空间机器人（空间机器人技术教育部工程研究中心）
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什么是空间机器人？
空间机器人是一种低价位的轻型遥控机器人，可在行星的大气环境中导航及飞行。空间机器人的体积比较小，重量比较轻，抗干扰能郑陆力比较强，智能程度比较高，森丛皮功能比较全。
由于它是在一个不断变化的三维环境中运动并自主导航，所以工作人员必此差须实时对它的运动进行控制。
gigabot机器人的功能
机器人就是模仿人的动作的机器。机器人有“智能”，能自动完成各种操作和做各种纤庆扰动作。机器人由电脑、传感器、机械手、行走装置组成。机器人的外形并不很像人，但可以代替人做事。 机器人用机械手可以装配机器、焊接工件、搬东西、从事农村劳动、做家务劳动、画画、写字、打牌、下棋，机器人可以像人那样行走，在水中游动，在山地上爬行，在太空中行走，在核电站工作。 移动机器人是工业机器人的一种类型，它由计算机控制，具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能。它可广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的搬运、传输等，同时可在车站、机场、邮局作为运输工具。 施肥机器人会从不同土壤的实际情况出发，适量施肥。它的准毁旦确计算合理地减少了施肥的总量，降低了农业成本。由于施肥科学，使地下水质得以改善。 真空机器人是一种在真空环境下工作的机器人，主要应用于半导体工业中。 洁净机器人是一种在洁净环境中使用的工业机器人。随着生产技术水平不断提高，其对生产环境的要求也日益苛刻，很多现代工业产品生产都要求在洁净环境进行，洁净机器人是洁净环境下生产需要的关键设备。 高级智能机器人和初级智能机器差简人一样，具有感觉、识别、推理和判断能力，同样可以根据外界条件的变化，在一定范围内自行修改程序。所不同的是，修改程序的原则不是由人规定的，而是机器人自己通过学习，总结经验来获得修改程序的原则。 救护机器人能够将受伤人员转移到安全地带。它装有橡胶履带，最高速度为每小时4000米。它不仅有信息收集装置，如电视摄像机、易燃气体检测仪、超声波探测器等。机械手可将受伤人员举起送到救护平台上，为他们提供新鲜空气。 空间机器人是用于空间探测活动的特种机器人，它是一种低价位的轻型遥控机器人，可在行星的大气环境中导航及飞行。空间机器人的体积比较小，重量比较轻，抗干扰能力比较强。它的智能程度比较高，功能比较全。 礼仪机器人是靠手进行作业，靠脚实现移动，由脑来完成统一指挥，能够识别外界环境，对自身也有感知功能。这种机器人也称为自主机器人。 机器人
专利深一度｜空间机器人关键技术专利布局分析
空间机器人是在太空中执行空间站建造与运营、卫星组装与服务、行星表面探测与实验等任务的一类特种机器人，是世界航天大国竞相发展的热点领域。当前，空间机器人已经在国际空间站、飞船、卫星等飞行器的在轨维护、空间装配、月球探测和火星探测等任务中得到广泛的应用，相关研发试验活动高度活跃，呈现出一系列发展特点和趋势。
空间机器人发展特点和趋势
基于我国航天技术进步和产业发展需求，国家知识产权局专利分析普及推广项目空间机器人课题组从在轨服务机器人技术、星表移动机器人技术、MDA公司专利布局、国外型号重要专利剖析、技术转移可行性分析等五个视角出发，对空间机器人技术进行深度剖析。
在轨服务机器人
近年来，人工智能、机器人等新兴技术飞速发展，为在轨服务机器人提供了良好的研究基础，美国、欧洲、日本等国家或地区均开展了相应的在轨服务机器人研制项目和发展计划，并在核心技术分布、地域部署上形成了专利体系化布局。
