人機(jī)共融機(jī)器人的月面駐留服務(wù)及應(yīng)用展望

梁振杰，江 磊，蘇 波，劉興杰，黨睿娜

(中國(guó)北方車輛研究所，北京100072)

1 引言

人機(jī)共融機(jī)器人(Tri-Co Robots)是指人、機(jī)、環(huán)境共融的下一代協(xié)作型機(jī)器人，又稱共融機(jī)器人[1]。國(guó)家自然基金委2016年設(shè)立“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”重大研究計(jì)劃，提出了共融機(jī)器人的新理念，要求共融機(jī)器人具備共存、協(xié)作、認(rèn)知3個(gè)要點(diǎn)。未來(lái)的共融機(jī)器人將能與各種環(huán)境、操作者和機(jī)器人自然交互，協(xié)同完成復(fù)雜的工作[2]。

按照我國(guó)載人登月工程總體規(guī)劃，將在合適的時(shí)機(jī)開展多項(xiàng)有人、無(wú)人深空探測(cè)任務(wù)，逐步突破核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)深空探測(cè)目標(biāo)[3-4]。其中，月面機(jī)器人尤其是人機(jī)共融機(jī)器人將在月面科考探測(cè)、資源勘探利用、基地建設(shè)與維護(hù)、航天員能力增強(qiáng)等任務(wù)中發(fā)揮重要作用[5-6]。

本文綜述了共融機(jī)器人在航天領(lǐng)域的技術(shù)研究進(jìn)展，對(duì)月面駐留活動(dòng)中人機(jī)共融機(jī)器人的任務(wù)目標(biāo)、能力需求以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上分析制定共融機(jī)器人系統(tǒng)在我國(guó)首次載人登月中的任務(wù)目標(biāo)和能力需求，并提出針對(duì)首次載人登月中人機(jī)共融作業(yè)系統(tǒng)的工作模式。

2 共融機(jī)器人在航天領(lǐng)域研究進(jìn)展

在航天領(lǐng)域，NASA在星表機(jī)器人領(lǐng)域已深入研究多年，通過(guò)建立新的人類和機(jī)器人聯(lián)合深空探測(cè)模式，已經(jīng)開發(fā)出一系列機(jī)器人來(lái)完成不同的任務(wù)目標(biāo)。如圖1所示，帶有人機(jī)協(xié)同作業(yè)模式的星表機(jī)器人正在輔助補(bǔ)償航天員完成精密采樣動(dòng)作[7]；帶有雙靈巧臂的人形機(jī)器人“機(jī)器人航天員2號(hào)”在人類的操控下開展空間站作業(yè)服務(wù)[8]；人機(jī)共融機(jī)器人K10在有人星球探測(cè)任務(wù)中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測(cè)[9]。

圖1 NASA近年來(lái)開發(fā)的若干人機(jī)共融機(jī)器人[7]Fig.1 Several Tri-Co robots developed by NASA[7]

俄羅斯航天局研制的人形機(jī)器人Fedor(圖2)，完全按照仿人軀干結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目前正在進(jìn)行功能測(cè)試，計(jì)劃在未來(lái)的深空探測(cè)計(jì)劃中，由Fedor代替人類完成危險(xiǎn)任務(wù)[10]。

圖2 俄羅斯航天局開發(fā)的人形機(jī)器人Fedor[10]Fig.2 Robot Fedor developed by Russian Space Agency[10]

2015年ESA研制出一款遠(yuǎn)程遙控空間機(jī)器人Justin(圖3)，該機(jī)器人具有51個(gè)主動(dòng)自由度，主要通過(guò)國(guó)際空間站航天員遠(yuǎn)程遙控星表機(jī)器人進(jìn)行設(shè)備安裝、維修等任務(wù)[11-12]。機(jī)器人在航天員監(jiān)督下進(jìn)行作業(yè)，也可利用本身的計(jì)算和推理能力執(zhí)行任務(wù)。ESA通過(guò)建立降表全系統(tǒng)的模擬試驗(yàn)環(huán)境探索未來(lái)空間機(jī)器人功能與性能設(shè)計(jì)。

