來自英國林肯大學(xué)的創(chuàng)新機(jī)器人系統(tǒng)能夠在太空中 "行走"，并巧妙地執(zhí)行復(fù)雜的在軌組裝任務(wù)，包括安裝和維護(hù)一個(gè)具有25米孔徑的太空望遠(yuǎn)鏡，這被認(rèn)為是探索宇宙的未來。

經(jīng)驗(yàn)之談

雖然到目前為止，由宇航員自己在航天器外進(jìn)行的活動(dòng)對在軌系統(tǒng)和設(shè)備的服務(wù)和維護(hù)具有戰(zhàn)略意義，但由于對日益復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施的需要，它們在未來將被自主機(jī)器人系統(tǒng)所取代。

鑒于這種需要，林肯自主系統(tǒng)中心正在對E-Walker步行機(jī)器人進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，目的是有朝一日用它來組裝比目前大得多的太空望遠(yuǎn)鏡。

目前，新模型（一個(gè)小規(guī)模的原型）正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以驗(yàn)證其有效性。下一步的研究將看到它的全面設(shè)計(jì)和開發(fā)一個(gè)小規(guī)模的原型，用于地面任務(wù)，包括維護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)。

處理用于建設(shè)空間基礎(chǔ)設(shè)施的機(jī)器人技術(shù)，暗示了未來在軌任務(wù)范圍的擴(kuò)大，技術(shù)上越來越先進(jìn)的系統(tǒng)和設(shè)備，以及越來越重要的尺寸，將通過在航天器外進(jìn)行的車外活動(dòng)（EVA）在原地組裝、安裝和維護(hù)。

多年來，艙外活動(dòng)已被證明是有用的--僅舉幾個(gè)例子--在國際空間站的服務(wù)和維護(hù)任務(wù)中，以及在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上安裝校正光學(xué)器件中，該望遠(yuǎn)鏡是專門設(shè)計(jì)用來由宇航員直接在軌道上進(jìn)行操作和修改的。

然而，英國林肯大學(xué)林肯自主系統(tǒng)中心的研究人員在2022年10月14日發(fā)表在《機(jī)器人和人工智能前沿》上的研究報(bào)告《用于太空裝配任務(wù)的行走機(jī)器人操縱器的設(shè)計(jì)工程》中指出，"太空是一個(gè)極端的環(huán)境，不斷使艙外作業(yè)面臨風(fēng)險(xiǎn)，因此，就涉及開發(fā)復(fù)雜的大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施的未來任務(wù)而言，諸如在軌裝配和維護(hù)的操作將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人類的能力，需要自主機(jī)器人。

世界各地的空間機(jī)構(gòu)正在研究的復(fù)雜基礎(chǔ)設(shè)施中，有一個(gè)比哈勃及其繼任者（詹姆斯-韋伯望遠(yuǎn)鏡）更大的望遠(yuǎn)鏡，這將促進(jìn)一系列具有非凡科學(xué)價(jià)值的天文任務(wù)，旨在更深入地審視宇宙。

讓我們看看--通過采用先進(jìn)的機(jī)器人解決方案--根據(jù)林肯中心團(tuán)隊(duì)的說法，有可能從想法和概念到模擬能夠在這樣的項(xiàng)目中工作的機(jī)器。

用于空間基礎(chǔ)設(shè)施的機(jī)器人技術(shù)：超越第一版E-Walker機(jī)器人

關(guān)于空間基礎(chǔ)設(shè)施的機(jī)器人技術(shù)問題，2020年進(jìn)行的研究--英國研究人員解釋說--已經(jīng)集中于設(shè)計(jì)一種名為E-Walker的行走機(jī)器人，作為有效組裝大口徑空間望遠(yuǎn)鏡的潛在候選者。"行走機(jī)器人"（不要與 "仿人機(jī)器人 "相混淆）是指配備有運(yùn)動(dòng)裝置的機(jī)器人系統(tǒng)，使其能夠 "行走"，在限定空間內(nèi)移動(dòng)。

第一個(gè)版本的 E-Walker 步行機(jī)器人的不同應(yīng)用及其配置的概述（來源：“為太空裝配任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)步行機(jī)器人機(jī)械手”——林肯大學(xué)）

來自林肯自主系統(tǒng)中心的團(tuán)隊(duì)的工作提出了一個(gè)更新的E-Walker設(shè)計(jì)，使其能夠在軌道上組裝一個(gè)孔徑（指采光區(qū)的直徑）為25米的空間望遠(yuǎn)鏡。

