王曉明， 劉占卿， 滕 飛， 侯科文

(北京特種工程設(shè)計研究院， 北京 100028)

1 引言

航天發(fā)射場系統(tǒng)是由為航天器和運(yùn)載器進(jìn)行裝配、測試、轉(zhuǎn)運(yùn)、加注等發(fā)射前準(zhǔn)備與實施發(fā)射控制而建造的一系列功能相關(guān)的地面設(shè)施、設(shè)備所組成的綜合體，是航天發(fā)射、空間應(yīng)用與深空探索的關(guān)鍵起點(diǎn)與重要支撐[1]。 航天發(fā)射場系統(tǒng)涉及多個專業(yè)與學(xué)科，涵蓋大量通用/專用技術(shù)設(shè)備，相應(yīng)的操作與運(yùn)維種類繁多，工作量大、重復(fù)性強(qiáng)、危險性高、人員密集。 目前，發(fā)射場系統(tǒng)從產(chǎn)品進(jìn)場、測試、轉(zhuǎn)運(yùn)直至進(jìn)入發(fā)射流程的工作以及日常地面設(shè)施設(shè)備的運(yùn)維管理等基本依賴人力完成，信息化與智能化程度較低，不利于航天發(fā)射場無人值守的實現(xiàn)[2]。

當(dāng)前，世界航天強(qiáng)國對發(fā)射場的建設(shè)與運(yùn)維均提出了信息化與智能化的要求。 NASA 在其發(fā)布的2020 版NASA 技術(shù)路線圖中明確指出發(fā)射場智能化建設(shè)需求，并著重提出機(jī)器人技術(shù)在航天發(fā)射場系統(tǒng)中的應(yīng)用場景[3]。 國內(nèi)肖力田等[4]提出了智能化發(fā)射場的概念，也指出了機(jī)器人及技術(shù)在航天發(fā)射場中的重要作用。

特種機(jī)器人是一類面向非制造業(yè)的先進(jìn)機(jī)器人，可根據(jù)特定需求協(xié)助或替代人類完成危險性高、重復(fù)性強(qiáng)等類型的工作，成本更低，危險性更低，效率更高[5]。 相比于工業(yè)機(jī)器人，特種機(jī)器人的種類更多、功能更強(qiáng)，具有復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力、環(huán)境感知能力及自主運(yùn)動與決策能力。 特種機(jī)器人具有多種類型，如探月/火無人車、空間機(jī)械臂、無人飛行器、水下機(jī)器人、巡檢機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、采摘機(jī)器人、安防機(jī)器人等，廣泛應(yīng)用于航天航空、科學(xué)探索、醫(yī)療健康、工業(yè)農(nóng)業(yè)、生活娛樂等多個領(lǐng)域[6]。

本文從航天發(fā)射場運(yùn)行與維護(hù)特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合國內(nèi)外航天領(lǐng)域特種機(jī)器人的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，分析面向發(fā)射場的特種機(jī)器人及其關(guān)鍵技術(shù)。

2 航天發(fā)射場運(yùn)維特點(diǎn)

航天發(fā)射場系統(tǒng)的運(yùn)維具有典型的4D[7－8]特點(diǎn):索然無味(Dull)、不能接觸(Dirty)、非常困難(Difficult)以及十分危險(Dangerous)，如圖1所示。

圖1 航天發(fā)射場運(yùn)維工作Fig.1 Operations and inspections in launch site

1)工作環(huán)境危險性高，特種作業(yè)集中。 航天發(fā)射場涉及的大部分工作內(nèi)容均為高危特種作業(yè)，如高空作業(yè)、防爆檢測、壓力容器作業(yè)、危險化學(xué)品作業(yè)等。

2)運(yùn)維保障工作龐雜，內(nèi)容枯燥重復(fù)。 航天發(fā)射場系統(tǒng)涉及了大量的設(shè)施設(shè)備、管線管路，日常巡檢維護(hù)工作量大、重復(fù)性高，耗時費(fèi)力。

3)設(shè)施設(shè)備超高超大，檢測維護(hù)困難。 發(fā)射場特殊的工作環(huán)境要求，設(shè)施超高、超大，導(dǎo)致安全檢查與應(yīng)急維修困難。