在月面復(fù)雜環(huán)境與月面駐留復(fù)雜任務(wù)雙重約束下，人機(jī)共融機(jī)器人要求具有優(yōu)越的通過(guò)性能，可適應(yīng)月海、類月海、撞擊坑、高地、沙坑、礫巖等多種典型地形地貌條件[13]。

ESA研制的四足機(jī)器人ALOF[14]和Space-Bok[15]具備全地形的適應(yīng)能力，在非結(jié)構(gòu)化地面環(huán)境下展現(xiàn)出比輪履式機(jī)器人更為優(yōu)越的通過(guò)性能，可以實(shí)現(xiàn)月面重力環(huán)境下4 m的跳躍高度并具備側(cè)摔自恢復(fù)功能(圖4)。足式機(jī)器人側(cè)摔自恢復(fù)功能極大提高了機(jī)器人月面生存能力。通過(guò)搭載機(jī)械臂或?qū)Ｓ媚┒藞?zhí)行器，足式機(jī)器人可配合航天員協(xié)同完成多種任務(wù)[16](圖5)。

圖3 ESA研制的空間機(jī)器人Justin[11-12]Fig.3 Space robot Justin developed by ESA[11-12]

圖4 ETH Zürich研制的空間探測(cè)四足機(jī)器人[14-15]Fig.4 Space exploration quadruped robots developed by ETH Zürich[14-15]

圖5 搭載雙機(jī)械手的四足機(jī)器人[16]Fig.5 Quadruped robot with two manipulators[16]

美國(guó)JPL實(shí)驗(yàn)室研制的全地形六足機(jī)器人[17]如圖6所示，采用輪腿式的移動(dòng)機(jī)構(gòu)與仿人操作機(jī)構(gòu)融合配置。輪腿式機(jī)器人是輪式機(jī)器人和腿足式機(jī)器人的一種折中方案，既保留了輪式機(jī)器人高機(jī)動(dòng)型的能力，又兼顧腿足式機(jī)器人高通過(guò)性的能力[18]，對(duì)月面的復(fù)雜地形具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力。

圖6 JPL研制的輪腿式機(jī)器人構(gòu)型[17]Fig.6 Wheel-legged robot developed by JPL[17]

除了傳統(tǒng)的輪式機(jī)器人、腿足式機(jī)器人以及輪腿式機(jī)器人構(gòu)型，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和場(chǎng)合設(shè)計(jì)專用機(jī)器人，如仿猩猩機(jī)器人[19-21]、仿螳螂機(jī)器人[22]、蠕動(dòng)式機(jī)器人[23-24]等，可更好地在月面極端地形(山巒、礫石、山洞、溝壑、隕石坑、沙坑、沉陷坑、陡坡等)上完成勘察、精細(xì)操作、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、鉆探取樣、緊急救援等任務(wù)(圖7)。

圖7 月面機(jī)器人創(chuàng)新構(gòu)型Fig.7 Innovative configuration of lunar robots

綜上所述，人機(jī)共融機(jī)器人正在成為下一代智能機(jī)器人技術(shù)的研究熱點(diǎn)。人與機(jī)器人不同的能力特質(zhì)可以互為補(bǔ)充，拓寬單獨(dú)作業(yè)的能力邊界，互相補(bǔ)償人工智能和人類智能的局限性，協(xié)同完成星表探測(cè)的重大工程任務(wù)挑戰(zhàn)。

3 月面駐留活動(dòng)共融機(jī)器人任務(wù)與需求

3.1 共融機(jī)器人任務(wù)剖析

在載人航天和月球探測(cè)工程中，共融機(jī)器人為各種探測(cè)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)提供了一條有效的解決路徑，在典型的共融機(jī)器人配置中，可根據(jù)人機(jī)各自的能力特性，形成較為完備的配置方案。按照月面作業(yè)形式和需求將月面作業(yè)任務(wù)分為以下幾種：

1)月面地形地貌探測(cè)。月面地形地貌探測(cè)任務(wù)貫穿整個(gè)探月工程始終，涉及到著陸點(diǎn)的選擇、月球基地建造選址、月面探測(cè)路徑規(guī)劃、月面地質(zhì)條件科考等一系列的探測(cè)任務(wù)，對(duì)后續(xù)任務(wù)的成敗起到?jīng)Q定性作用。根據(jù)航天員、月球車、月面機(jī)器人的能力約束，月面地形地貌探測(cè)可達(dá)范圍如圖8所示。根據(jù)不同月面機(jī)動(dòng)范圍，需配置不同類型的機(jī)器人、月球車等設(shè)備，彌補(bǔ)航天員自身能力的不足，拓寬航天員機(jī)動(dòng)范圍。

