月面服务机器人研究进展及发展设想

１ 引言
在我国载人航天工程和月球探测工程之后， 我国基本具备了实施以月球为代表的载人深空探 测的技术条件。 有人参与的深空探测任务发展原 则遵循“ 以有人参与为目的，先期开展多项无人 深空探测任务，将无人与有人深空探测任务融合 发展，逐步突破核心关键技术，带动科学技术的跨 越式发展” ［１］ 。
作为一种典型的空间机器人，月面服务机器 人将在月面作业、月面资源开发利用、科学实验及 建造维修等任务中发挥重要作用。 在已立项的月 球探测工程与未来载人登月工程之间的空档期， 开展持续、高效的月面机器人探测，可完成更广泛 区域的月球科学探测任务，并为载人登月提供科 学与工程数据和先期基础设施。 另一方面，在未 来的载人登月任务中，月面服务机器人可作为航 天员的助手，以人机交互、协作、耦合的方式与航
收稿日期：２０１６⁃０８⁃２４；修回日期：２０１８⁃０１⁃３１ 基金项目：载人航天预先研究项目（０３０６０１） ；民用航天技术预先研究项目（ Ｄ０３０１０３） 第一作者：韩亮亮，男，硕士，高级工程师，研究方向为空间机器人、空间智能操控系统。 Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｈｌｌｒｏｂ＠ １６３． ｃｏｍ
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载人航天
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｕｎａｒ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｒｏｂｏｔ
ＨＡＮ Ｌｉａｎｇｌｉａｎｇ１ ， ＣＨＥＮ Ｍｅｎｇ１ ， ＺＨＡＮＧ Ｃｈｏｎｇｆｅｎｇ２ ， ＺＨＡＮＧ Ｙｕｈｕａ２
（１． Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｈａｎｇｈａｉ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１１０８，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｐａｃｅｆｌｉｇｈｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１１０９，Ｃｈｉｎａ）
第 ２４ 卷
天员组成有机的月面活动系统，结合人的主观性、 智能性及机器人极端环境长时间作业的优点完成 更复杂的月面作业。
本文综述国内外月面机器人的研究进展，分 析月面活动对机器人的需求，并提出月面服务机 器人的发展方向和设想。
２ 月面机器人研究进展
早期的月面机器人通常被简称为月球车，如 美国、前苏联的月球车［２］ 及我国的嫦娥三号巡视 器“ 玉兔” 号［３⁃４］ ， 以及 火 星 巡 视 器 如 “ 索 杰 娜” 、 “勇气”号、“ 机遇” 号及“ 好奇” 等号［５］ ，其典型特 征一般为六轮或八轮的轮式行驶机构及摇臂悬架 系统，在直观上表征为“ 车” 的特征。 随着机器人 技术的发展和进步，各种新型的星表机器人形式 也可考虑用于月球的探测。
（１������ 上海宇航系统工程研究所，上海 ２０１１０８； ２． 上海航天技术研究院，上海 ２０１１０９）
摘要：针对我国后续无人月球探测和载人月球探测中巡视勘察、资源利用、设施建造等任务对 多功能巡视作业功能的月面服务机器人的迫切需求，综述了国内外轮腿式、可重构、仿生、翻滚 式、弹跳式等新概念月面机器人的研究进展；结合无人月球探测及有人月球探测的任务，分析 了月面活动对机器人高效移动、载荷操作、月面组装等需求；在此基础上，提出了月面服务机器 人向轮腿式、可重构、多机协同、人机协作等方面发展的设想。 可为我国后续无人月球探测和 载人月球探测提供参考和借鉴。 关键词：月面机器人；机器人探月；载人月球探测；人机系统；发展设想 中图分类号：Ｖ４２３������ ７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１８）０３⁃０３１３⁃０８
第 ２４ 卷 第 ３ 期 载 人 航 天 Ｖｏｌ． ２４ Ｎｏ． ３
２０１８ 年 ６ 月
Ｍａｎｎｅｄ Ｓｐａｃｅｆｌｉｇｈｔ
Ｊｕｎ． ２０１８
月面服务机器人研究进展及发展设想
韩亮亮１ ，陈 萌１ ，张崇峰２ ，张玉花２
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｆｏｒ ｔｈｅ ｔａｓｋｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ， ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｆａｃｉｌｉｔｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｒｏｂｏｔｉｃ ｏｒ ｍａｎｎｅｄ ｌｕｎａｒ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｓ， ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎ ｌｕｎａｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｒｏｂｏｔｓ． Ｆｉｒｓｔ， ｓｏｍｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｎｏｖｅｌ ｌｕｎａｒ ｒｏｂｏｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｗｈｅｅｌｅｄ⁃ｌｅｇ， ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ， ｂｉｏｎｉｃ， ｒｏｌｌｉｎｇ， ａｎｄ ｊｕｍｐｉｎｇ ｒｏｂｏｔｓ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｔｈｅｎ， ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｎｄ ｍａｎｎｅｄ ｌｕｎａｒ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｍｉｓｓｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄｓ ｏｆ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍｏｂｉｌｉｔｙ， ｐａｙｌｏａｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｕｎａｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｆｏｒ ｌｕ⁃ ｎａｒ ｒｏｂｏｔｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ， ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅｅｌｅｄ⁃ｌｅｇ ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ｌｕｎａｒ ｒｏｂｏｔｓ ｃａ⁃ ｐａｂｌｅ ｏｆ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ｒｏｂｏｔｓ ａｎｄ ａｓｔｒｏｎａｕｔｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｍａｙ ｓｅｒｖｅ ａｓ ａ ｒｅｆ⁃ ｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｕｎｍａｎｎｅｄ ｌｕｎａｒ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎｎｅｄ ｌｕｎａｒ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｕｎａｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｒｏｂｏｔ； ｒｏｂｏｔｉｃ ｌｕｎａｒ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ； ｍａｎｎｅｄ ｌｕｎａｒ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ； ｈｕｍａｎ⁃ｒｏｂｏｔ ｓｙｓｔｅｍ； ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