“太空大侠 ”扮靓“2015世界机器人大会”

2017-08-21 19:00 来源:2017世界机器人大赛 
2017-08-21 19:00:47来源:2017世界机器人大赛作者:责任编辑:李丹凝

“太空大侠 ”扮靓“2015世界机器人大会”

展会现场:大型机械臂

  展会现场:外骨骼机器人

  在太空深邃的背景之下,一只大型空间机械臂屹然挺立,只见它时而准确地对空间设施进行搬运和维护,时而轻松地进行“爬行”和操作,时而娴熟地托举着航天员进行各种空间活动,俨然是一位不知疲倦的太空巨人。这鼓舞人心的一幕来自于“2015世界机器人大会”空间机器人展台的多媒体展示,而站台上陈列的我国空间机械臂和地外天体采样机械臂样品更是吸引了所有人的眼球。

  11月23日至25日,来自世界各国的机器人走进了北京国家会议中心“2015世界机器人大会”的会展现场。在机器人大军中,由航天科技集团公司五院总体部研制的大型空间机械臂和地外天体采样机械臂这两个空间机器人系统完美地诠释了机器人技术和航天科技深度融合后带来的“空间机器人”这一全新领域的尖端技术和创新成果。

  怀揣十八般武艺的“太空大侠”

  机械臂和机器人是一回事吗?航天科技集团公司五院总体部空间机械臂系统研究所副所长高升给记者科普了一把:空间机械臂是一种典型的空间机器人,它同大家熟悉的工业机械臂(机器人)一样具有承载能力大、定位精度高等特点,但是由于空间环境特殊性,相对工业机器人,它具有更大的技术难度、更多的学科交叉和关联环节,涉及机、电、热、控等多个学科技术,是一个多学科集成化、一体化的系统。

  正在此间展出的空间机械臂身强力壮,承载的范围非常宽,鸿毛能拿,数十吨重的东西,在它那里也不在话下,要知道,目前投入应用的机器人搬几百公斤的东西就已经很吃力了,而它搬数十吨重的东西易如反掌,说它是太空“大力士”一点也不为过。

  也许有人会说啦,太空中没有重力,重如泰山的东西,在那上面轻如鸿毛,搬个几十吨重的东西算什么?但技术人员解释说,在太空中搬东西可不能跟地面简单地进行比较,这是因为在太空中搬东西和在地面也不一样,虽然太空没有重力,但速度很快,速度快了惯性就非常大,再说了,太空中搬东西,人不能身临现场去指挥,全靠在万里之遥的机器人自己进行判断和选择,采取什么姿式,用多少劲很难拿捏,在这种环境下搬运东西,困难远比地面要复杂得多。

  这位“太空大侠”的“手臂”有7个关节,长达10余米,灵活的关节使机械臂可自如地转动和变换姿式,长长的手臂可以伸到空间站的各个角落。另外,别看这个“家伙”手臂长得长,但它非常灵活,不仅可以很方便的完成各种任务,还非常有准头,能够完成“太空穿针”的精细活。

  使技术人员们引以为傲的还有他们为这款机器人创造的自主爬行技术。我们这位“太空大侠”走路方式看起来也有些“怪异”——能够头尾互换,通过爬行达到每一个角落。空间机械臂主管设计师王友渔说,这种“走路”的姿态称为自主爬行技术,用这种技术实现机械臂大范围空间的灵活应用,是该空间机器人系统重要的首创成果之一,这样行走的好处是,不仅可以减小对空间机器人行动的约束,更为重要的是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器人的活动范围。无怪乎这个“太空大侠”在太空中可以身轻如燕的“满场飞”!

  我们常常看到很多机器人在“干活”的时候,在速度快的时候动作还很连贯,可速度一旦慢了,就“战战兢兢”的很不连贯了,这位“大侠”可不这样,不管在高速运动情况下还是在慢速运动的时候,它的动作连贯,身姿妙曼,广袖长舒,协调优美,轻盈自如。能够适应空间在轨的不同任务,虽然这些任务各不相同,有的要求完成速度要快,有的搬运货物很重,有的要求精度非常高,这个“家伙”都能准确无误的完成!

  机器人的设计寿命大都在几个月、几年不同,可我们这位“太空大侠”必须保证在太空中长时间工作,怎么保证它“金身不坏”?技术人员说,不要担心,我们有的是办法。首先,我们突破了大承载空间润滑技术,可以保证在大载荷条件下,机器人可靠的工作;其次,为了验证“太空大侠”对太空中恶劣环境的适应性,严酷的考核是必不可少的,例如,我们对空间机器人关节里面的齿轮,最长的进行了长达一亿多转的寿命试验,足可以保证空间机器人的“健康长寿”;另外,即使机器人在预想不到的情况下闹个病和灾什么的,技术人员也有办法,在系统设计时就考虑了维修性设计,技术人员的办法是对机器人的各组成部分采用模块化设计,这样便于快速更换和在轨维修,这种设计在国内空间领域还属于首创。哈,又是一个首创,这个“太空大侠”身上到底有多少个首创呀,我们的技术人员真是神了,在他们面前,是不是无所不能呀!