圖8 月面探測(cè)機(jī)動(dòng)可達(dá)范圍Fig.8 Maneuverable range of lunar exploration

2)月球資源探測(cè)和利用。月球資源的探測(cè)和利用一直都是各國(guó)探月工程的重點(diǎn)，我國(guó)未來(lái)的月球探測(cè)任務(wù)重點(diǎn)在月球礦產(chǎn)資源的全球分布、利用前景評(píng)估上。根據(jù)現(xiàn)有的資料表明，月表富含氦-3、鈦鐵礦、稀土、水冰資源等，這些對(duì)于人類月球的長(zhǎng)期生存、持續(xù)發(fā)展具有重要意義。需要通過(guò)資源探測(cè)了解資源的種類、含量、分布情況等，以便于后續(xù)深空探測(cè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。僅僅依靠航天員實(shí)現(xiàn)月球資源的探測(cè)是不現(xiàn)實(shí)的，在航天員不可達(dá)的區(qū)域，如崖谷、溶洞、隕石坑等，需要專用機(jī)器人進(jìn)行科考探測(cè)，機(jī)器人可在自主或受控狀態(tài)下完成探測(cè)任務(wù)。

3)月球資源的獲取與采樣任務(wù)。采樣作業(yè)任務(wù)主要由航天員、機(jī)器人、特種專用采樣工具等完成[25]，針對(duì)遠(yuǎn)距離采樣任務(wù)、航天員不可達(dá)區(qū)域采樣任務(wù)、高保真采樣任務(wù)、高風(fēng)險(xiǎn)采樣任務(wù)等作業(yè)，共融機(jī)器人可發(fā)揮重要作用(圖9)。

圖9 月球資源的獲取與采樣[25]Fig.9 Acquisition and sampling of lunar resources[25]

4)月面科學(xué)實(shí)驗(yàn)。月面實(shí)驗(yàn)是探月工程總體任務(wù)的重要組成，利用月球表面獨(dú)特的環(huán)境，開展高真空、低重力、無(wú)磁場(chǎng)、低干擾條件下各領(lǐng)域、各學(xué)科的科學(xué)實(shí)驗(yàn)可帶動(dòng)和促進(jìn)一系列基礎(chǔ)科學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展，針對(duì)高精度、大量數(shù)據(jù)計(jì)算、重復(fù)實(shí)驗(yàn)等符合機(jī)器人特性的科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)，利用機(jī)器人取代航天員進(jìn)行操作或者采用機(jī)主人輔的實(shí)驗(yàn)方式可大大減輕對(duì)航天員的技能要求，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠性。

5)月面基地建造任務(wù)。根據(jù)月球探測(cè)的總體構(gòu)想，將在月面建成可實(shí)現(xiàn)航天員居住的月球基地。該項(xiàng)任務(wù)涉及到一系列大型的作業(yè)活動(dòng)，建成后的月球基地?fù)碛性旅婀ぷ髌脚_(tái)、月面生活艙，月面能源供給站、月面/環(huán)月立體通信網(wǎng)絡(luò)、月面活動(dòng)系統(tǒng)等，是一個(gè)較為完備的能夠自主運(yùn)行的月球科學(xué)試驗(yàn)、生產(chǎn)制造活動(dòng)系統(tǒng)[26](圖10)。具體的建造過(guò)程包含建造設(shè)備的搬運(yùn)、組裝、原位資源的采集和利用等，由于航天員在出艙身穿航天服狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)能力和效率大幅下降，所以整個(gè)月面基地的建造活動(dòng)需要特種機(jī)器人的輔助，通過(guò)人機(jī)接口等協(xié)作技術(shù)對(duì)航天員進(jìn)行感知增強(qiáng)輔助和運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)輔助，完成月面設(shè)施建造任務(wù)。

圖10 月球基地設(shè)想[26]Fig.10 Conception of lunar base[26]

