來自英國林肯大學的創新機器人系統能夠在太空中 "行走"，并巧妙地執行復雜的在軌組裝任務，包括安裝和維護一個具有25米孔徑的太空望遠鏡，這被認為是探索宇宙的未來。

經驗之談

雖然到目前為止，由宇航員自己在航天器外進行的活動對在軌系統和設備的服務和維護具有戰略意義，但由于對日益復雜的基礎設施的需要，它們在未來將被自主機器人系統所取代。

鑒于這種需要，林肯自主系統中心正在對E-Walker步行機器人進行重新設計，目的是有朝一日用它來組裝比目前大得多的太空望遠鏡。

目前，新模型（一個小規模的原型）正在進行實驗驗證，以驗證其有效性。下一步的研究將看到它的全面設計和開發一個小規模的原型，用于地面任務，包括維護風力渦輪機。

處理用于建設空間基礎設施的機器人技術，暗示了未來在軌任務范圍的擴大，技術上越來越先進的系統和設備，以及越來越重要的尺寸，將通過在航天器外進行的車外活動（EVA）在原地組裝、安裝和維護。

多年來，艙外活動已被證明是有用的--僅舉幾個例子--在國際空間站的服務和維護任務中，以及在哈勃太空望遠鏡上安裝校正光學器件中，該望遠鏡是專門設計用來由宇航員直接在軌道上進行操作和修改的。

然而，英國林肯大學林肯自主系統中心的研究人員在2022年10月14日發表在《機器人和人工智能前沿》上的研究報告《用于太空裝配任務的行走機器人操縱器的設計工程》中指出，"太空是一個極端的環境，不斷使艙外作業面臨風險，因此，就涉及開發復雜的大規模基礎設施的未來任務而言，諸如在軌裝配和維護的操作將遠遠超出人類的能力，需要自主機器人。

世界各地的空間機構正在研究的復雜基礎設施中，有一個比哈勃及其繼任者（詹姆斯-韋伯望遠鏡）更大的望遠鏡，這將促進一系列具有非凡科學價值的天文任務，旨在更深入地審視宇宙。

讓我們看看--通過采用先進的機器人解決方案--根據林肯中心團隊的說法，有可能從想法和概念到模擬能夠在這樣的項目中工作的機器。

用于空間基礎設施的機器人技術：超越第一版E-Walker機器人

關于空間基礎設施的機器人技術問題，2020年進行的研究--英國研究人員解釋說--已經集中于設計一種名為E-Walker的行走機器人，作為有效組裝大口徑空間望遠鏡的潛在候選者。"行走機器人"（不要與 "仿人機器人 "相混淆）是指配備有運動裝置的機器人系統，使其能夠 "行走"，在限定空間內移動。

第一個版本的 E-Walker 步行機器人的不同應用及其配置的概述（來源：“為太空裝配任務設計一個步行機器人機械手”——林肯大學）

來自林肯自主系統中心的團隊的工作提出了一個更新的E-Walker設計，使其能夠在軌道上組裝一個孔徑（指采光區的直徑）為25米的空間望遠鏡。

特別是，一個負責在太空中安裝如此大的設備的機器人需要精確的特性，首先是超越單純的 "常規太空行走 "的技能，有利于機動性。

因此，新E-Walker的原型擁有四個肢體，具有七個不同程度的運動能力，使其能夠移動到特定表面內的不同點，以執行多種任務。

兩個肢體--胳膊和腿--都配備了一個 "鎖扣末端效應"（LEE），以便鎖住望遠鏡和航天器平臺上的門。

"擬議的新模型的設計和移動能力提供了比傳統基礎上的固定機器人機械手大得多的工作空間。此外，研究人員指出，所提出的設計可以被視為未來項目的基礎，例如用于設計孔徑達100米的空間望遠鏡。

用于空間基礎設施的機器人技術：重點是設計工程

在太空中建造基礎設施的機器人方面，對行走機器人E-Walker的重新審視涉及到深入的設計，以優化關節連接和快速行動參數。

這使得機器人能夠從表面的一端走到另一端，肩部、肘部和腕部關節保持一致，以實現平穩和對稱的運動。

談到對稱性，研究小組指出，在機器的七個運動度能力中，有 "三個革命性的關節：一個在肩部，一個在手腕，一個在肘部"，所有這三個關節都能夠在組裝的每個階段與航天器的望遠鏡和平臺接觸。

"基地上的固定機器人機械手將需要一個全長的跨度來進行25米望遠鏡的組裝。作者指出："相反，新的E-Walker的尺寸可以減少，這取決于連接點的可用性和有效載荷的大小。

該系統將能夠延長任務的生命周期，即使在組裝后也能進行日常維護和服務環節，以及在地球上進行服務、維護和組裝操作，包括風力渦輪機的操作。

最后，讓我們記住，所設計的是一個原型，目前正在進行實驗驗證，以確認其有效性。

未來的研究

林肯大學關于在太空中建造基礎設施的機器人的研究代表了未來研究的一個起點，該研究側重于為日益復雜的在軌任務設計機器，首先是涉及的系統數量。

作者說，下一步將看到全面設計規格的最終確定（目前的設計只是一個小規模的原型）。此外，"一個用于陸地任務的小規模E-Walker原型正在開發中"。

他們解釋說，這個原型，"可以在存在外部干擾和參數不確定性的情況下，通過穩健的空間控制器和精確的聯合跟蹤進行測試"。

鑒于對此事的極大興趣，該部門的空間機構和行業已經開始為未來的軌道機器人任務開發自己的地圖，以至于 ，在未來五到十年內研究人員有望開始工作以攜帶進一步開發機器人解決方案（例如 E-Walker）的評估和可行性，包括其偵察任務的原型設計，涉及孔徑為 2.5 至 5 米的太空望遠鏡。