  灵巧能干的地外天体采样机器人

  刚夸了空间站机器人,咱也不能冷落了同样是由航天科技集团公司五院总体部抓总研制的地外天体表面采样机械臂,这位轻盈聪慧的“空间机器人”,同样让在场的所有人眼前一亮!现在,小编这就带你去看看它吧。

  在会展现场,航天科技集团公司五院总体部采样机械臂主管设计师姜水清指着这位太空“小精灵”介绍说,世界上还没有一个国家实现无人参与下的地外天体采样返回任务,国外的火星着陆器机器人,在火星上完成的工作是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。

  不仅如此,采样机械臂另一个本事是采样范围大,整臂末端操作精度高,样品获取能力非常强,在多种着陆状态下,它都可以保证采样的精度和范围。它还有一个本事是利用携带的工具,通过铲、挖等多种方式获取地外天体表层样品。同时,通过设计师们的艰苦攻关,突破了以大负载、轻量化、宽采样范围等设计约束导致的柔性机器人高精度控制难题为代表的一系列关键技术,利用物理试验与仿真分析相结合的方法,全面解决了空间机器人适应复杂太空环境的功能性能验证难题,能够胜任地外天体表面无人自主采样与转移任务。看到这里,小编不禁的感到非常振奋:我国在空间机器人领域的技术进步让我们既期待,又充满信心。

  让空间机器人“下凡”同样是他们的追求

  能否让高高在上的“太空大侠”,下凡到民间,为经济社会和老百姓服务呢?正在现场展出的外骨骼机器人同样吸引了大家的目光。

  航天科技集团公司五院总体部空间机械臂系统研究所外骨骼机器人主管设计师马如奇介绍说,在从事空间机器人技术研发的同时,该研究所在以外骨骼机器人为代表的地面应用机器人系统方面的技术开发,也同样取得了重要成果,不久前,由该研究所承担研制开发的外骨骼智能康复机器人项目,通过了北京市有关部门组织的年度科技创新基地培育与发展工程专项项目专家评审。专家认为,这款可辅助上肢康复训练和肢体伤残者,进行功能恢复训练的外骨骼机器人产品,是医疗机器人领域的重要突破,将给训练和上肢康复需要者带来福音。

  据了解,该研究所在利用外骨骼机器人技术进行空间机器人、辅助航天员行走与训练机器人、小行星采样机器人技术研发的同时,还进行了负重与救援机器人、下肢康复智能机器人以及特种环境下操作机器人等各种机器人技术的开发和产品研制,并在此基础上构建了“空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室”这一创新平台。毫无疑问,把通过空间机器人研制获得的成果,尤其是其高可靠、长寿命、环境适应性等方面的技术移植到“民间”,对于推动我国智能机器人相关产业与技术的发展,将具有极大的促进与提升作用。

  厚积薄发,让中国空间机器人“炫舞九天”

  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说,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。空间机器人的研制工作有与地面应用机器人类似的方面,但空间机器人的研制要求和工程实现的难度绝非一般的地面机器人可比。这是因为机器人在空间环境里工作,远比地面要复杂得多,恶劣严酷的空间环境,对材料、电子器件、轴承、热控材料、润滑剂等基础工业方面提出的要求更高,同时要求空间机器人系统体积必须更小,质量必须更轻,遥控操作精度必须更严,等等;由于空间智能机器人是一个以运动为核心的空间机电产品,由此可以带动电机、传动、精密位置、速度测量、伺服控制等多项工程技术的发展;还由于空间机器人特殊的动力学特性,将大大促进机构的运动规划与仿真、多体非线性动力学分析与仿真技术的发展。

  记者了解到,早在2005年,航天科技集团公司五院总体部就联合国内机器人领域优势单位,构建了空间机器人领域的“国家队”,开始了工程样机研制和关键技术攻关工作。经过十年来的技术探索和自主创新,形成了一支由国内顶尖专家领衔,清华大学、北京大学、香港理工大学等国内多所重点大学和研究机构的顶尖学科为平台,50余名硕士、博士、博士后组成的专业化研制团队,经过多年空间机器人研制的工程实践,积累了丰富的设计和工程研制经验。同时,这支团队又牵引和带动了由国内二十余家该领域研究机构约三百名核心人员组成的链条健全的产学研相结合的空间智能机器人产业团队,无疑为推动我国智能机器人技术发展和广泛应用打造了国家级平台。

  相信通过技术人员的不断探索和突破,我国空间机器人技术实现“擎天立地”,“太空大侠”在空间和地面“大显神通”的场景将很快变为现实。

[责任编辑:李丹凝]

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