你心目中的太空機器人長啥樣？

老科幻迷們可能會想起 1972 年電影《宇宙靜悄悄》中的雙足機器人，它們的日常工作中就是在宇宙飛船的外部進行維護。作為科幻界的代表元素，機器人與太空，似乎有著天然的相配感。

擁有鋼筋鐵骨、靈活大腦、強勁身手的機器人，相比于人類來說無疑更能適應(yīng)太空的環(huán)境和作業(yè)。

為了給宇航員在太空作業(yè)時提供更有效的支持，近日，意大利理工學(xué)院的研究人員實現(xiàn)了一個用于空間應(yīng)用的新型機器人平臺原型。

這個機器人被命名為 MARM（多臂可移動機械手），具有三個肢體，可用于行走、移動、抓取和運輸有效載荷模塊，同時在微重力環(huán)境下可在空間基礎(chǔ)設(shè)施上自行重新定位。這款機器人旨在幫助宇航員在太空中或未來在其他星球上組裝和維護基礎(chǔ)設(shè)施。

據(jù)悉，該平臺由IIT與Leonardo S.p.A和GMV合作設(shè)計和制造，并由歐洲航天局（ESA）提供資助。

▍三條腿的太空“打工人”

空間探索領(lǐng)域的機器人應(yīng)用為新平臺的開發(fā)提供了獨特的環(huán)境、條件和機會。事實上，雖然地球上機器人控制、運動和操縱所需的技術(shù)相當(dāng)先進，但微重力等軌道環(huán)境條件對機器人研究提出了新的挑戰(zhàn)。

為了解決宇航員安裝、檢查、維護和修理空間基礎(chǔ)設(shè)施的難題，IIT 的研究人員研發(fā)的MARM能夠抓取、運輸和組裝模塊，同時在空間基礎(chǔ)設(shè)施上移動。

MARM 機器人由一個六邊形的中央骨盆基座、三條機械腿和一個用于供電和發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的對接設(shè)備組成。

也許你會疑問，比起現(xiàn)有的多采用四至六條腿結(jié)構(gòu)的陸地可移動機器人，這些機器人的步態(tài)更穩(wěn)定，為什么MARM卻只有三條機械腿？

其實，額外的腿不但會增加重量，反倒會增加將MARM送入太空的制造與維護成本。

研發(fā)團隊考慮到MARM本身在低重力環(huán)境下工作，因此三條腿足以讓它進行移動和其他功能操作。雖然這個造型雖然看著有些奇怪，但它可是嚴格按照計算設(shè)計方法構(gòu)建而成。

團隊在研究過不同的運動學(xué)模型后，得出了關(guān)于MARM的肢體、連接結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)的長度及構(gòu)造的最佳數(shù)值，并且研究人員們在有重力和無重力的情況下，對運動學(xué)和運輸/操作能力都進行過基礎(chǔ)測試，充分的考慮并優(yōu)化了機器人的移動性和靈活性能。

MARM 通過它的三條腿四處移動，只要給它配備適當(dāng)?shù)墓ぞ撸�它就有足夠的靈活性自行進行維修作業(yè)，而宇航員可以安全地留在空間站或航天器內(nèi)。

在微重力的空間站或太空船外部工作時，它會用兩條腿抓住上面的標準連接點，便于自己在上面爬行，再用另一條腿攜帶各種有效載荷。

它還可以組裝和定位組件（特別是模塊化六邊形瓷磚，寬 1.2 米，厚 0.2 米，重約12 公斤）并操縱所軌道置換裝置（ORU）。

▍強大的運動和操縱靈活性

與之前開發(fā)的太空機器人相比，MARM在技術(shù)上采用了三條器械腿與中央骨盆基座相連，可能是最主要的區(qū)別。

擁有三條腿的MARM 每條機械腿都具備六個自由度，被賦予了更大的運動和操縱靈活性，同時也讓機器人具有了更廣泛的操縱范圍。

此外，由于三肢的設(shè)計，機器人能夠在就位后進行全身運動，用于錨固的肢體可以通過調(diào)整MARM中央骨盆底座方便組裝操作，減少傳遞到站架的力。這是擁有多個肢體而不是使用同一個肢體進行爬行和組裝的主要優(yōu)勢之一。

相比其他的太空機器人，MARM的更大優(yōu)勢是不受重力影響，即使在相對高重力的環(huán)境下也能良好運行，這意味著將來它可能在各類大小型行星上工作。根據(jù)研發(fā)團隊設(shè)想的場景，MARM 平臺將能夠通過其機電和控制組件，以及感知系統(tǒng)和輸入/輸出的持續(xù)交換，從倉庫拾取有效載荷，在攜帶它的同時重新定位，并且將其組裝在所需位置。

從目前的設(shè)計來看，無論是航天器維修、還是設(shè)備的安裝與維護，MARM機器人已經(jīng)能夠代替人類完成許多工作。接下來，MARM機器人平臺原型將會在物理模擬器中進行評估測試，以便在開發(fā)符合太空條件的正式版本之前確定這種機器人方案的可行性。

如此看來，阿西莫夫科幻小說中「機器人+太空旅行」的組合，正在逐步成為現(xiàn)實。