基于全球空间机械臂、操作末端和自主操作技术领域的专利文献分析，获得了主要技术创新国家的技术研究重点。其中，美国作为空间机器人项目开展最多的国家，其相关技术发展得到德国、日本、加拿大等国的协助，其在轨服务机器人领域的技术创新侧重于机械臂空间冗余构型设计、空间仿人灵巧手、空间目标对接技术等技术方面，并在自主在轨加注、在轨模块更换与装配和空间碎片清理方面取得了较大技术突破。日本参与了美国早期空间机器人项目研制，具有较强的技术实力，其在轨服务机器人的技术创新侧重于空间机械冗余构型设计和空间目标对接技术，且近些年的自主操作技术以空间碎片清理为主，技术方案侧重于鱼叉绳系机器人和电磁吸附抓捕。
在轨服务机器人的空间目标对接技术专利申请量排名第一，从核心专利分析情况来看，MDA公司、波音公司和NASA的空间目标对接技术主要侧重于非合作目标，以及没有对接特征空间目标的捕获与对接技术，不仅可以对早期的在轨飞行器进行延寿操作，而且可以应用于空间军事卫星捕获和降轨操作。另外，通过梳理空间目标捕获与对接技术的发展历程发现，目前国内外针对空间目标的捕获方式呈现多元技术并行发展趋势，具体涉及绳系或飞网捕获、抓取捕获、插接捕获和吸附捕获；捕获对象从合作目标扩展到了非合作目标，且捕获目标从低轨向高轨逐步扩展。
星表移动机器人
星表移动机器人主要包括轮式移动机器人、腿式行走机器人和轮腿组合式移动机器人等类型，它们各有相应的特点和适用范围。根据对星表移动机器人相关专利文献的分析可以发现，星表移动机器人领域的技术创新从20世纪60年代至今一直保持一定的热度，专利技术的出现与重要事件圆亮的发生相伴相生。90年代以前世界范围内主要围绕轮式移动机器人开展相关的技术研发和专利布局，90年代以后腿式机器人的相关研究开始变得活跃，进入21世纪后，将轮式移动机构的高速高效性能和腿式移动机构的地形适应能力相结合的轮腿组合式移动机器人越来越受到业内的重视，全球范围的相关研究如火如荼地开展，但由于轮腿机器人结构和控制更为复杂，还有大量的科学问题、内蕴机理和基本特性的认识尚需突破，实际应用还需一定的时日。
在星表移动机器人中，轮式移动机器人（也叫星球车）因技术相对成熟而得以广泛应用，是目前成功登陆月球和火星的表面探测器采用的结构形式。对于星球车，车辆整体的结构设计、悬架机构、车轮机构和移动控制是决定机器人能否顺利通过行星表面和完成指定任务的关键技术和重要因素。通过对各个时间阶段的代表性高备专利文献进行分析可知，轮式移动机器人的技术发展大体经历了如下过程：20世纪60年代主要是基于地面车辆进行改造，尤其针对车轮结构展开设计和测试；60年代末到70年代初围绕车辆的悬架系统进行改进和优化；到了80年代，为了进一步适应火星探测橘念宽的任务，研究开发新的悬架系统；进入90年代，对车辆的结构和功能进行优化设计，例如悬架的折展设计以提高星球车的可运输性；进入21世纪后，对于轮式移动机器人的移动控制和智能化方面的研究增多，近几年更是向着提高机器人多功能性的方向发展，以适应多样化的应用需求、提高空间运输和作业效率。
轮式机器人移动系统技术功效矩阵分析图
通过对轮式机器人移动系统开展技术功效矩阵分析可知，用于增强地形适应和通过性、提高稳定性、提高空间可运输性，以及提高定姿定位能力的专利技术较多，用于实现空间实验支持（包括零重力实验、便于采样和样品收集等）、降低能耗、提高转向性能的相关专利文献较少。增强地形适应和通过性与四种技术手段都相关，其中通过车轮和整体结构设计来实现的专利文献最多；而提高稳定性和空间可运输性与悬架设计、车轮设计和整体结构设计三种技术手段相关，其中提高稳定性最相关的技术手段是悬架设计，而提高空间可运输性最主要是通过对车辆进行轻量化、模块化、小型化等整体结构设计来实现。此外，定姿定位能力、可操控性、驱动性能和转向性能主要由移动控制技术来提高和改进。而载人适应性设计主要是在整体结构设计中考虑供氧、照明、安全保障和乘坐舒适性等方面而进行功能增设和优化。
MDA公司专利布局
加拿大MDA公司基于其先进的空间机器人技术，已成为美国在轨服务项目的主要研制方之一，其专利技术创新主要侧重于自由飞行器捕获、在轨加注工具与安全操作，以及通信卫星在轨组装等。MDA公司在轨服务机器人的专利申请主要分布在美国、加拿大和欧洲。MDA公司在20世纪70年代就开始在美国布局相关专利，随着MDA公司参与美国在轨服务项目越来越多，其在美国的专利申请量也呈现大幅上升趋势；近些年，MDA公司更侧重于在日本进行专利布局。