6)月面設(shè)施設(shè)備安裝、維修任務(wù)。在前期可靠探測(cè)中需要對(duì)多種設(shè)備進(jìn)行安裝投放，可能會(huì)涉及大范圍的機(jī)動(dòng)或者高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)任務(wù)，這些任務(wù)均可由機(jī)器人來(lái)執(zhí)行[27-28]。此外在月面高低溫、強(qiáng)輻射、月塵環(huán)境下探月設(shè)備存在損壞的風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)行維護(hù)維修以及保養(yǎng)(圖11)，針對(duì)無(wú)人值守狀態(tài)下或高風(fēng)險(xiǎn)的維修任務(wù)，將主要以機(jī)器人為主要執(zhí)行載體進(jìn)行維修，此時(shí)航天員可進(jìn)行遙操作或輔助操作。

圖11 ESA Justin對(duì)基地設(shè)備進(jìn)行維護(hù)Fig.11 Maintenance of base equipment by ESA robot Justin

7)危險(xiǎn)情況下救援任務(wù)。航天員在進(jìn)行出艙作業(yè)任務(wù)或者進(jìn)行遠(yuǎn)距離作業(yè)任務(wù)時(shí)出現(xiàn)緊急情況，比如航天員失去行動(dòng)能力時(shí)，按照不同的情況可選擇不同的救援設(shè)備進(jìn)行緊急救援，載人月球車可作為備選方案之一，當(dāng)載人月球車無(wú)法達(dá)到指定區(qū)域時(shí)，則需要選擇特種機(jī)器人進(jìn)行救援，比如腿足式機(jī)器人[29]等(圖12)。

圖12 機(jī)器人緊急情況救援[29]Fig.12 Robot emergency rescue[29]

3.2 共融機(jī)器人能力需求

月面機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)主要由航天員與機(jī)器人組成，人機(jī)的不同特性可從3個(gè)維度進(jìn)行剖析(表1)。與機(jī)器人相比，人在智能決策、綜合感知、意外情況處理方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，而機(jī)器人在快速?gòu)?fù)雜運(yùn)算、惡劣環(huán)境探測(cè)、單調(diào)重復(fù)任務(wù)等方面有優(yōu)勢(shì)，因此二者在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，在月面駐留活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)多種作業(yè)任務(wù)[30]，在共融機(jī)器人作業(yè)體系下(圖13)，對(duì)共融機(jī)器人的能力需求如圖14所示。

表1 人-機(jī)特性Table 1 Man-machine characteristics

圖13 共融機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Fig.13 Hierarchical architecture of human-machine integration

圖14 月面共融機(jī)器人的能力需求Fig.14 Capability requirements of lunar Tri-Co robots

3.3 共融機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外共融機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展水平和目前所掌握的技術(shù)儲(chǔ)備，結(jié)合月面低重力、大溫差、月塵等特殊典型環(huán)境，共融機(jī)器人還有以下關(guān)鍵技術(shù)需要解決：

1)適應(yīng)月面復(fù)雜地形地貌條件的總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成技術(shù)。月面環(huán)境對(duì)共融機(jī)器人提出了苛刻的高適應(yīng)性要求，對(duì)共融機(jī)器人的構(gòu)型、配置方式進(jìn)行深入探索和研究，建立適應(yīng)月面環(huán)境的共融機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法；開發(fā)與新型移動(dòng)系統(tǒng)相適應(yīng)的控制系統(tǒng)；研制功能結(jié)構(gòu)一體化原理樣機(jī)，以上總體設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)是共融機(jī)器人實(shí)現(xiàn)月面機(jī)動(dòng)的關(guān)鍵。

2)適應(yīng)月表環(huán)境的各分系統(tǒng)元器件設(shè)計(jì)與選型。月面的真空、低重力、高低溫、輻射、大氣環(huán)境以及月球地形地貌、月壤的物理學(xué)性質(zhì)、月塵環(huán)境、月表溫度等因素對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、材料、電子元器件、機(jī)動(dòng)能力、工作壽命等都會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重影響，不同于地球環(huán)境下共融機(jī)器人的設(shè)計(jì)研發(fā)方式，面向月表環(huán)境的機(jī)器人必須將月表環(huán)境做為重大制約因素予以關(guān)注，指導(dǎo)各分系統(tǒng)設(shè)計(jì)和元器件選型。