特別是，一個(gè)負(fù)責(zé)在太空中安裝如此大的設(shè)備的機(jī)器人需要精確的特性，首先是超越單純的 "常規(guī)太空行走 "的技能，有利于機(jī)動(dòng)性。

因此，新E-Walker的原型擁有四個(gè)肢體，具有七個(gè)不同程度的運(yùn)動(dòng)能力，使其能夠移動(dòng)到特定表面內(nèi)的不同點(diǎn)，以執(zhí)行多種任務(wù)。

兩個(gè)肢體--胳膊和腿--都配備了一個(gè) "鎖扣末端效應(yīng)"（LEE），以便鎖住望遠(yuǎn)鏡和航天器平臺上的門。

"擬議的新模型的設(shè)計(jì)和移動(dòng)能力提供了比傳統(tǒng)基礎(chǔ)上的固定機(jī)器人機(jī)械手大得多的工作空間。此外，研究人員指出，所提出的設(shè)計(jì)可以被視為未來項(xiàng)目的基礎(chǔ)，例如用于設(shè)計(jì)孔徑達(dá)100米的空間望遠(yuǎn)鏡。

用于空間基礎(chǔ)設(shè)施的機(jī)器人技術(shù)：重點(diǎn)是設(shè)計(jì)工程

在太空中建造基礎(chǔ)設(shè)施的機(jī)器人方面，對行走機(jī)器人E-Walker的重新審視涉及到深入的設(shè)計(jì)，以優(yōu)化關(guān)節(jié)連接和快速行動(dòng)參數(shù)。

這使得機(jī)器人能夠從表面的一端走到另一端，肩部、肘部和腕部關(guān)節(jié)保持一致，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和對稱的運(yùn)動(dòng)。

談到對稱性，研究小組指出，在機(jī)器的七個(gè)運(yùn)動(dòng)度能力中，有 "三個(gè)革命性的關(guān)節(jié)：一個(gè)在肩部，一個(gè)在手腕，一個(gè)在肘部"，所有這三個(gè)關(guān)節(jié)都能夠在組裝的每個(gè)階段與航天器的望遠(yuǎn)鏡和平臺接觸。

"基地上的固定機(jī)器人機(jī)械手將需要一個(gè)全長的跨度來進(jìn)行25米望遠(yuǎn)鏡的組裝。作者指出："相反，新的E-Walker的尺寸可以減少，這取決于連接點(diǎn)的可用性和有效載荷的大小。

該系統(tǒng)將能夠延長任務(wù)的生命周期，即使在組裝后也能進(jìn)行日常維護(hù)和服務(wù)環(huán)節(jié)，以及在地球上進(jìn)行服務(wù)、維護(hù)和組裝操作，包括風(fēng)力渦輪機(jī)的操作。

最后，讓我們記住，所設(shè)計(jì)的是一個(gè)原型，目前正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以確認(rèn)其有效性。

未來的研究

林肯大學(xué)關(guān)于在太空中建造基礎(chǔ)設(shè)施的機(jī)器人的研究代表了未來研究的一個(gè)起點(diǎn)，該研究側(cè)重于為日益復(fù)雜的在軌任務(wù)設(shè)計(jì)機(jī)器，首先是涉及的系統(tǒng)數(shù)量。

作者說，下一步將看到全面設(shè)計(jì)規(guī)格的最終確定（目前的設(shè)計(jì)只是一個(gè)小規(guī)模的原型）。此外，"一個(gè)用于陸地任務(wù)的小規(guī)模E-Walker原型正在開發(fā)中"。

他們解釋說，這個(gè)原型，"可以在存在外部干擾和參數(shù)不確定性的情況下，通過穩(wěn)健的空間控制器和精確的聯(lián)合跟蹤進(jìn)行測試"。

鑒于對此事的極大興趣，該部門的空間機(jī)構(gòu)和行業(yè)已經(jīng)開始為未來的軌道機(jī)器人任務(wù)開發(fā)自己的地圖，以至于 ，在未來五到十年內(nèi)研究人員有望開始工作以攜帶進(jìn)一步開發(fā)機(jī)器人解決方案（例如 E-Walker）的評估和可行性，包括其偵察任務(wù)的原型設(shè)計(jì)，涉及孔徑為 2.5 至 5 米的太空望遠(yuǎn)鏡。