以大型空間站、大型空間太陽(yáng)能發(fā)電站、大型空間望遠鏡等為代表的空間大型結構，是未來(lái)空間任務(wù)的主要發(fā)展方向之一。但由于尺度大，空間大型結構不能被火箭或航天器直接帶入太空，因此，需要將其分解成多個(gè)模塊化單元，由運載火箭送入太空，之后再進(jìn)行在軌組裝。在軌組裝是在軌服務(wù)(OOS)的一個(gè)重要分支，旨在充分利用空間機器人完成空間結構自主組裝。在《空間科學(xué)與技術(shù)》(Space：Science&Technology)新發(fā)表的論文《面向在軌組裝的空間機器人技術(shù)綜述》中，同濟大學(xué)湯奇榮教授研究團隊、中國空間技術(shù)研究院李德倫等專(zhuān)家和工程師總結了近幾十年來(lái)太空機器人技術(shù)及其在軌組裝技術(shù)方面的研究進(jìn)展，研討了在軌組裝的規劃、控制方法、地面實(shí)驗的現狀及發(fā)展趨勢。
該論文發(fā)表在期刊《空間科學(xué)與技術(shù)》的《空間機器人》(Space Robot)特刊中。
論文介紹了空間機器人在軌組裝的總體研究情況，回顧了幾十年來(lái)國際、國內對在軌服務(wù)技術(shù)的研究和實(shí)踐。目前，空間在軌組裝技術(shù)已從人工操作階段逐漸向自主工作階段發(fā)展，工作方式從簡(jiǎn)單的輔助航天員操作向自主組裝和維護轉變，任務(wù)場(chǎng)景從單一的小型物體變成了復雜的大型結構。但空間在軌組裝技術(shù)還不夠成熟，更沒(méi)有達到廣泛應用的程度。特別是隨著(zhù)組裝過(guò)程中物體尺寸變大、柔性振動(dòng)變強、組裝精度變高等特點(diǎn)愈發(fā)顯著(zhù)，多機器人協(xié)同完成高精度操作的研究亟待深入。
論文綜述了空間在軌組裝涉及的四種關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展情況。
針對在軌組裝的序列規劃，虛擬現實(shí)技術(shù)提供了如何放置不同零件的一種思路，通過(guò)人們與組裝過(guò)程的虛擬交互，能夠更有效地規劃組裝順序。事實(shí)也證明了智能方法的確能提高組裝序列規劃的效率和可靠性。
針對在軌組裝的運動(dòng)規劃，其本質(zhì)是將航天器從狀態(tài)空間中的一個(gè)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)，即航天器在笛卡爾坐標系中的平移和旋轉，論文重點(diǎn)討論了傳統算法，以遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法等為代表的仿生優(yōu)化算法，以及基于深度學(xué)習、強化學(xué)習的規劃算法發(fā)展。
針對空間機器人組裝任務(wù)，論文總結了傳統智能算法、機器視覺(jué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )方法等在組裝空間桁架結構、空間機器人多任務(wù)場(chǎng)景中的應用，并指出空間多機器人協(xié)同組裝方法正朝著(zhù)智能化、分布式、強適應性的方向發(fā)展。
針對在軌組裝的振動(dòng)抑制和柔順控制，太空中的微重力是引起大型結構振動(dòng)的主要因素。在組裝過(guò)程中存在直接接觸，會(huì )產(chǎn)生一定的力(力矩)，因此也需要進(jìn)行柔順控制。目前，柔順控制方式可主要分為主動(dòng)、被動(dòng)柔順控制兩大類(lèi)。其中，主動(dòng)柔順控制是指通過(guò)傳感器獲取接觸力信息，將該信息作為反饋輸入給控制器，對機械臂進(jìn)行反饋控制，以減小接觸力，達到柔順效果。
據悉，該論文作者、北京空間飛行器總體設計部高級工程師李德倫主要從事空間機器人、空間機構、人因工程等方面的研究工作。論文作者湯奇榮為同濟大學(xué)長(cháng)聘教授、中德學(xué)院副院長(cháng)，也是同濟大學(xué)校務(wù)委員會(huì )委員，機器人技術(shù)與多體系統實(shí)驗室負責人，國家高層次人才計劃獲得者。論文作者展文豪為中國航天員科研訓練中心人因工程國防科技重點(diǎn)實(shí)驗室助理研究員。
(文中圖片均由《空間科學(xué)與技術(shù)》期刊編輯部提供)
(責任編輯：韓夢(mèng)晨)
