空间智能机器人领域的中国先行者

刘伟

空间机械臂、采样机械臂、“手眼双目相机”“太空自主加油站”等空间机器人亮相日前举行的2015世界机器人大会，将推动和支持中国空间机器人在宇航工程中的首次应用，标志着中国跨入空间智能机器人领域的国际先进行列。

中国航天科技集团公司第五研究院总体部研制的空间机械臂臂展超过10米，具有自主爬行及扩展能力，灵活性高，可达范围广，能够同时实现大范围大负载操作以及局部精细化操作。

空间机械臂主管设计师王友渔说，机械臂可头尾互换，这种技术可以大大降低空间机器人及其辅助系统的重量，最大程度地扩大了机械臂的活动范围，与目前国际上应用的典型空间机械臂设计指标相比较，在质量、负载能力、输出力矩、刚度等方面均达到或超越了当前世界先进水平。

在会展现场，采样机械臂同样引人注目。虽然体积小、重量轻，但是控制精度高、样品获取能力强，可完成地外天体表面无人自主采样全过程任务。

五院总体部采样机械臂主管设计师姜水清说，目前，世界上还没有一个国家能够实现无人参与的地外天体采样返回任务，国外的火星着陆器机器人，在火星上将样品采集和送到分析仪器所在位置上，供科学仪器进行分析，“而我们研制的采样机械臂产品不仅能够进行样品采集，还能完成容器转移等一系列样品采集任务”。

为了实现机器臂近距离操作的准确性，航天五院502所还研制了不同于一般空间用检测相机的“手眼双目相机”。据大会现场技术人员介绍，一般的监控相机可以记录操作或动作的过程，而“手眼相机”则类似人的眼睛，参与到空间操作中最关键的部分，机械臂的远离、接近、抓取和操作目标物体等每一步动作都要依赖“手眼相机”提供的位置数据来完成。

“手眼双目相机”还做到了尽可能的小身材、小重量，其探头部分在集成了光学照明和成像功能的情况下仅重不足500克。这主要得益于对镜头前端的优化设计和体积小、结构简单的照明方案，据称，经过精简，相机本体结构仅包含了两个零件。

此外，在世界机器人大会上，航天五院502所还展出了空间自主加注系统，就像“太空自主加油站”，通过对卫星的多次补给，能够实现提升卫星机动能力和续航能力，增加有效载荷搭载重量的目的。

空间机器人的研制是机器人领域和航天领域两大产业的有机融合和跨系统创新，将对各相关领域和专业技术起到极强的牵引和推动作用。

据中国航天科技集团公司五院总体部空间机械臂系统研究所所长李大明介绍，经过10年探索，航天五院突破了以多约束路径规划、空间机器人任务地面验证等为代表的10余项关键技术，实现了中国机器人产业与航天事业的深度“握手”，取得的一系列成果将为中国空间科学试验、空间设施建设与维护、深空探测等空间领域的发展提供有力支撑。