航天機器人技術促進海洋探測

航天機器人技術促進海洋探測

最初為幫助宇航員進行失重訓練而開發的水下機器人，目前正在地中海進行測試。未來，這樣的機器人有望在海底執行復雜的任務，如搜尋失事飛機的黑匣子、地質勘探，以及保護和發掘古代海盜沉船遺址等。

在國際空間站中，機器人正發揮著越來越重要的作用。例如，當宇航員需要進行一項微小的維修任務時，機械臂可將相關的工具遞給他們。但是，在失重狀態下，人與機器人的合作可能會存在一定的障礙。比如，如果宇航員使用機械臂不熟練，不能及時抓取其遞送過來的工具，這些工具就會散落在太空中，宇航員的工作也將受到影響。因此，歐空局（ESA）在決定制造機器人助手之前，希望能夠先研究出一種訓練方法，讓宇航員在離開地球前完成相關訓練，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，制造出一款三臂機器人——Eurobot，并將其置于一個游泳池中，模擬失重環境，供宇航員進行機器人作業訓練。意大利Graal技術公司在機器人控制器開發方面經驗豐富，并為該三臂機器人的開發提供了幫助。他們開發的機器人產品擁有3個機械臂，每個機械臂既可作為步足執行行走任務，也可用作抓手完成抓取動作。然后，研究人員為機器人安裝了氣囊裝置，為每個機械臂添加很多“脂肪”，最后，該機器人看起來像“米其林人”一樣。但這樣制造出來的機器人每一部分都有中性浮力，體積龐大，操作困難。

為了解決這個問題，Graal技術公司的研究人員對其運動模式進行了優化，引入了“蟹行”方式，為機械臂提供了運動所需的空間。這種設計解決了機器人的運動問題。自此，Graal技術公司的機器人在位于德國科隆的ESA歐洲宇航員中心用于宇航員訓練。

▲ 水下機器人

在航天領域的研發經驗引領Graal技術公司走向海洋探索領域。2006年，ESA的項目結束后，Graal技術公司的研究人員意識到ESA宇航員機器人技術在水下機器人領域的商業化潛力，研究方向開始向水下空間探索領域轉移。在歐洲委員會的資助下，Graal技術公司開始實施宇航員機器人技術的商業化轉化工作。市場上現有的水下機器人大多是靠液壓驅動的，雖然液壓能夠提供能量，但其精細控制性能相對較差。Graal技術公司的機器人靠電力進行驅動，同時具有精細運動和靶向行動的能力。

意大利熱那亞大學的教授Giuseppe Casalino率先提出了合作請求。Giuseppe Casalino教授希望建立一個機器人原型，未來用于海底考古或者搜尋失事飛機的黑匣子。他非常喜歡Graal技術公司為Eurobot開發的機械臂，因為其能夠在不降低強度的情況下精確地執行任務。

▲ ESA宇航員利用Eurobot進行訓練

目前，執行重型任務的機器人通常需使用強度較高、形體笨重的液壓機械臂，而生物學家和考古學家所使用的機械臂則擅長完成非常精細的工作。Giuseppe Casalino教授希望開發出介于兩者之間的產品。作為歐洲委員會資助項目的一部分，Graal技術公司與Giuseppe Casalino教授及其團隊開展了合作。研究人員將Graal技術公司的“宇航員機器人機械臂”與水下裝置相結合，創建了一種可以在水下完成不同抓取任務的自動化系統。該裝置在巴利阿里群島附近的地中海海域成功進行了測試，測試深度約為10m～30m。

▲ Graal技術公司與ESA合作開發的Eurobot三臂機器人

現在，意大利馬里斯國家項目正在測試2個配有這種最初為宇航員訓練開發的特殊機械臂裝置。在水下，這些機械臂能夠抓取大型的物體，巧妙地對其進行操作，并能夠將其從一個地方移動到另一個地方。此外，即將開展的一項石油和天然氣勘探項目也將配備一個或兩個機械臂產品。據稱，這種機械臂有利于在油氣開采工業中降低成本，因此，具有廣闊的商業化應用前景。下一步，這些機械臂將在北海或地中海約500m深度的海域進行為期一年的測試。

最后，歐洲委員會還將資助一個水下開采項目——Robust，也將使用這種機械臂。因此，該機械臂在水下資源開采領域具有較為廣闊的應用前景。

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

Graal技術公司從與ESA在航天機器人的開發合作項目中獲得了寶貴的經驗，這一合作經歷又在水下機械手的開發應用中發揮了核心作用，對于Graal技術公司的發展起到了重要的作用。

（唐甜）

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