3 特種機(jī)器人在發(fā)射場的應(yīng)用

特種機(jī)器人主要由三大系統(tǒng)組成:運(yùn)動系統(tǒng)、功能系統(tǒng)與人機(jī)交互系統(tǒng)，如圖2 所示。 運(yùn)動系統(tǒng)是實現(xiàn)特種機(jī)器人空間移動的關(guān)鍵部分，主要由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)與驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成，可實現(xiàn)軌道運(yùn)行、空間飛行、攀爬行走、腿/輪/履行走、水下推進(jìn)等多種運(yùn)動方式[9]；功能系統(tǒng)是實現(xiàn)特種機(jī)器人目標(biāo)功能的關(guān)鍵部分，可利用傳感感知系統(tǒng)，對環(huán)境進(jìn)行綜合、全面、多層次的立體感知，并進(jìn)一步通過執(zhí)行器完成特定作業(yè)等其他功能；人機(jī)交互系統(tǒng)利用計算機(jī)處理能力，對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行記憶存儲、累積分析、預(yù)測研判，建立參考與依據(jù)，通過決策系統(tǒng)開展下一步工作。

圖2 特種機(jī)器人系統(tǒng)組成Fig.2 System composition of special robots

特種機(jī)器人在航天領(lǐng)域涉足最深并且應(yīng)用最早，尤其是空間應(yīng)用與空間探索方面。 太空環(huán)境極其惡劣，工作內(nèi)容復(fù)雜困難且危險性高，不適于人類直接接觸與展開工作。 美國、歐洲、日本及加拿大等國家開展了廣泛而深入的研究[10－12]。 空間機(jī)器人是特種機(jī)器人研制與應(yīng)用成果的典型代表。 根據(jù)功能劃分，空間機(jī)器人包括服務(wù)型空間機(jī)器人與探測型空間機(jī)器人，前者包括在軌服務(wù)、空間碎片清理等相關(guān)技術(shù)，目的是延長航天器壽命、解決航天器故障、移除空間碎片、清理廢棄衛(wèi)星等[13]；后者用于載人深空探測的支持、低重力場環(huán)境探測、行星表面任務(wù)等，如月球探索、近地小行星探索、火星無人探測、水星等星體等。 此外，空間機(jī)器人還可用于協(xié)助人類探測星球，管理在軌資源等[14]。

在航天發(fā)射場系統(tǒng)中，國內(nèi)外關(guān)于特種機(jī)器人的應(yīng)用及研究較少。 其研究內(nèi)容及成果集中在基于機(jī)器人技術(shù)的推進(jìn)劑加注的自動對接與脫落技術(shù)。

推進(jìn)劑加注是火箭發(fā)射前的重要環(huán)節(jié)。 加泄連接器的對接與脫離既是加注中的高危險環(huán)節(jié)，又是實現(xiàn)加注過程自動化需解決的首要問題。 運(yùn)載火箭應(yīng)用較多的推進(jìn)劑包括肼類、氮氧化物等常溫推進(jìn)劑與液氫、液氧等低溫推進(jìn)劑[15]，危險性極高。

自動對接技術(shù)是一項涉及火箭結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)、加注系統(tǒng)、連接器等多系統(tǒng)、多學(xué)科高度集成的技術(shù)。 箭體的加注連接主要集中在尾端、腰部及整流罩處等位置。 隨著高度的增加，箭體受外界載荷的影響逐漸加大，產(chǎn)生的晃動量也逐漸增加，因此自動對接技術(shù)需要具備動態(tài)測量、跟蹤、隨動等能力，在動態(tài)對接、隨動過程中又涉及到對接載荷控制、機(jī)構(gòu)可靠性等問題，技術(shù)難度大幅增加[16]。 俄羅斯(蘇聯(lián))、美國、法國、日本等國都積極研制應(yīng)用于推進(jìn)劑加注環(huán)境的對接與脫離自動化技術(shù)，并得到成功應(yīng)用。

俄羅斯(蘇聯(lián))最早開始研究自動對接技術(shù)，實現(xiàn)了運(yùn)載火箭加注連接與脫落的無人值守，如天頂號和聯(lián)盟號。 以天頂號為例，該火箭內(nèi)部設(shè)計了通長的加注管路，使火箭二級、三級連同一級推進(jìn)劑加注口集中在一級尾端[16]，加注口位置晃動很小。 因此，天頂號火箭的自動對接采用了剛性對接技術(shù)，其自動對接系統(tǒng)包括機(jī)械本體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、跟蹤定位機(jī)構(gòu)、氣動系統(tǒng)、觸覺裝置等，這些裝置及導(dǎo)向管裝在滑軌式底座上。 連接過程與脫離過程由發(fā)射設(shè)備遙控系統(tǒng)的中央控制臺控制實現(xiàn)[17－18]。 圖3 為天頂號火箭的自動對接機(jī)構(gòu)。

