美國《歐亞評論》雜志網(wǎng)站近日發(fā)布的題為《精密控制輕型太空機(jī)器人橫空出世》的文章稱，機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入太空。從月球上的著陸器到火星上的火星車等等，機(jī)器人是太空探索的最佳選手：它們能夠承受極端環(huán)境，同時(shí)不知疲倦地以完全相同的方式不斷重復(fù)同樣的任務(wù)。

文章稱，就像地球上的機(jī)器人一樣，它們既能完成危險(xiǎn)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(wù)越來越多，科學(xué)研究領(lǐng)域越來越廣，對設(shè)備的需求越來越多，因此需要一種能夠在人類難以操縱的環(huán)境中進(jìn)行操作的輕型機(jī)器人手臂。

然而，能夠在地球上操縱這種手臂的控制機(jī)制，到了太空環(huán)境中卻不一定可行，因?yàn)榈厍虻牟僮髌矫媸瞧降?，而太空中的環(huán)境則是不可預(yù)測和多變的。為了解決這個(gè)問題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院的研究人員研發(fā)出了一條重9.23公斤、尺寸約為一個(gè)1歲嬰兒大小的機(jī)械臂，它能夠承載接近其自重四分之一的重量，能夠根據(jù)環(huán)境實(shí)時(shí)調(diào)整自身位置和速度。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院、機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授徐文福說：“機(jī)械臂的重量和尺寸都有嚴(yán)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，我們研制了一種輕型太空機(jī)械臂，并提出了一種新的控制方法?！?/p>

這樣的機(jī)械臂在操作時(shí)需要施加恒定的力量控制。

徐文福說：“就平面的恒定控制而言，控制力的方向是恒定的，但就未知環(huán)境中的曲面而言，其法向矢量往往會(huì)實(shí)時(shí)變化，所以傳統(tǒng)方法行不通。為了克服這一困難，我們提出了集成自適應(yīng)導(dǎo)引控制，可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)械臂末端所需位置的實(shí)時(shí)修正，從而達(dá)到充分接觸并實(shí)現(xiàn)恒定力控制?！?/p>

把它與在一張紙上的劃線進(jìn)行比較。當(dāng)紙張放在平坦的桌面上時(shí)，保持整條線的壓力就更為容易。如果是在一個(gè)包裹在彈球紙上的張上畫同樣的線，就要困難得多，需要進(jìn)行具體的計(jì)算才能理解球的運(yùn)動(dòng)，還要根據(jù)筆和球的位置施加多大壓力。

為了保持太空機(jī)械臂的力控處于恒定狀態(tài)，研究人員采用了一種控制方法，這種方法不需要進(jìn)行穩(wěn)態(tài)修正，而穩(wěn)態(tài)修正是在已知環(huán)境下控制系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。穩(wěn)態(tài)修正在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中對潛在的錯(cuò)誤進(jìn)行修正，在可以預(yù)測的環(huán)境下，這種方法可以解決問題。例如，如果機(jī)械臂知道辦公桌的表面粗糙不平，而強(qiáng)大的壓力會(huì)導(dǎo)致紙張撕裂，就可以減輕筆的壓力以保持一個(gè)恒定的線條。但是，當(dāng)表層發(fā)生改變且不可預(yù)測時(shí)，保持恒定的修正狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致更多的錯(cuò)誤，因?yàn)椴⒎撬械男拚胧┒寄芙鉀Q所有的錯(cuò)誤。

研究人員測試了這種輕型機(jī)械臂的控制法，發(fā)現(xiàn)即便是在未知的表面上，這種機(jī)械臂的調(diào)整速度也快于傳統(tǒng)手段操控的機(jī)械臂，跟蹤效果足夠穩(wěn)定，可以予以實(shí)際應(yīng)用。

徐文福說：“利用擬建的輕型空間機(jī)械手和集成自適應(yīng)導(dǎo)引控制方法，可以解決在軌維護(hù)中的實(shí)際問題，比如空間目標(biāo)捕獲、在軌組裝、在軌維修等?！?/p>

據(jù)徐介紹，這項(xiàng)研究可以作為未來輕型機(jī)械臂設(shè)計(jì)的參考，而控制方法則可以應(yīng)用于機(jī)器人表面磨床和拋光器的加工過程。（編譯/楊柯）

來源：參考消息網(wǎng)