空間機(jī)器人自主操控理論和技術(shù)研究

近日，機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中科院“空間自主操控創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)”的研究人員，針對(duì)不具備抓捕特征的空間非合作目標(biāo)，提出了一種機(jī)器人化“鎖籠對(duì)”的捕獲方法，相關(guān)成果發(fā)表于機(jī)械電子領(lǐng)域頂級(jí)期刊IEEE/ASME Transactions on Mechatronics (DOI: 10.1109/TMECH.2019.2952552)。

在強(qiáng)輻射、超低溫、高真空、微重力的太空環(huán)境中，空間機(jī)器人可以代替或協(xié)助航天員去執(zhí)行空間任務(wù)；與航天員就位作業(yè)相比，空間機(jī)器人在成本、安全性以及作業(yè)時(shí)間等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。機(jī)器人自主操控技術(shù)是空間機(jī)器人研究需要解決的核心技術(shù)。以空間自由移動(dòng)目標(biāo)的在軌服務(wù)為例，目標(biāo)可靠捕獲是后續(xù)操作任務(wù)的技術(shù)基礎(chǔ)。

為此，中科院沈陽自動(dòng)化所張?chǎng)?、劉金國等人提出了采用雙臂空間機(jī)器人實(shí)現(xiàn)鎖籠對(duì)的捕獲方法，該方法的核心思想是將目標(biāo)限定在有限的封閉空間之中，即機(jī)器人化鎖籠中；并提出鎖困兼容性概念以及相應(yīng)的性能指標(biāo)，用于定量地描述鎖籠對(duì)方法的捕獲能力。

基于該性能指標(biāo)，進(jìn)一步提出一種雙臂空間機(jī)器人預(yù)捕獲構(gòu)型的規(guī)劃算法，以獲得最優(yōu)捕獲能力。最后，搭建氣浮式空間機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提出的捕獲方法的有效性。該研究成果在未來在軌維護(hù)維修、太空環(huán)境治理、空間碎片清除等任務(wù)中有重要的實(shí)用價(jià)值。

近年來，在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家萬人計(jì)劃、中科院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)、機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題等資助下，面向國家飛行器在軌服務(wù)重大任務(wù)需求，圍繞空間機(jī)器人自主操控技術(shù)，沈陽自動(dòng)化所科研人員在空間機(jī)器人在軌捕獲、在軌加注、智能控制、空間人機(jī)交互等方面取得了重要進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于IEEE Trans. on Cybernetics，IEEE Trans. on Industrial Electronics, IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, Nonlinear Dynamics, Acta Astronautica，Science China Technological Sciences, Chinese Journal of Aeronautics等期刊。