圖3 天頂號火箭的自動對接機(jī)構(gòu)[17－18]Fig.3 Connector automatic docking mechanism of Zenit[17－18]

美國在運(yùn)載火箭與地面的連接中多采用零秒脫落方式，僅在部分加注位置(如箭體尾端)采用自動對接技術(shù)，如SpaceX 的獵鷹系列火箭，如圖4 左圖所示。 后期基于航天器在軌加注的應(yīng)用需求，美國又開展了遠(yuǎn)程智能臍帶系統(tǒng)、自動化地面臍帶系統(tǒng)等研究，其研究成果可同時用于地面無人加注。 遠(yuǎn)程智能臍帶系統(tǒng)是肯尼迪航天中心與Rohwedder 公司合作開發(fā)，樣機(jī)于2002 年交付給NASA，如圖4 右圖所示。 對接系統(tǒng)在托盤處設(shè)置傳感器探頭，可實時檢測箭體在風(fēng)載下的晃動情況，數(shù)據(jù)傳遞給遠(yuǎn)程控制中心，通過高精度伺服電機(jī)完成連接器位置的調(diào)整，保持與箭體相對固定。該系統(tǒng)應(yīng)用于美國下一代運(yùn)載火箭，可以在任何時刻完成與箭體的對接、分離與再對接[19]。

圖4 美國火箭的自動對接機(jī)構(gòu)[19]Fig.4 Connector automatic docking mechanism of USA[19]

在法國庫魯發(fā)射場總裝測試廠房內(nèi)，阿里安V 火箭上面級氫氧加注連接器是通過2 組臍帶機(jī)械臂完成自動對接的，該連接器隨著機(jī)械臂在發(fā)射前約4 s 時實現(xiàn)自動脫落[20]，如圖5 所示。

圖5 法國機(jī)械臂式自動對接機(jī)構(gòu)[20]Fig.5 Connector automatic docking mechanism of mechanical arm of France[20]

日本H-IIA 火箭一級加注連接器采取底部垂直自動對接、提前脫落形式，利用球閥隔絕空氣的方式使其具備二次對接功能[16，21]，二級加注連接器于總裝測試廠房內(nèi)人工對接，發(fā)射時零秒脫落。

目前，中國運(yùn)載火箭推進(jìn)劑加注過程中加泄連接器與箭體活門的對接與撤收工作仍采用人工方式完成。 隨著新一代運(yùn)載火箭的研制與應(yīng)用以及機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步，北京航天發(fā)射技術(shù)研究所自2001 年起即開展了相關(guān)技術(shù)的研究，在八五期間完成了低溫推進(jìn)劑火箭臍帶自動跟蹤對接機(jī)器人原理樣機(jī)的研制；2020 年8 月完成了運(yùn)載火箭無人值守加注及測試發(fā)射技術(shù)驗證試驗，成功利用視覺單元系統(tǒng)實現(xiàn)加注機(jī)構(gòu)的自動對接與鎖緊。

酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心聯(lián)合上海交大設(shè)計研制了一種能夠與火箭加注口自動對接與撤離的機(jī)器人，如圖6 所示。 該機(jī)器人利用SCARA 機(jī)械臂配合激光雷達(dá)定位系統(tǒng)，實現(xiàn)自動定位與跟蹤。 柔順對接與撤收機(jī)構(gòu)為機(jī)器人與火箭對接的機(jī)械載體，當(dāng)火箭晃動時，能夠避免機(jī)器人的剛性結(jié)構(gòu)對火箭的沖擊[22－23]。

圖6 酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心研制的加注機(jī)器人[22]Fig.6 Propellant loading robot designed by JSLC[22]

4 面向發(fā)射場的特種機(jī)器人及其關(guān)鍵技術(shù)

4.1 特種機(jī)器人的應(yīng)用類型

特種機(jī)器人及技術(shù)所涉及的領(lǐng)域較為廣泛，本文基于發(fā)射場的運(yùn)維特點(diǎn)與無人值守的功能需求，將特種機(jī)器人分為3 類。

