通信延時等往往會引發(fā)機器人控制缺失，為此大量研究針對該問題開展。Yoon等[42]為有效手動操控在軌目標，提出基于命令的空間機器人的力和運動混合遙控操作模型，開發(fā)了一種6自由度觸覺系統(tǒng)，其特點是對建模錯誤具有魯棒性，能夠?qū)崿F(xiàn)操作員遠程施加力作業(yè)；并用ETS-VII機器人系統(tǒng)，完成了面跟蹤和釘入孔的任務(wù)；對比了主-從控制方法和力操作桿控制方法的效果，結(jié)果表明主從控制方法在從機械臂的運動方向和操作者力的方向不一致時完成接觸任務(wù)效果最佳，在面跟蹤上也一樣。在國內(nèi)，宋愛國等也開展了大量出色的研究[43]。

6　結(jié)論和建議

隨著我國載人航天的發(fā)展、空間資產(chǎn)的增加和在軌航天器使用年限的增加，對空間機器人提出了各種迫切的需求。從國外航天強國發(fā)展的經(jīng)驗看，基于任務(wù)需求的新技術(shù)必將成為我國航天機器人發(fā)展的核心競爭力，關(guān)鍵技術(shù)路線圖的提出和確立需要充分考慮發(fā)揮我國在材料、技術(shù)、裝備和管理等方面的優(yōu)勢，集產(chǎn)業(yè)需求、研究發(fā)現(xiàn)和技術(shù)基礎(chǔ)，形成基于我國技術(shù)優(yōu)勢的航天機器人技術(shù)。在航天員陪護機器人研究領(lǐng)域需要引入心理和神經(jīng)科學(xué)的研究，從跨學(xué)科的角度尋求解決方案。在非合作目標的捕獲方面，同樣需要多學(xué)科的交互，從視覺識別，非線性沖擊接觸力學(xué)和浮動結(jié)構(gòu)的動力學(xué)穩(wěn)定等方面開展研究。同時對傳統(tǒng)的機械臂領(lǐng)域要進一步提高性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，以滿足空間站建設(shè)的需要，多機器人協(xié)調(diào)作業(yè)涉及因素更多，需結(jié)合任務(wù)背景開展有目標的研究。

致謝:本文撰寫中受到各位專家的啟發(fā)，他們是:果琳麗、彭福軍、李志、王春慧等，特此感謝。

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Progress and Key Technologies in Several Frontiers of Space Robots

DAI Zhendong
(Institute of Bio-inspired Structure and Surface Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China)

Abstract:The special space environment and the features of on-orbit tasks make the space robot very different from the ground robots. The method to determine the roadmap of the key technologies for the space industry was discussed. The requirements and research methods of the psychological companion robot for astronauts during manned spaceflight were also discussed. The frontier issues and key technologies such as the dynamics of nonlinear impact contact during the capture of non-cooperative target and the stability control of the floating system after impact were analyzed. The future trend of space equipment is the significant increase in size. The research progress in large manipulator design，the coordination of multi-robots and the intelligent robot systems with long delay was introduced.

Key words:on-orbit servicing；capture of non-cooperative target；space robots；astronauts escort；multi-robots coordination

作者簡介:戴振東(1962 - )，男，博士，教授，研究方向為仿生結(jié)構(gòu)與材料、特別是仿壁虎干黏附技術(shù)及其航天應(yīng)用。E-mail:zddai@ nuaa. edu. cn

基金項目:國家自然科學(xué)基金重點項目(51435008)；基本科研業(yè)務(wù)項目(3082013NP2013502)

收稿日期:2015-11-10；修回日期:2015-12-12

中圖分類號:V11

文獻標識碼:A

文章編號:1674-5825(2016)01-0009-07