空间机器人的研究现状和发展趋势.doc

《机器人技术基础》课程论文空间机器人的研究现状和发展趋势学生姓名XXX学生班级材控1105学生学号U201111xxx手机号码xxxxxxxxxxxxx华中科技大学材料科学与工程学院空间机器人的研究现状和发展趋势陈松威(华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074)摘要:空间机器人既可以代替人类宇航员进行长时间、危险的舱外作业,也可以作为宇航员的工具付诸完成高精度、高可靠度的操作任务。由于空间机器人的重要作用,可以说拥有先进的宇航作业系统就能占据宇航探索和开发的主导地位。按照用途的不同,空间机器人可以分为舱内/舱外服务机器人、自由飞行机器人和星球探测机器人3种。本文结合最新文献对各类对空间机器人的在国际上最新的研究状况进行了详细的分析与介绍,并进行了国内外空间机器人发展的横向对比。鉴于空间机器人在国外已经获得较好的应用,而在我国目前还处于探索阶段,我国在空间机器人方面的研究亟需奋起直追。文章最后,结合空间机器人现今各研究方向的最新研究情况,对其发展趋势做出了总结和展望。关键词:空间机器人;舱内/舱外服务机器人;自由飞行机器人;星球探测机器人1引言(introduction)随着人类对于空间的不断探索,宇航科学与技术这一研究领域变得日益重要。空间探索已经不再仅仅是具有国家荣誉的象征,它已经成为设计科学发展、未来资源乃至国家安全的重大问题。尽管载人航天活动已经有几十年的发展历史,但对于人类来说,太空的高辐射、高真空、极端温度和微重力等危险环境因素仍是太空探索的技术难点。目前,在进行舱外作业时,宇航员必须穿上价格昂贵且厚重的宇航服。与人类宇航员相比,空间机器人在轨作业系统具有多方面的优越性:它不需要复杂的生命支持系统;适应空间环境;可以长时间工作;可以降低成本;提高空间探索的效率。空间机器人既可以代替人类宇航员进行长时间、危险的舱外作业,也可以作为宇航员的工具付诸完成高精度、高可靠度的操作任务。由于空间机器人的重要作用,美国、日本、加拿大、德国等发达国家都在大力度支持不同用途空间机器人的研究。可以说拥有先进的宇航作业系统就能占据宇航探索和开发的主导地位。我国空间技术在快速发展,仅2010年就发射了近20颗卫星。陆续发射了“天宫一号”目标飞行器和“神舟八号”宇宙飞船,并进行了无人交会对接。下一步还将发射“天宫二号”,并争取在2020年建立长期有人居住空间站。为了实现这个空间战略目标,目前我国正加紧空间机器人的研究计划,这些研究计划的成功实施对进一步发展太空科技,提升战略地位具有十分重要的意义。空间机器人的研究涉及机械学、电子学、力学等多种学科和技术,研究主题很多。本文仅仅综述一下各类空间机器人的研究现状,并结合国内外最新研究成果,对空间机器人的发展趋势进行了预测。2空间机器人的研究现状(ResearchstatusofSpaceRobot)。然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史。人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作。在几千年人类智慧沉淀之后的今天,机器人几经进入了全新的时代:随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展,使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高,移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展,推动了机器人概念的延伸。将机器人的技术(如传感技术、智能技术、控制技术等)扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——机器人化机器。图1空间机器人系统空间机器人(如图1所示)正是当前各个国家竞相创新的新领域机器人之一。其集机械学、电子学、力学、通信、自动控制、信息科学、人工智能和计算机等多门学科于一体,是应用在宇宙空间中的一类特殊机器人。,空间机器人有多种分类方法。其中,按照用途的不同,空间机器人可以分为舱内/舱外服务机器人、自由飞行机器人和星球探测机器人3种。下面将依次介绍这几种行星探测机器人的研究状况。(Intravehicular/ExtravehiculaRobot)作为空间站舱内使用的机器人,舱内服务机器人主要用来协助航天员进行舱内科学实验以及空间站的维护。舱内服务机器人可以降低科学实验载荷对航天员的依赖性,在航天员不在场或不参与的情况下也能对科学实验载荷进行照管。舱内服务机器人要求质量轻、体积小,且具有足够的灵活性和操作能力。作为空间站(或者航天飞机)舱外使用的机器人,舱外服务机器人(如图2所示)主要用来提供空间在轨服务,包括小型卫星的维护、空间装配、加工和科学实验等。空间环境是非常恶劣的,如强辐射、高温差和超真空等,这些因素给人类宇航员在太空的生存和活动带来很大的影响和威胁;同时出舱作业的费用是相当昂贵