空間機器人發展現狀與技術展望

劉子寧

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

【關鍵詞】? ? 空間機器人? ? 機械臂? ? 人工智能

一、空間機器人分類

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

2、按功能進行分類。空間機器人按功能進行劃分，主要分為空間機械臂機器人與類人機器人兩大類。空間機械臂機器人具有廣泛豐富的用途和強大靈活的功能，是最早應用的一類空間機機器人，是空間站建設、維護和使用的關鍵設備，也可以完成對接、搬運等任務。類人機器人更加靈活且具有更高智能性，可以與人類宇航員協作或代替人完成特殊復雜、靈活多變的任務。可直接搭乘載人航天器和使用人類航天裝備，與人類進行直接的交流合作，是現今空間機器人發展的主要領域。

二、空間機器人發展歷程

20世紀80年代起，德國開始研制輕型機械臂，其共有3代產品，為適應航天的減重需要，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節構成方式，較前代產品更加靈活。20世紀90年代初，日本為國際空間站上的日本實驗艙開發了機械臂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。空間機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世紀初，隨著對月球、火星的探測工作逐步深入，好奇號應運而生，其為NASA研制的一臺火星車，主要任務用于火星探測。好奇號為世界上第一輛采用核動力驅動的火星車。2013年，中國第一臺機械臂投入使用，其主要完成了大量的操作性試驗。2016年，中國自主研制的太空碎片清除機器人投入使用，其主要功能為進行探測、抓取等太空碎片的清除工作。首位類人空間機器人“Robonaut-2”于2011年2月24日，搭乘美國發現號航天飛機，進入“國際空間站”。“Robonaut-2，其相較Robonaut-1更為緊湊、快捷、靈活、先進。使其能夠更加有效地與人合作開展工作。2013年8月，首個會說話的機器人進入太空，其由日本研制，名叫 “基博”，它的體型比進入太空的絕大多數機器人小，其主要功能為協助航空接收來自地球的信息，并用日語與航天員進行溝通。

三、空間機器人的發展趨勢

1、智能化。人工智能技術在空間機器人領域的應用，令其具有更強的自主性，通過不斷的自主學習和任務積累經驗，使其具有更強的自主判斷能力、應變能力與執行能力，能夠在無人類遙控幫助和預設下自主完成更危險、特殊、復雜、靈活、重要、多變和實際情況未知的任務，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器人航天員搭乘、佩戴、使用為人類設計的航天器、航天裝備和航天工具，節約為機器人設計專用版本的成本。此外通過配合智能化，可與人類宇航員直接進行交流，簡化了交流方式，方便任務的執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。微型化主要針對執行人類或人形無法完成的特殊任務的特種機器人，在完成特定任務的要求下盡可能減小體積，減少發射成本和能源消耗，增加復雜環境的適應性。4、無形化。隨著空間機器人朝著人工智能方向發展，其外在物理形態已不再重要，它可能是內存中的某個程序，通過交互、傳感和反饋，控制著某些系統的組合。其發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。

結論及展望：空間機器人未來的發展，重點在于人工智能方面的發展，即真正實現智能機器人的智能自主學習、智能分析決策、精密操作、柔性操作、多機器人智能集群協同工作、智能識別等。隨著科學技術的發展，空間智能機器人將在航天領域發揮更為重要的作用。未來它將應用于遠距離外星體獨立探測與基地建造等復雜空間任務，成為人類最得力、最忠實的助手，協助人類探索浩瀚無垠的宇宙。

參? 考? 文? 獻

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

[2]龐之浩. 飛向太空的機器人[J]. 自然與科技. 2014（3）

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

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