太空机器人技术的应用与展望

太空机器人技术的应用与展望太空机器人太空机器人，是一种在航天器或空间站上作业的具有智能的通用机械系统。太空机器人具有机械臂和电脑，能实现感知、推理和决策等功能，可以象人一样在事先未知的空间环境下完成各种任务。只有操作功能不具备智能的简单机器人一般称为机械手。

太空机器人工作在微重力、高真空、超低温、强辐射、照明条件差的空间环境下，它与地面上用的工业机器人有很大差别。在失重条件下物体处于漂浮状态，给太空机器人操作带来种种困难。空间视觉识别以及视觉与手爪的配合较地面更困难。太空机器人需要采用三维彩色视觉系统，以便同时确定物体的位置和方向，还要有便于更换的灵巧末端操纵器，利用其接近觉、触觉、力觉、滑觉传感器配合视觉系统完成各种操作任务。美国是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人，比起号称"机器人王国"的日本起步至少要早五六年。经过30多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。综观它的发展史，道路是曲折的，不平坦的。美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强。具体表现在：

（1）性能可靠，功能全面，精确度高；

（2）机器人语言研究发展较快，语言类型多、应用广，水平高居世界之首；

（3）智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用；

（4）高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速，主要用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。美国亚利桑那大学库马·拉姆哈里教授提出了一个颇为新奇的设想:建立一个由12只太空垃圾箱组成的太空舰队,来清除这些充满危险的垃圾。垃圾箱的工式名称是航天轨道仪碎片处理器。它利用机械手抓取附近的废弃卫星及其大碎片，然启用高能太阳能切割器将大碎片肢解,装人箱内。

美宇航局喷气推进实验室人工智能部门主任史蒂夫·陈(SteveChien)表示，事实上，“机遇”号和“勇气”号只能独立从事一些简单的工作，比如，从A点移动到B点，停下来拍个照。此外，它们可以独立发现云团和称为尘卷风的小尘暴，还能保护自己免遭意外损坏的伤害——远离陡峭的山坡或大块岩石。至于更为复杂的工作，它们只能依赖于地面控制人员的帮助。这便是太空机器人的重大缺陷。据美国太空网报道，也许科学家们仅能梦想拥有像动画电影《星际总动员》中陆地植被探测员(EVE)那样的太空机器人，但现实中美国研究人员正致力于研制新型太空船、飞艇和漫步者探测器，并计划在探测遥远太空时实现机器人智能勘测。

按照科学家的构想，在漫游车每天动身以前，地面控制人员会给OASIS软件包上传指令，使漫游车按指示对重点目标进行探测。这个目标可能是漫游车视野中最大块或最苍白的岩石，或是由火山喷发留下的有尖角的岩石。接下来，只要漫游车一拍照，OASIS软件包即通过特殊的运算公式对视野里的所有岩石进行甄别，挑选出指令名单中的那些目标。新一代太空机器人的自主决策能力更强，可以更为独立地完成复杂的任务清理太空垃圾的机器人俄罗斯太空科学家预测:如果制造太空垃圾的速度以每年2～5％的速度继续增长下去,2300年,任何东西都将无法再进入太空轨道。鉴于太空飞船和轨道垃圾相撞的危险性日益增加,马里兰大学空间系统实验室设计的“突击队员”是NASA候选的修理哈勃望远镜的机器人，图为实验室主管大卫-肯教授站在机器人原型的旁边。正在服役的哈勃望远镜如果没有宇航员上太空去维修，它的服役期可能只有2-3年。美宇航局第一个火星漫游车“旅居者”号(Sojourner)在1997年的任务期间仅仅移动了100米，而“机遇”号和“勇气”号迄今行程已达24公里。在火星表面行进过程中，它们拍摄了很多地形地貌照片，但仍不能对这个红色星球做出全面的探索对火星车来说最艰难的任务是攀爬陡峭的山坡。火星最有趣的地貌，比如悬崖上暴露的岩石和陨石坑里的溪谷，对于机遇号和勇气号火星车来说都是无法到达的。科学家们担心火星车会在那里翻车，或者如果它们进入陨石坑的溪谷，它们就无法返回。“登山者”(CLIFFBOT)而“登山者”由于借鉴了登山者的登山技能，将能轻易地攀爬悬崖或深入陨石坑。像登山运动员一样，“登山者”被用改进的鱼线紧紧栓在悬崖顶部的锚定物上。这样“登山者”就能够爬下80度的陡崖，在陡崖底部拍照，取回土壤样本。2009年，科学家将发射一颗类似的表面探测器，它将部署在火星科学实验室任务中，届时我们将能了解到它是如何进行火星表面探测的。美国宇航局的天空起重机(SkyCrane)载运系统将会在火星表面上悬停，并可以通过调节绞车和绳索来降低探测器的高度。塔拉·埃斯特琳(TaraEstlin)说：“每发射一个探测任务，我们在火星表面都会走得更远。可有谁知道我们错过了哪些有趣的东西呢？”芬克指出，“将人造卫星同表面探测器相结合使用是最大的挑战，在加利福尼亚理工学院，我们正搭建开发软件的户外试验平台，以积极行动解决这一挑战。”户外试验包括用一个微型飞船代替摄像机，来自世界各地的研究者们可以通过互联网向飞船发出指令，观察飞船移动和自己部署探测器。目前，该实地测试为美国宇航局和欧洲宇航局执行土卫六或木卫二探测任务使用类似的指令软件做好铺垫准备。随着航天活动的发