美國《歐亞評論》雜誌網站近日釋出的題為《精密控制輕型太空機器人橫空出世》的文章稱，機器人已經進入太空。從月球上的著陸器到火星上的火星車等等，機器人是太空探索的最佳選手：它們能夠承受極端環境，同時不知疲倦地以完全相同的方式不斷重複同樣的任務。
文章稱，就像地球上的機器人一樣，它們既能完成危險的工作，也能完成乏味的工作，從太空行走到清潔航天器的表面。隨著太空任務越來越多，科學研究領域越來越廣，對裝置的需求越來越多，因此需要一種能夠在人類難以操縱的環境中進行操作的輕型機器人手臂。
然而，能夠在地球上操縱這種手臂的控制機制，到了太空環境中卻不一定可行，因為地球的操作平面是平的，而太空中的環境則是不可預測和多變的。為了解決這個問題，哈爾濱工業大學機電工程與自動化學院的研究人員研發出了一條重9.23公斤、尺寸約為一個1歲嬰兒大小的機械臂，它能夠承載接近其自重四分之一的重量，能夠根據環境實時調整自身位置和速度。
哈爾濱工業大學機電工程與自動化學院、機器人技術與系統國家重點實驗室教授徐文福說：“機械臂的重量和尺寸都有嚴格限制，空間操作中控制方法的可靠性和安全性有著極高的要求，為了解決這些問題，我們研製了一種輕型太空機械臂，並提出了一種新的控制方法。”
這樣的機械臂在操作時需要施加恆定的力量控制。
徐文福說：“就平面的恆定控制而言，控制力的方向是恆定的，但就未知環境中的曲面而言，其法向向量往往會實時變化，所以傳統方法行不通。為了克服這一困難，我們提出了整合自適應導引控制，可以實現對機械臂末端所需位置的實時修正，從而達到充分接觸並實現恆定力控制。”
把它與在一張紙上的劃線進行比較。當紙張放在平坦的桌面上時，保持整條線的壓力就更為容易。如果是在一個包裹在彈球紙上的張上畫同樣的線，就要困難得多，需要進行具體的計算才能理解球的運動，還要根據筆和球的位置施加多大壓力。
為了保持太空機械臂的力控處於恆定狀態，研究人員採用了一種控制方法，這種方法不需要進行穩態修正，而穩態修正是在已知環境下控制系統的一個關鍵組成部分。穩態修正在整個運動過程中對潛在的錯誤進行修正，在可以預測的環境下，這種方法可以解決問題。例如，如果機械臂知道辦公桌的表面粗糙不平，而強大的壓力會導致紙張撕裂，就可以減輕筆的壓力以保持一個恆定的線條。但是，當表層發生改變且不可預測時，保持恆定的修正狀態會導致更多的錯誤，因為並非所有的修正措施都能解決所有的錯誤。
研究人員測試了這種輕型機械臂的控制法，發現即便是在未知的表面上，這種機械臂的調整速度也快於傳統手段操控的機械臂，跟蹤效果足夠穩定，可以予以實際應用。
徐文福說：“利用擬建的輕型空間機械手和整合自適應導引控制方法，可以解決在軌維護中的實際問題，比如空間目標捕獲、在軌組裝、在軌維修等。”
據徐介紹，這項研究可以作為未來輕型機械臂設計的參考，而控制方法則可以應用於機器人表面磨床和拋光器的加工過程。（編譯/楊柯）
來源：參考訊息網