MDA公司研制的空间基础设施服务（SIS）航天器可以在GEO上开展在轨加注任务，可以携带推进剂箱到达GEO，并装备了机械臂和工具箱来维护卫星。围绕上述服务航天器的研制，MDA公司于2008年至2016年在全球布局了75件专利，主要分布在美国、加拿大、日本、欧洲（EP）和俄罗斯，实现了SIS航天器在未来市场国家的权利保护，专利主要涉及在轨燃料加注系统总体技术、推进剂传输系统、安全操作工具和目标航天捕获固定方案等。
国外项目重要专利剖析
美国宇航局推进的空间机器人研究计划和发展项目最多，为了对其技术发展动态进行深入剖析，本课题获取了其重要空间机器人项目的专利簇，具体涉及第二代机器人宇航员（Robonaut2）、小行星重定向任务的TALISMAN机械臂系统 、“蜻蜓”在轨卫星组装项目、“蜘蛛制造”空间制造系统等。
其中，NASA与通用公司合作联合研制的第二代机器人宇航员(Robonaut2)，于2011年进入国际空间站，成为空间拟人机器人发展的里程碑之一。针对Roubonaut2的研制，NASA与通用公司在2008年至2015年联合提交了42项与第二代机器人宇航员Robonaut2相关的专利申请，具体涉及总体技术、控制技术、感知技术、通信技术、交互操作技术、任务规划技术，以及灵巧机器人手臂、手指等。Roubounaut2的专利布局侧重于美国、日本和德国，且近些年选择在中国、加拿大和澳大利亚进行布局，主要涉及到整体结构、任务规划、灵巧操作控制和驱动等关键技术，这些技术可以在工业领域进行技术转移应用，具有较大的商业推广应用价值。
通过梳理Roubonaut2项目的灵巧手技术发展历程，发现从2009年至2014年，NASA和通用公司在灵巧手技术方面提交了10项相关专利申请。其中，2009年的5项专利申请分别涉及手腕、拇指组件、手指肌腱驱动、手指执行器和抓握装置；2010年的两项专利申请主要涉及手指控制，2013年的专利（公告号：US8857874B2）对Roubonaut2的手指组件进行技术改进；2014年的专利（公告号：US8919842B2）则对灵巧手的肌腱操作技术进行了改进。总体上来说，NASA和通用公司通过机械结构、驱动、控制等方面的技术创新，实现了灵巧手的仿人操作灵活性、稳健性、精细程度和及时反应等方面进行了能力提升。
空间机器人技术转移可行性分析
关键技术转移部分案例
专利的价值除了对自主创新的技术进行有效保护之外，更重要的是通过对其实施转化获取经济效益。空间机器人在空间环境工作要满足严苛条件，客观上要求其技术标准相比于地面更加严格，能够满足空间环境要求的空间机器人在未来向工业等其他领域进行技术转化的空间广阔。本课题梳理了空间机器人中可向民用领域推广，并适应市场需求的关键技术，并结合国外案例、我国专利储备、转移领域，对梳理出的关键技术进行技术转移可行性分析，如上图所示。
空间机器人关键技术转移目录清单
如表所示，为促进空间机器人技术向民用领域推广，以适应航天技术产业化需求，本课题汇总我国具有技术转移前景的技术方向及其转移领域，形成我国空间机器人技术转移目录清单。
国家知识产权局2018年专利分析普及推广项目空间机器人课题组
[img]太空工人——空间机器人是怎样的？
新世纪太空科技工业发展迅速，与此同时，也带动了空间机器人事业的飞速发展。研究表明，空间机器人将逐步担任主角，而人将退居二线。据科学家估计，建造一个500万千瓦的空间太阳能电站，需要600多人在空间工作半年时间，其中100多人在低轨道空间基地工作，而其余的则到地球同步轨道空间基地上去工作。并且还需要建立一支空间基地及发电系统的维修保养队伍。由此可以想象，未来的太空开发活动，将需要大量的人去完成。
