空間機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)展望

劉子寧

【摘要】? ? 本文從空間機(jī)器人的定義和分類出發(fā)，通過回顧空間機(jī)器人的發(fā)展歷程，對當(dāng)前空間機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述和總結(jié)，得出空間機(jī)器人的智能化、類人化、微型化和無形化的發(fā)展趨勢，進(jìn)而得出人工智能將是空間機(jī)器人的重點(diǎn)，并相應(yīng)對人工智能空間機(jī)器人的未來發(fā)展進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】? ? 空間機(jī)器人? ? 機(jī)械臂? ? 人工智能

一、空間機(jī)器人分類

1、 按用途進(jìn)行分類。空間機(jī)器人按用途主要分為星球探測機(jī)器人和空間站應(yīng)用機(jī)器人。星球探測機(jī)器人是為了了解外星球的氣象、地質(zhì)及生命活動情況，派出的空間機(jī)器人。其功能需匹配所派往星球及探測計(jì)劃，通常星球探測機(jī)器人由軌道器及著陸器構(gòu)成。空間站應(yīng)用機(jī)器人可以在空間站或其他航天器內(nèi)與宇航員并肩工作，主要工作任務(wù)在于執(zhí)行空間站中危險及重復(fù)的太空作業(yè)，以節(jié)省人力和時間，使得空間站的人類宇航員可以從事其他太空研究工作。

2、按功能進(jìn)行分類。空間機(jī)器人按功能進(jìn)行劃分，主要分為空間機(jī)械臂機(jī)器人與類人機(jī)器人兩大類?？臻g機(jī)械臂機(jī)器人具有廣泛豐富的用途和強(qiáng)大靈活的功能，是最早應(yīng)用的一類空間機(jī)機(jī)器人，是空間站建設(shè)、維護(hù)和使用的關(guān)鍵設(shè)備，也可以完成對接、搬運(yùn)等任務(wù)。類人機(jī)器人更加靈活且具有更高智能性，可以與人類宇航員協(xié)作或代替人完成特殊復(fù)雜、靈活多變的任務(wù)。可直接搭乘載人航天器和使用人類航天裝備，與人類進(jìn)行直接的交流合作，是現(xiàn)今空間機(jī)器人發(fā)展的主要領(lǐng)域。

二、空間機(jī)器人發(fā)展歷程

20世紀(jì)80年代起，德國開始研制輕型機(jī)械臂，其共有3代產(chǎn)品，為適應(yīng)航天的減重需要，從第1代的14.5kg逐步減重至8kg。與此同時，其自由度也逐步提高，發(fā)展到第三代，具備了7個自由度，有對稱式和非對稱式布置兩種關(guān)節(jié)構(gòu)成方式，較前代產(chǎn)品更加靈活。20世紀(jì)90年代初，日本為國際空間站上的日本實(shí)驗(yàn)艙開發(fā)了機(jī)械臂JEMRMS。其由主臂和小巧手組成兩部分均具有6個方向的自由度。其具有兩個主要功能模塊，視覺功能模塊和抓取功能模塊?？臻g機(jī)械臂中最典型的是裝載到國際空間站上的加拿大臂SSRMS，其于2002年添加到空間站移動運(yùn)輸裝置之上，其主要具有三個功能模塊：工具的儲存模塊、固定模塊和視覺模塊，用以幫助航天員開展艙外的維修工作。

21世紀(jì)初，隨著對月球、火星的探測工作逐步深入，好奇號應(yīng)運(yùn)而生，其為NASA研制的一臺火星車，主要任務(wù)用于火星探測。好奇號為世界上第一輛采用核動力驅(qū)動的火星車。2013年，中國第一臺機(jī)械臂投入使用，其主要完成了大量的操作性試驗(yàn)。2016年，中國自主研制的太空碎片清除機(jī)器人投入使用，其主要功能為進(jìn)行探測、抓取等太空碎片的清除工作。首位類人空間機(jī)器人“Robonaut-2”于2011年2月24日，搭乘美國發(fā)現(xiàn)號航天飛機(jī)，進(jìn)入“國際空間站”?！癛obonaut-2，其相較Robonaut-1更為緊湊、快捷、靈活、先進(jìn)。使其能夠更加有效地與人合作開展工作。2013年8月，首個會說話的機(jī)器人進(jìn)入太空，其由日本研制，名叫 “基博”，它的體型比進(jìn)入太空的絕大多數(shù)機(jī)器人小，其主要功能為協(xié)助航空接收來自地球的信息，并用日語與航天員進(jìn)行溝通。

三、空間機(jī)器人的發(fā)展趨勢

1、智能化。人工智能技術(shù)在空間機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用，令其具有更強(qiáng)的自主性，通過不斷的自主學(xué)習(xí)和任務(wù)積累經(jīng)驗(yàn)，使其具有更強(qiáng)的自主判斷能力、應(yīng)變能力與執(zhí)行能力，能夠在無人類遙控幫助和預(yù)設(shè)下自主完成更危險、特殊、復(fù)雜、靈活、重要、多變和實(shí)際情況未知的任務(wù)，能夠大大保障人類宇航員的安全。2、類人化。類人化可以直接令機(jī)器人航天員搭乘、佩戴、使用為人類設(shè)計(jì)的航天器、航天裝備和航天工具，節(jié)約為機(jī)器人設(shè)計(jì)專用版本的成本。此外通過配合智能化，可與人類宇航員直接進(jìn)行交流，簡化了交流方式，方便任務(wù)的執(zhí)行與宇航員的工作生活，還可緩解人類宇航員在太空中的孤單。3、微型化。微型化主要針對執(zhí)行人類或人形無法完成的特殊任務(wù)的特種機(jī)器人，在完成特定任務(wù)的要求下盡可能減小體積，減少發(fā)射成本和能源消耗，增加復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性。4、無形化。隨著空間機(jī)器人朝著人工智能方向發(fā)展，其外在物理形態(tài)已不再重要，它可能是內(nèi)存中的某個程序，通過交互、傳感和反饋，控制著某些系統(tǒng)的組合。其發(fā)展越來越聚焦無形的智能化功能，并輔助或代替人類做出決策。

結(jié)論及展望：空間機(jī)器人未來的發(fā)展，重點(diǎn)在于人工智能方面的發(fā)展，即真正實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人的智能自主學(xué)習(xí)、智能分析決策、精密操作、柔性操作、多機(jī)器人智能集群協(xié)同工作、智能識別等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，空間智能機(jī)器人將在航天領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的作用。未來它將應(yīng)用于遠(yuǎn)距離外星體獨(dú)立探測與基地建造等復(fù)雜空間任務(wù)，成為人類最得力、最忠實(shí)的助手，協(xié)助人類探索浩瀚無垠的宇宙。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]王燕波，李曉琪. 智能機(jī)器人——未來航天探索的得力助手[J]. 宇航總體技術(shù). 2018（5）

[2]龐之浩. 飛向太空的機(jī)器人[J]. 自然與科技. 2014（3）

[3]之浩. 太空機(jī)器人是航天員的好幫手——從首個會說話的太空機(jī)器人登天談起[J]. 國際太空. 2013（11）

[4]李海陽，張波，黃海兵. 航天員與類人機(jī)器人月面聯(lián)合探測概念初步研究[J]. 載人航天. 2014（7）