3)復(fù)雜月面地形下多模步態(tài)穩(wěn)定性與軟硬件系統(tǒng)。月面移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)具備自主作業(yè)和遠(yuǎn)距離作業(yè)的能力，要求共融機(jī)器人在應(yīng)對(duì)復(fù)雜月面環(huán)境時(shí)應(yīng)穩(wěn)定可靠，可實(shí)現(xiàn)多模步態(tài)的自由平滑切換。在月面機(jī)動(dòng)時(shí)，共融機(jī)器人可能面臨各種工況條件，需要結(jié)合視覺系統(tǒng)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)和決策系統(tǒng)在不影響機(jī)器人穩(wěn)定性的情況下實(shí)時(shí)進(jìn)行步態(tài)切換?；诙鄠鞲衅鞯臄?shù)據(jù)融合感知機(jī)器人根據(jù)空間環(huán)境和地面地貌地形數(shù)據(jù)信息，完全實(shí)現(xiàn)機(jī)器人復(fù)雜大擾動(dòng)環(huán)境下“足-眼-腦”協(xié)同行走。適合月面工作環(huán)境的相應(yīng)軟硬件系統(tǒng)需要進(jìn)行攻關(guān)解決。

4)人機(jī)智能交互與感知導(dǎo)航移動(dòng)作業(yè)軟硬件系統(tǒng)。一般情況下，共融機(jī)器人需要與航天員進(jìn)行適時(shí)通訊，以接受指令并完成月面作業(yè)任務(wù)，為保證機(jī)器人可靠性與交互靈活性，機(jī)器人應(yīng)支持多種交互和控制方式。機(jī)器人的自主行走和返航要求機(jī)器人具備改制導(dǎo)航系統(tǒng)，如何搭建月面環(huán)境下機(jī)器人智能交互與感知導(dǎo)航軟硬件系統(tǒng)決定了機(jī)器人能否實(shí)現(xiàn)與航天員協(xié)同以及遠(yuǎn)程作業(yè)功能。

5)共融機(jī)器人動(dòng)力驅(qū)動(dòng)集成與性能優(yōu)化技術(shù)。共融機(jī)器人的續(xù)航問(wèn)題是保證機(jī)器人具備長(zhǎng)時(shí)間工作能力的關(guān)鍵，為解決機(jī)器人輕量化需求和高續(xù)航能力之間的矛盾，需要進(jìn)行機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)匹配與性能優(yōu)化，提高系統(tǒng)效率，降低系統(tǒng)功耗。

6)共融機(jī)器人可靠性與自主安全技術(shù)。由于共融機(jī)器人系統(tǒng)復(fù)雜，容易受到各種干擾的影響，容錯(cuò)率較低，容易發(fā)生故障。機(jī)器人作為拓展航天員月面活動(dòng)范圍、提高工作效率的輔助設(shè)備，不應(yīng)成為航天員的累贅。提高機(jī)器人的可靠性，降低對(duì)航天員維修能力和操控能力的依賴極其重要。此外機(jī)器人在月面全域機(jī)動(dòng)時(shí)有可能遇到突發(fā)情況，導(dǎo)致機(jī)器人遭受撞擊、跌落、側(cè)摔等，在這些情況下要求機(jī)器人能夠承受一定范圍內(nèi)的沖擊載荷，特別是在跌倒時(shí)具備自主恢復(fù)功能可大大拓寬機(jī)器人應(yīng)用范圍，提高機(jī)器人作業(yè)能力。機(jī)器人應(yīng)具備狀態(tài)自檢功能，同時(shí)具備一定的自修復(fù)能力，在嚴(yán)重?fù)p傷狀態(tài)下可以降級(jí)使用，提高機(jī)器人的可靠性和自主安全。

4 首次載人登月任務(wù)的共融機(jī)器人應(yīng)用展望

4.1 能力需求和作業(yè)任務(wù)

對(duì)于具備長(zhǎng)期作業(yè)能力的月球基地任務(wù)系統(tǒng)，應(yīng)具備表2所示的幾種能力。按照緊急和重要2個(gè)維度對(duì)各個(gè)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而推出針對(duì)我國(guó)首次載人登月任務(wù)中人機(jī)共融機(jī)器人系統(tǒng)所要具備的能力需求。表3中列出的是首次載人登月作業(yè)任務(wù)目標(biāo)，具體執(zhí)行任務(wù)目標(biāo)不宜過(guò)于復(fù)雜，應(yīng)該以考核任務(wù)安全和驗(yàn)證技術(shù)可行性為主要目的。