我们知道，在以往的太空开发中，航天员已经创造了许许多多的奇迹，如登陆月球、舱外捕获失灵的卫星、太空修理“哈勃”望远镜等。但是这些活动究竟花了多少代价却不为人所知。未来开发和利用空间的前景虽十分美好，但要使人类能在太空中停留，就必须有庞大而复杂的生命保障系统、环境控制系统、物资补给系统、救生系统等，而这些系统耗资惊人。据科学家预估得出，永久性载人空间站，其中生命保障系统、居住系统和航天员舱外活动系统3部分的体积约占核心舱总容积的16％，功耗占空间站总功耗的25％～38％，研制费占总经费的20％。而另据估计，为了保证航天员在太空中活动，每个航天员每天花费50万～100万美元。
由此看来，开发太空决不能像在地面工厂那样，将成千上万的工程技术人员和工人送往太空，去从事各种空间材料加工、空间生产、空间装配、空间修理等作业。而唯一的解决办法，便是研制大量的机器人，把他们送上太空取代人类，使之成为劳动的主力军，成为航天员的得力助手。我们可用人体来形象地对空间机器人加以比喻，机器人好比人的四肢和躯体，由他们滚陆完成各种各样的繁重工作，而人的作用则相当于大脑，指挥和监控着所有的机械活动。而倘若要使太空科技工业具有最高的生产率，最低的运行费用，一种最为有效的途径就是在人的监控下，将机器人和高度自动化系统结合起来，组成高可靠、高效益的人机混合系统。
我们知道，机器人是一种通用机械系统，它也像人一样，可以在事先未知的环境条件下完成各种各样的任务，具有对外界环境的感知、推理、判断和决策的功能。但必须指出的一点是，人们也早已意识到并非所有的机器人都能到太空中去工作，因为空间环境与地面环境有着天壤之别。空间机器人工作在微重力、高真空、超低温、强辐射、照明差的环境里，因此与地面机器人有着很大的差别。在失重状态下，只要加速度不太大，纤纤细手也可挪动庞然大物。譬如说，航天飞机上的遥控机械手，是用复合材料制成的6自由度的机械臂，长达15米，自重400千克，在地面上虽然软弱无力，连自身重量的物体都抬不起来，然而，一到太空却能举起几十吨重的载荷。但凡事有利必有弊，在失重状态下，只要对物体稍加推动，它就立即飞走，这给操作带来诸多不便，特别是给视觉识别带来麻烦。比如说，在地面上，放在工作台上的物体总是以固定面朝向视觉镜头，而在太空，漂浮的工件可以任何方位朝向镜头。这样空间机器人就必须具备三维视觉系统，还需配以特殊的标志码来识别物体及其方位。并且要求手指能灵活地选择所要抓取的方位上的物体，并带有接近觉、触觉、滑动觉、力觉等智能传感器，以便配合视觉系统来完成操作任务。在失重状态下，任何物体包括机器人本身都是处在漂浮状态，这样空间机器人必须是多臂型。一只固定用手臂抓牢某个结构件而稳住自身，一只操作手臂稳住工件，另一只操作手臂用来完成操作任务。而在高真空条件下，空间机器人的活动关节，与地面上的机器人活动关节也有本质上的差别，它需要采用固体润滑，并且要解决高真空条件下的金属冷焊问题。由于空间的微重力环境，操作手的动力方程与地面有较大差异，因此说空间机器人是一种特殊形锋塌式的机器人。
值得一提的是，被选聘到太空工作的空间机器人，除了要能适应空间环境，还必须具备体积小、重量轻、挠性大；智能高、功能全、多臂型；微功耗、长寿命、高可靠等特性。而空间机器人在太空主要从事的工作则是：空间建筑与装配；卫星和其他航天器的维护和修理；空间生产和科学实验。
空间建筑与装配是空间机器人的一大任务，尤其是在空间建设的初期阶段。一些大型结构件，如无线电天线和太阳能电池帆板的安装，大型桁架及各舱段的组装等舱外活动，这些都离不开空间机器人。银备圆空间机器人去舱外将承担大型构件的搬运、构件与构件之间的联结紧固、有毒或危险品的处理等一系列任务。据估计，空间建筑一半以上的任务，将落在能进行舱外活动的机器人身上。舱外活动机器人的特点是，在其末端操作器上带有高级遥控装置，可多臂协同工作，并配有工具夹和供货盘，由现场的计算机和专家系统给出工作指令，完成各种建造任务。
