空间机器人的若干前沿领域研究进展和关键技术

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1、第２２卷第１期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．１２０１６年２月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＦｅｂ．２０１６空间机器人的若干前沿领域：研究进展和关键技术戴振东（南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所，南京２１００１６）摘要：基于空间环境和在轨任务的特殊性导致的空间机器人不同于地面机器人的特点，讨论了面向航天产业的核心技术路线图的确定方法，论述了航天员心理陪护机器人的要求和研究方法，重点分析了非合作目标捕获过程面临的非线性碰撞接触动力学等前沿科学问题和冲击载荷下空间漂浮系统的稳定控制等关键技术；并针对未来空间装备巨型化趋势，介绍了大型机械臂研制、多机器人协调和大延迟下对机器人系统智能

2、化的研究进展。关键词：在轨服务；非合作目标捕获；航天机器人；航天员陪护；多机器人协调中图分类号：Ｖ１１文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１６）０１-０００９-０７ProgressandKeyTechnologiesinSeveralFrontiersofSpaceRobotsＤＡＩＺｈｅｎｄｏｎｇ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＢｉｏ-ｉｎｓｐｉｒｅｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＳｕｒｆａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅｓｐｅｃｉ

3、ａｌｓｐａｃｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｏｎ-ｏｒｂｉｔｔａｓｋｓｍａｋｅｔｈｅｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｖｅｒｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｇｒｏｕｎｄｒｏｂｏｔｓ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｒｏａｄｍａｐｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｔｈｅｓｐａｃｅｉｎｄｕｓｔｒｙｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｐｓｙｃｈｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｍｐａｎｉｏｎｒｏｂｏｔｆｏｒａｓｔｒｏｎａｕｔｓｄｕｒｉｎｇｍａｎｎｅｄｓｐａｃｅｆｌｉｇｈｔｗｅｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓ

4、ｓｅｄ．Ｔｈｅｆｒｏｎｔｉｅｒｉｓｓｕｅｓａｎｄｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｍｐａｃｔｃｏｎｔａｃｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃａｐｔｕｒｅｏｆｎｏｎ-ｃｏ-ｏｐｅｒａｔｉｖｅｔａｒｇｅｔａｎｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｆｌｏａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｆｔｅｒｉｍｐａｃｔｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｔｒｅｎｄｏｆｓｐａｃｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｓｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｓｉｚｅ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｌａｒｇｅｍａｎｉｐｕｌａ-ｔｏｒｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ

5、ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ-ｒｏｂｏｔｓａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｌｏｎｇｄｅｌａｙｗａｓｉｎ-ｔｒｏｄｕｃｅｄ．Keywords：ｏｎ-ｏｒｂｉｔｓｅｒｖｉｃｉｎｇ；ｃａｐｔｕｒｅｏｆｎｏｎ-ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｔａｒｇｅｔ；ｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｓ；ａｓｔｒｏｎａｕｔｓｅｓｃｏｒｔ；ｍｕｌｔｉ-ｒｏｂｏｔｓｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ核心技术，奠定了空间站建造的基础能力。２０１０１引言年９月国家批准载人空间站工程，随着工程的进空间机器人是为适应航天任务的变化而发展展，未来空间站检测维护、航天员作业辅助等任［３］起来的，涉及空间站建

6、设维护、在轨服务、航天员务，对空间机器人提出了新的技术需求。此［１-２］作业辅助到对非合作目标作业的各个方面。外，随着我国高价值航天器的发射、在轨运行，受１９９２年我国启动了载人航天工程，已成功实现５燃料耗尽、空间碎片和故障等的影响，这些空间资次无人飞船飞行和５次载人飞行，掌握了载人天产的维护和能力保障必将成为提高航天效率、保地往返、航天员出舱活动和空间交会对接相关的障航天器能力的重要议题。在轨服务技术可提高收稿日期：２０１５-１１-１０；修回日期：２０１５-１２-１２基金项目：国家自然科学基金重点项目（５１４３５００８）；基本科研业务项目（３０８２０１３ＮＰ２０１３５０２）作者简

7、介：戴振东（１９６２－），男，博士，教授，研究方向为仿生结构与材料、特别是仿壁虎干黏附技术及其航天应用。Ｅ-ｍａｉｌ：ｚｄｄａｉ＠ｎｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ１０载人航天第２２卷航天器运行可靠性，降低总体研制运行成本；利用需要付出巨大的代价。在空间站上，为保障航天在轨维修代替整星替换，提高航天器研制效率；在员安全所付出的成本非常高，同时航天员出舱作轨制造、组装技术实现航天器的优化设计；空间碎业也具有风险高、效率低、作业时间短等特点，发片移除、辅助离轨、在轨维修等商业应用；促