意大利理工學(xué)院新型三足機(jī)器人問(wèn)世，太空中“搬磚”也可以很靈活

你心目中的太空機(jī)器人長(zhǎng)啥樣？

老科幻迷們可能會(huì)想起 1972 年電影《宇宙靜悄悄》中的雙足機(jī)器人，它們的日常工作中就是在宇宙飛船的外部進(jìn)行維護(hù)。作為科幻界的代表元素，機(jī)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(qiáng)勁身手的機(jī)器人，相比于人類來(lái)說(shuō)無(wú)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(shí)提供更有效的支持，近日，意大利理工學(xué)院的研究人員實(shí)現(xiàn)了一個(gè)用于空間應(yīng)用的新型機(jī)器人平臺(tái)原型。

這個(gè)機(jī)器人被命名為 MARM（多臂可移動(dòng)機(jī)械手），具有三個(gè)肢體，可用于行走、移動(dòng)、抓取和運(yùn)輸有效載荷模塊，同時(shí)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(jī)器人旨在幫助宇航員在太空中或未來(lái)在其他星球上組裝和維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施。

據(jù)悉，該平臺(tái)由IIT與Leonardo S.p.A和GMV合作設(shè)計(jì)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(jī)器人應(yīng)用為新平臺(tái)的開發(fā)提供了獨(dú)特的環(huán)境、條件和機(jī)會(huì)。事實(shí)上，雖然地球上機(jī)器人控制、運(yùn)動(dòng)和操縱所需的技術(shù)相當(dāng)先進(jìn)，但微重力等軌道環(huán)境條件對(duì)機(jī)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(hù)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(yùn)輸和組裝模塊，同時(shí)在空間基礎(chǔ)設(shè)施上移動(dòng)。

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

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

其實(shí)，額外的腿不但會(huì)增加重量，反倒會(huì)增加將MARM送入太空的制造與維護(hù)成本。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(jìn)行移動(dòng)和其他功能操作。雖然這個(gè)造型雖然看著有些奇怪，但它可是嚴(yán)格按照計(jì)算設(shè)計(jì)方法構(gòu)建而成。

團(tuán)隊(duì)在研究過(guò)不同的運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)度及構(gòu)造的最佳數(shù)值，并且研究人員們?cè)谟兄亓�和無(wú)重力的情況下，對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和運(yùn)輸/操作能力都進(jìn)行過(guò)基礎(chǔ)測(cè)試，充分的考慮并優(yōu)化了機(jī)器人的移動(dòng)性和靈活性能。

MARM 通過(guò)它的三條腿四處移動(dòng)，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(jìn)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(shí)，它會(huì)用兩條腿抓住上面的標(biāo)準(zhǔn)連接點(diǎn)，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(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)和操縱靈活性

與之前開發(fā)的太空機(jī)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(jī)械腿都具備六個(gè)自由度，被賦予了更大的運(yùn)動(dòng)和操縱靈活性，同時(shí)也讓機(jī)器人具有了更廣泛的操縱范圍。

此外，由于三肢的設(shè)計(jì)，機(jī)器人能夠在就位后進(jìn)行全身運(yùn)動(dòng)，用于錨固的肢體可以通過(guò)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(gè)肢體而不是使用同一個(gè)肢體進(jìn)行爬行和組裝的主要優(yōu)勢(shì)之一。

相比其他的太空機(jī)器人，MARM的更大優(yōu)勢(shì)是不受重力影響，即使在相對(duì)高重力的環(huán)境下也能良好運(yùn)行，這意味著將來(lái)它可能在各類大小型行星上工作。根據(jù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)想的場(chǎng)景，MARM 平臺(tái)將能夠通過(guò)其機(jī)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(cāng)庫(kù)拾取有效載荷，在攜帶它的同時(shí)重新定位，并且將其組裝在所需位置。

從目前的設(shè)計(jì)來(lái)看，無(wú)論是航天器維修、還是設(shè)備的安裝與維護(hù)，MARM機(jī)器人已經(jīng)能夠代替人類完成許多工作。接下來(lái)，MARM機(jī)器人平臺(tái)原型將會(huì)在物理模擬器中進(jìn)行評(píng)估測(cè)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(jī)器人方案的可行性。

如此看來(lái)，阿西莫夫科幻小說(shuō)中「機(jī)器人+太空旅行」的組合，正在逐步成為現(xiàn)實(shí)。