空间机器人操作技术研究现状与展望

doi:10.7527/S1000-6893.2024.31556

Abstract

Abstract:

Space robots serve as indispensable tools for executing tasks such as on-orbit servicing， planetary exploration， sample retrieval， and the construction of extraterrestrial facilities. The operational technologies of space robots encompass multiple aspects， such as visual perception， precise modeling， planning and control， human-robot interaction， and multi-robot collaboration. These technologies are essential to ensure the efficient and accurate execution of diverse space operations. This paper systematically reviews representative space robots and their operation technologies world-wide. Key techniques involved in the operation of space robots are analyzed from four perspectives： visual perception and localization in unstructured environments， dynamic modeling of rigid-flexible coupled systems， planning and control under dynamic constraints and limited resources， and human-machine interaction and multi-agent collaborative operations. Furthermore， challenges and future directions for the autonomous and intelligent operation of space robots are discussed in the context of China’‍s evolving deep-space exploration strategies and mission requirements.

Key words: space robots, on-orbit operations, planetary surface operations, visual perception, dynamic modeling, planning and control, human-robot interaction, multi-robot collaboration

CLC Number:

Xilun DING, Yitong CHEN, Chengcai WANG, Kun XU. Research status and prospect of space robot operation technology[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(6): 531556.

Figures/Tables 13

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任务场景	任务类型	任务内容	代表型号	是否发射	发射或项目开始年份	国家或地区
在轨操作	大型重载操作	在轨装配、载荷搬运以及舱外活动支持等	SRMS^［18］	是	1981	加拿大
			SSRMS^［19-23］	是	2001	加拿大
			JERMS^［24-25］	是	2008	日本
			ERA^［26-28］	是	2021	欧洲
			CSSRMS^［29-31］	是	2021	中国
	小型灵巧操作	碎片清理、卫星捕获以及设备维修等	ETS-VII^［34］	是	1997	日本
			FREND^［36-37］	否	2007	美国
			SPDM^［35］	是	2008	加拿大
			Robonaut 2^［41-43］	是	2011	美国
			Robonaut 5^［44-45］	否	2013	美国
			OSAM^［39-40］	否	2015	美国
			RSGS^［38］	否	2016	美国
			遨龙一号^［47-48］	是	2016	中国
			天宫二号机械臂^［49］	是	2016	中国
			Skybot F-850^［46］	是	2019	俄罗斯
星球操作	月面操作	月球探测、采样等	Surveyor系列^［50-52］	是	1966—1968	美国
			Lunokhod1^［53］	是	1970	苏联
			Lunokhod2^［54-55］	是	1973	苏联
			玉兔号^［56-59］	是	2013	中国
			玉兔二号^［60-63］	是	2019	中国
			VIPER^［68］	否	2019	美国
			ARCHES^［69］	否	2019	德国
			PRO-ACT^［70-71］	否	2019	欧洲
			嫦娥五号^［64-66］	是	2020	中国
			嫦娥六号^［67］	是	2024	中国
	火星操作	火星探测、采样等	Sojourner^［72］	是	1997	美国
			Spirit^［73-75］	是	2004	美国
			Opportunity^［73-76］	是	2004	美国
			Phoenix^［77-79］	是	2008	美国
			Curiosity^［80-83］	是	2012	美国
			Perseverance^［84-86］	是	2021	美国
			祝融号^［87-89］	是	2021	中国

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Research status and prospect of space robot operation technology

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