航天機(jī)器人技術(shù)促進(jìn)海洋探測(cè)

航天機(jī)器人技術(shù)促進(jìn)海洋探測(cè)

最初為幫助宇航員進(jìn)行失重訓(xùn)練而開發(fā)的水下機(jī)器人，目前正在地中海進(jìn)行測(cè)試。未來，這樣的機(jī)器人有望在海底執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，如搜尋失事飛機(jī)的黑匣子、地質(zhì)勘探，以及保護(hù)和發(fā)掘古代海盜沉船遺址等。

在國(guó)際空間站中，機(jī)器人正發(fā)揮著越來越重要的作用。例如，當(dāng)宇航員需要進(jìn)行一項(xiàng)微小的維修任務(wù)時(shí)，機(jī)械臂可將相關(guān)的工具遞給他們。但是，在失重狀態(tài)下，人與機(jī)器人的合作可能會(huì)存在一定的障礙。比如，如果宇航員使用機(jī)械臂不熟練，不能及時(shí)抓取其遞送過來的工具，這些工具就會(huì)散落在太空中，宇航員的工作也將受到影響。因此，歐空局（ESA）在決定制造機(jī)器人助手之前，希望能夠先研究出一種訓(xùn)練方法，讓宇航員在離開地球前完成相關(guān)訓(xùn)練，以幫助他們熟練地在太空中使用和抓握工具。

ESA與意大利泰雷茲·阿萊尼亞宇航公司合作，制造出一款三臂機(jī)器人——Eurobot，并將其置于一個(gè)游泳池中，模擬失重環(huán)境，供宇航員進(jìn)行機(jī)器人作業(yè)訓(xùn)練。意大利Graal技術(shù)公司在機(jī)器人控制器開發(fā)方面經(jīng)驗(yàn)豐富，并為該三臂機(jī)器人的開發(fā)提供了幫助。他們開發(fā)的機(jī)器人產(chǎn)品擁有3個(gè)機(jī)械臂，每個(gè)機(jī)械臂既可作為步足執(zhí)行行走任務(wù)，也可用作抓手完成抓取動(dòng)作。然后，研究人員為機(jī)器人安裝了氣囊裝置，為每個(gè)機(jī)械臂添加很多“脂肪”，最后，該機(jī)器人看起來像“米其林人”一樣。但這樣制造出來的機(jī)器人每一部分都有中性浮力，體積龐大，操作困難。

為了解決這個(gè)問題，Graal技術(shù)公司的研究人員對(duì)其運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行了優(yōu)化，引入了“蟹行”方式，為機(jī)械臂提供了運(yùn)動(dòng)所需的空間。這種設(shè)計(jì)解決了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)問題。自此，Graal技術(shù)公司的機(jī)器人在位于德國(guó)科隆的ESA歐洲宇航員中心用于宇航員訓(xùn)練。

▲ 水下機(jī)器人

在航天領(lǐng)域的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)引領(lǐng)Graal技術(shù)公司走向海洋探索領(lǐng)域。2006年，ESA的項(xiàng)目結(jié)束后，Graal技術(shù)公司的研究人員意識(shí)到ESA宇航員機(jī)器人技術(shù)在水下機(jī)器人領(lǐng)域的商業(yè)化潛力，研究方向開始向水下空間探索領(lǐng)域轉(zhuǎn)移。在歐洲委員會(huì)的資助下，Graal技術(shù)公司開始實(shí)施宇航員機(jī)器人技術(shù)的商業(yè)化轉(zhuǎn)化工作。市場(chǎng)上現(xiàn)有的水下機(jī)器人大多是靠液壓驅(qū)動(dòng)的，雖然液壓能夠提供能量，但其精細(xì)控制性能相對(duì)較差。Graal技術(shù)公司的機(jī)器人靠電力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)具有精細(xì)運(yùn)動(dòng)和靶向行動(dòng)的能力。

意大利熱那亞大學(xué)的教授Giuseppe Casalino率先提出了合作請(qǐng)求。Giuseppe Casalino教授希望建立一個(gè)機(jī)器人原型，未來用于海底考古或者搜尋失事飛機(jī)的黑匣子。他非常喜歡Graal技術(shù)公司為Eurobot開發(fā)的機(jī)械臂，因?yàn)槠淠軌蛟诓唤档蛷?qiáng)度的情況下精確地執(zhí)行任務(wù)。

▲ ESA宇航員利用Eurobot進(jìn)行訓(xùn)練

目前，執(zhí)行重型任務(wù)的機(jī)器人通常需使用強(qiáng)度較高、形體笨重的液壓機(jī)械臂，而生物學(xué)家和考古學(xué)家所使用的機(jī)械臂則擅長(zhǎng)完成非常精細(xì)的工作。Giuseppe Casalino教授希望開發(fā)出介于兩者之間的產(chǎn)品。作為歐洲委員會(huì)資助項(xiàng)目的一部分，Graal技術(shù)公司與Giuseppe Casalino教授及其團(tuán)隊(duì)開展了合作。研究人員將Graal技術(shù)公司的“宇航員機(jī)器人機(jī)械臂”與水下裝置相結(jié)合，創(chuàng)建了一種可以在水下完成不同抓取任務(wù)的自動(dòng)化系統(tǒng)。該裝置在巴利阿里群島附近的地中海海域成功進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試深度約為10m～30m。

▲ Graal技術(shù)公司與ESA合作開發(fā)的Eurobot三臂機(jī)器人

現(xiàn)在，意大利馬里斯國(guó)家項(xiàng)目正在測(cè)試2個(gè)配有這種最初為宇航員訓(xùn)練開發(fā)的特殊機(jī)械臂裝置。在水下，這些機(jī)械臂能夠抓取大型的物體，巧妙地對(duì)其進(jìn)行操作，并能夠?qū)⑵鋸囊粋€(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方。此外，即將開展的一項(xiàng)石油和天然氣勘探項(xiàng)目也將配備一個(gè)或兩個(gè)機(jī)械臂產(chǎn)品。據(jù)稱，這種機(jī)械臂有利于在油氣開采工業(yè)中降低成本，因此，具有廣闊的商業(yè)化應(yīng)用前景。下一步，這些機(jī)械臂將在北海或地中海約500m深度的海域進(jìn)行為期一年的測(cè)試。

最后，歐洲委員會(huì)還將資助一個(gè)水下開采項(xiàng)目——Robust，也將使用這種機(jī)械臂。因此，該機(jī)械臂在水下資源開采領(lǐng)域具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

研究人員指出，水下工作遇到的挑戰(zhàn)類似于在太空中遭遇的問題。他們相信，未來，水下機(jī)器人將替代潛水員執(zhí)行多種危險(xiǎn)任務(wù)，如維護(hù)近海海洋植物和檢查海底管道等。

Graal技術(shù)公司從與ESA在航天機(jī)器人的開發(fā)合作項(xiàng)目中獲得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，這一合作經(jīng)歷又在水下機(jī)械手的開發(fā)應(yīng)用中發(fā)揮了核心作用，對(duì)于Graal技術(shù)公司的發(fā)展起到了重要的作用。

（唐甜）

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