1)巡檢類機(jī)器人。 主要適用于巡檢工作量大、環(huán)境復(fù)雜惡劣、甚至具有危險性的場合。 在航天發(fā)射場系統(tǒng)中存在大量的設(shè)備控制房間、高/低壓配電房間、消防泵間、推進(jìn)劑加注庫房，在室外還布置有長距離的各種外線，包含控制、電氣、液壓、暖通、消防等。 根據(jù)作業(yè)環(huán)境，巡檢類機(jī)器人可完成常規(guī)環(huán)境/常規(guī)設(shè)備巡檢工作與特殊環(huán)境/特種設(shè)備巡檢類工作，在有防爆要求的環(huán)境下，采用離線與非接觸方式，利用自身攜帶的傳感設(shè)備，完成視頻采集、圖像與音頻采集、溫濕度采集、煙霧濃度報警、表面檢查、檢漏功能、讀表與記憶、故障定位與處置等。 巡檢類機(jī)器人已經(jīng)較為廣泛應(yīng)用于民用特種行業(yè)，如核電站、變電站、配電室、開關(guān)室、車間、檔案室等[24－26]，也可用于地下管廊、石油化工、煤礦等危險環(huán)境[27－29]。 圖7 為典型的巡檢機(jī)器人。

圖7 巡檢機(jī)器人Fig.7 Inspection robots

2)維護(hù)類機(jī)器人。 主要用于不具備可達(dá)性或者難以達(dá)到的、環(huán)境復(fù)雜、危險性高場合的維修與維護(hù)工作。 航天發(fā)射場系統(tǒng)中的非標(biāo)準(zhǔn)建筑、設(shè)施設(shè)備均具有超高、超大的特征，如發(fā)射塔架、總裝測試廠房及相應(yīng)設(shè)備，部分設(shè)備維護(hù)難度較大，如回轉(zhuǎn)設(shè)備的狀態(tài)檢測與潤滑、推進(jìn)劑儲罐的表面檢測與涂裝、高層封閉板尾焰吹掃破損后修復(fù)、鋼構(gòu)金屬表面的除銹防腐等。 維護(hù)類機(jī)器人應(yīng)具備空間的可達(dá)性，并具備視頻、圖像、音頻與紅外采集功能，攜帶機(jī)械臂等特定設(shè)備，以自行或者遙控方式安全可靠工作。 相比于巡檢類機(jī)器人，維護(hù)類機(jī)器人功能要求更高，并具備問題處理能力，因此研制難度更大，應(yīng)用也相對較少。 目前，維護(hù)類機(jī)器人(如爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人)主要應(yīng)用于船舶表面與壓力容器表面處理、特殊管路的內(nèi)部清洗等場合[30－32]，如圖8 所示。

圖8 爬壁機(jī)器人與管道機(jī)器人Fig.8 Crawling robot and pipe robot

3)特種操作類機(jī)器人。 主要用于環(huán)境惡劣、危險條件下的特種操作活動，如推進(jìn)劑加注/泄回、航天器的吊裝對接及航天器與箭體返回殘骸的搜索等。 目前，特種操作類機(jī)器人主要為推進(jìn)劑加注/泄回相關(guān)的機(jī)器人。 此外，塔式起重機(jī)與室內(nèi)移動式起重機(jī)也屬于應(yīng)用于航天發(fā)射場的特種操作類機(jī)器人。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)

為了降低人員危險性與操作困難度，需要增強(qiáng)特種機(jī)器人及其搭載設(shè)備的工作能力，包括腐蝕高效無損檢測、低溫泄露安全監(jiān)測、航天器智能吊裝、加注連接器自動對接等。

4.2.1 針對腐蝕的高效無損檢測

設(shè)備腐蝕檢測是發(fā)射場巡檢工作的重要內(nèi)容，尤其是濱海發(fā)射場常年經(jīng)歷高濕度與高鹽霧，檢測的對象主要包括各種輸送管道、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)械/控制設(shè)備等，檢測方式依賴于人工目測檢查，缺乏判別標(biāo)準(zhǔn)，依賴于人員經(jīng)驗，效率較低且準(zhǔn)確性較差。 腐蝕的檢測可以通過無損檢測＋圖像識別的方式完成，即通過無損檢測技術(shù)實現(xiàn)對設(shè)備的腐蝕現(xiàn)象、特征快速采集，利用計算機(jī)圖像識別和處理能力判別腐蝕程度。

