美国《欧亚评论》杂志网站近日发布的题为《精密控制轻型太空机器人横空出世》的文章称，机器人已经进入太空。从月球上的着陆器到火星上的火星车等等，机器人是太空探索的最佳选手：它们能够承受极端环境，同时不知疲倦地以完全相同的方式不断重复同样的任务。
文章称，就像地球上的机器人一样，它们既能完成危险的工作，也能完成乏味的工作，从太空行走到清洁航天器的表面。随着太空任务越来越多，科学研究领域越来越广，对设备的需求越来越多，因此需要一种能够在人类难以操纵的环境中进行操作的轻型机器人手臂。
然而，能够在地球上操纵这种手臂的控制机制，到了太空环境中却不一定可行，因为地球的操作平面是平的，而太空中的环境则是不可预测和多变的。为了解决这个问题，哈尔滨工业大学机电工程与自动化学院的研究人员研发出了一条重9.23公斤、尺寸约为一个1岁婴儿大小的机械臂，它能够承载接近其自重四分之一的重量，能够根据环境实时调整自身位置和速度。
哈尔滨工业大学机电工程与自动化学院、机器人技术与系统国家重点实验室教授徐文福说：“机械臂的重量和尺寸都有严格限制，空间操作中控制方法的可靠性和安全性有着极高的要求，为了解决这些问题，我们研制了一种轻型太空机械臂，并提出了一种新的控制方法。”
这样的机械臂在操作时需要施加恒定的力量控制。
徐文福说：“就平面的恒定控制而言，控制力的方向是恒定的，但就未知环境中的曲面而言，其法向矢量往往会实时变化，所以传统方法行不通。为了克服这一困难，我们提出了集成自适应导引控制，可以实现对机械臂末端所需位置的实时修正，从而达到充分接触并实现恒定力控制。”
把它与在一张纸上的划线进行比较。当纸张放在平坦的桌面上时，保持整条线的压力就更为容易。如果是在一个包裹在弹球纸上的张上画同样的线，就要困难得多，需要进行具体的计算才能理解球的运动，还要根据笔和球的位置施加多大压力。
为了保持太空机械臂的力控处于恒定状态，研究人员采用了一种控制方法，这种方法不需要进行稳态修正，而稳态修正是在已知环境下控制系统的一个关键组成部分。稳态修正在整个运动过程中对潜在的错误进行修正，在可以预测的环境下，这种方法可以解决问题。例如，如果机械臂知道办公桌的表面粗糙不平，而强大的压力会导致纸张撕裂，就可以减轻笔的压力以保持一个恒定的线条。但是，当表层发生改变且不可预测时，保持恒定的修正状态会导致更多的错误，因为并非所有的修正措施都能解决所有的错误。
研究人员测试了这种轻型机械臂的控制法，发现即便是在未知的表面上，这种机械臂的调整速度也快于传统手段操控的机械臂，跟踪效果足够稳定，可以予以实际应用。
徐文福说：“利用拟建的轻型空间机械手和集成自适应导引控制方法，可以解决在轨维护中的实际问题，比如空间目标捕获、在轨组装、在轨维修等。”
据徐介绍，这项研究可以作为未来轻型机械臂设计的参考，而控制方法则可以应用于机器人表面磨床和抛光器的加工过程。（编译/杨柯）
来源：参考消息网