随着空间活动的不断深入，人类在太空中的财产将会越来越多，世界各国已向太空发射了很多航天器，其中人造地球卫星约占90％。而这些卫星一旦发生故障，丢弃它们再发射新的卫星，一是很不经济，二是增加了空间垃圾，因此必须设法加以修理。而空间机器人将会把出现故障的卫星从轨道上抓回来，带到空间站上去修理，然后再用辅助火箭或轨道机动飞行器，将修复的卫星放回太空轨道上。倘若有的航天器不能带回空间站修理，大多利用智能机器人乘坐自由飞行器去执行任务，对某些部件进行拆卸和再组装，或者对构件进行切割和焊接。事实上，有很多航天器，为了延长它的工作寿命，需要不断补给被消耗的物资，如照相胶片、氮气、燃料、冷却剂等。在这些物资中，有的是有毒物质，有的则具有强腐蚀性，有的低温冷冻，在失重状态下很难处理。而派舱外服务机器人去执行这些任务，既经济，又安全，可谓是两全其美。舱外服务机器人携带全向天线，以便与空间站保持通信。除此之外，还带有激光雷达和彩色立体视觉系统，用以导航和识别目标。并且，机器人手指上装有触觉传感器、滑觉传感器、接近觉传感器，腕臂上装有力觉传感器，用以增加操作的灵活性和精确程度。体内可携带工作所需的工具、元器件。需要时可乘坐喷气背包飞离空间站去执行各项任务。
而舱内机器人则主要为科学有效载荷服务，因此，应按照实验的要求来选择机器人，可供选择的品种是很多的。他们不仅要执行应急和修理任务，而且要执行像添加反应物、产品收获、中间采样分析、搜集各种样品等一系列任务。舱内机器人的存在大大减轻了航天员的劳动强度和紧张情绪，并可在航天员离开现场时作为替补参与工作。有一种被科学家命名为“蜘蛛王”的小型舱内机器人，通过8根凯夫拉绳与机器人的工作环境相连接。这些凯夫拉绳从“蜘蛛王”身躯的边角延伸到工作空间各个触点上。通过增大或减小特定绳的拉力，机器人便可在整个工作间内移动，其位置精确度和重复率高得令人吃惊。
所以说，空间机器人在太空科技工业生产活动中，无论是在提高安全性方面，还是在提高生产效率和经济效益方面，都起着难以估量的作用。随着航天活动的不断深入，空间机器人必将得到新的发展。在不久的将来，当人类重返月球，飞向火星，飞出太阳系之际，空间机器人将以崭新的面貌大显神威!
知识点
康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基
齐奥尔科夫斯基是现代宇宙航行学的奠基人。他最先论证了利用火箭进行星际交通、制造人造地球卫星和近地轨道站的可能性，指出发展宇航和制造火箭的合理途径，找到了火箭和液体发动机结构的一系列重要工程技术解决方案，他有一句名言：“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”
为什么要让机器人到太空工作？
太空机器人是在微重力、高真空、大温差和强辐射等环境下工作的，许多太空机器人由特殊的复合材料制成，抗辐射性好，耐高温、耐低温，具有体积小、挠性好、重量轻等特点。他们依靠人工智能和专家系统技术，能够自主地执行预定任务而不需要人工干预。
空间机器人配备了各种先进的智能传感器，信息电路无阻碍，结构比较特殊，能耗小，可靠性高。
许多空间机器人“超人的力辩郑量”,例如,他们有多个处理程序和爬行的腿,非常适合移动和工作空间,聪明的“手”与力传感器、触觉传感器和其他传感器,并遵守三维颜色视觉传感器,实现多比协同作用,“手眼协调能力”,反映了空间机器人优越的茄敬特点。
太空机器人还拥有先进的控制系统，可以通过远程通信网络颤灶慎和高速计算机系统远程控制。
太空机器人也有更高的智能。大多数航天飞机和早期工作站都使用遥控机器人。
目前，具有自主控制能力的智能空间机器人已经从研究转向实际应用。这种机器人有许多类似于人的感觉功能,可以感知外部环境的变化,自动地适应外部环境,通常有能力自动修改和编译一个计算机程序,并能自动诊断故障,它不仅可以在他们未能修复,还可以解决其他机器人。
他们依靠人工智能和专家系统技术，能够自主地执行预定任务而不需要人工干预。
火星探测机器人具备这些能力。随着电子技术、计算机科学和人工智能技术的进一步发展，功能控制空间机器人将在开发和利用空间资源发挥着巨大的作用。
关于空间机器人和空间机器人技术教育部工程研究中心的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。