表2 人機(jī)共融機(jī)器人系統(tǒng)能力需求Table 2 Capability requirements for Tri-Co robot system

表3 首次載人登月作業(yè)任務(wù)目標(biāo)Table 3 Objectives of the first manned lunar landing mission

4.2 人機(jī)共融機(jī)器人工作模式

我國(guó)首次載人登月人機(jī)共融機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)工作模式可具體分為航天員出艙作業(yè)和航天員艙內(nèi)作業(yè)2種，2種模式下均需要機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)完成必要的作業(yè)任務(wù)。

在航天員出艙作業(yè)模式下(圖15)，主要以人主機(jī)輔為主，機(jī)器人作為航天員的能力邊界延伸，輔助任務(wù)執(zhí)行，完成以下高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)：

1)月面人機(jī)協(xié)同行走、探測(cè)；

2)月面資源采樣、存儲(chǔ)；

3)科學(xué)儀器實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安裝與投放；

4)航天員駕駛月球車并搭載機(jī)器人實(shí)現(xiàn)小范圍機(jī)動(dòng)；

5)利用共融機(jī)器人進(jìn)行復(fù)雜任務(wù)作業(yè)、極端地形探測(cè)、高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)等。

圖15 航天員出艙作業(yè)工作模式Fig.15 Astronaut extravehicular operation modes

在出艙作業(yè)模式下，航天員-機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)的共融工作模式可具體細(xì)化為圖16。

航天員艙內(nèi)作業(yè)模式(圖17)主要指航天員在載人艙或者基地的情況下通過(guò)人機(jī)接口或其它控制方式指揮艙內(nèi)外機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)，該模式作業(yè)采用機(jī)主人輔工作模式，機(jī)器人依靠指令或自主完成任務(wù)作業(yè)，可以避免航天員艙外作業(yè)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)，延伸航天員作業(yè)能力[31]。

圖16 月面作業(yè)任務(wù)人機(jī)共融工作模式Fig.16 Tri-Co robot operation modes in lunar tasks

圖17 航天員艙內(nèi)作業(yè)工作模式Fig.17 Astronaut intravehicular operation modes

5 結(jié)論

1)在月球探測(cè)的任務(wù)中，具有復(fù)雜地形適應(yīng)能力和任務(wù)執(zhí)行能力的共融機(jī)器人具有巨大的應(yīng)用潛力，共融機(jī)器人將成為未來(lái)深空探測(cè)的重要組成部分，可在航天員月面大范圍機(jī)動(dòng)、航天員出艙支持與能力增強(qiáng)、科學(xué)設(shè)備載荷安裝、月球基地基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、科普示教等方面發(fā)揮重要作用。

2)實(shí)現(xiàn)從原理樣機(jī)到工程應(yīng)用的過(guò)渡，還需要解決一系列關(guān)鍵技術(shù)。從頂層規(guī)劃入手，加大對(duì)共融機(jī)器人研發(fā)的支持力度；推動(dòng)國(guó)內(nèi)外共融機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)成立聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)；對(duì)實(shí)現(xiàn)共融機(jī)器人月面應(yīng)用相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行集中攻關(guān)突破；建立健全人機(jī)共融的月面機(jī)器人體系，從而有效推動(dòng)共融機(jī)器人深空探測(cè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

3)針對(duì)我國(guó)首次載人登月應(yīng)該主要以考核任務(wù)安全和驗(yàn)證技術(shù)可行性為主要目的，按照小范圍探測(cè)、適度科學(xué)實(shí)驗(yàn)、初步資源探測(cè)以及資源樣本采樣返回的方案實(shí)施，為后續(xù)任務(wù)提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐。

4)根據(jù)月面駐留活動(dòng)中不同的作業(yè)任務(wù)與作業(yè)環(huán)境，可采用不同構(gòu)型與配置的月面共融機(jī)器人系統(tǒng)，進(jìn)一步提高機(jī)器人對(duì)極端月面環(huán)境和復(fù)雜操作任務(wù)的適應(yīng)能力與任務(wù)執(zhí)行效能。