當(dāng)前，針對腐蝕的非接觸式無損檢測手段很多，主要有射線探傷、紅外成像技術(shù)、磁粉檢測技術(shù)、超聲檢測技術(shù)、射線照相技術(shù)、渦流法檢測技術(shù)與聲發(fā)射技術(shù)等。 其中，紅外線熱成像技術(shù)是基于物體在常規(guī)環(huán)境下根據(jù)其自身的分子和原子運(yùn)動的劇烈程度的強(qiáng)弱而向外輻射不同程度的熱紅外量，通過這些熱紅外量來判斷腐蝕情況。 超聲波檢測技術(shù)利用了超聲波對不同狀態(tài)的材料，其聲波反射情況和穿透情況具有不同的特征表現(xiàn)，超聲波在穿透物體的同時，也會發(fā)生聲波的折射和反射等現(xiàn)象，將這些聲波信息收集起來借助計算機(jī)進(jìn)行分析處理，能夠得到設(shè)備的全面信息[33－35]。

結(jié)合發(fā)射場的設(shè)備特點(diǎn)與環(huán)境特點(diǎn)，紅外成像技術(shù)與超聲檢測技術(shù)易于搭載于機(jī)器人上，現(xiàn)場處理更加快捷，靈敏度更高，安全準(zhǔn)確。 后端可利用圖像識別腐蝕特征[36]，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等智能計算方法引入到圖像處理當(dāng)中，基于腐蝕特征、面積與位置建立腐蝕變化的時歷圖，以判斷腐蝕程度及發(fā)展趨勢，為設(shè)備表面防腐防鹽霧處理提供參考依據(jù)。

4.2.2 低溫推進(jìn)劑泄漏安全監(jiān)測

低溫推進(jìn)劑的泄漏檢測較為特殊。 以氫氣為代表的低溫燃料沸點(diǎn)極低，遇空氣很快氣化并結(jié)霜，產(chǎn)生的泄漏微弱不易察覺。 普通的檢測手段無法實時獲取相應(yīng)特征及現(xiàn)象。 當(dāng)氫氣泄漏濃度達(dá)到4%～74.2%時，空氣將變得易燃易爆，極易引發(fā)安全事故。 因此低溫推進(jìn)劑的泄漏監(jiān)測十分重要。

氫不僅是航天領(lǐng)域的重要推進(jìn)劑，同時也因其獨(dú)特的導(dǎo)熱特性而在高功率發(fā)電機(jī)的冷卻中得到應(yīng)用，如核電站千兆瓦級汽輪發(fā)電機(jī)[37]。 因此，氫泄漏的檢測也成為發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。 氫傳感器主要包括鈀柵氫敏傳感器、催化燃燒傳感器、熱導(dǎo)式傳感器、電化學(xué)傳感器與光纖傳感器[38]。 其中，光纖傳感器是一種以透明非金屬為介質(zhì)、以光脈沖的形式傳遞信息的傳感器，可耐受極限溫度與化學(xué)品腐蝕，在測試敏感點(diǎn)無需使用電源，避免引起火花，并可抵抗電磁干擾。2001 年美國智能光學(xué)系統(tǒng)公司(IOS)開發(fā)的運(yùn)載火箭光纖氫泄漏檢測系統(tǒng)在Delta-IV 火箭靜態(tài)點(diǎn)火中得到試驗驗證。 該系統(tǒng)采用多點(diǎn)光纖傳感器系統(tǒng)，有效解決了火箭內(nèi)部/外部氫泄漏的實時檢測問題，適用于火箭及推進(jìn)劑加注系統(tǒng)中低溫貯箱、推進(jìn)劑管線的氫泄漏檢測。 俄羅斯托木斯克國立理工大學(xué)和捷克布拉格化工大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊也開發(fā)了一款基于光纖的氫氣監(jiān)測傳感器，可對濃度2%的空氣中的氫氣進(jìn)行有效檢測，該技術(shù)主要面向無人值守的加氫站以及燃料電池應(yīng)用[39]。

4.2.3 航天器吊裝智能控制

航天器的吊裝與對接有著嚴(yán)格的組織流程和操作規(guī)程，工況、輸入條件與外部環(huán)境等(如吊裝載荷形態(tài)、重量與尺寸、吊裝路徑、起始位置與對接位置、潛在障礙物)都是明確的。

航天器吊裝的智能控制實質(zhì)上一種智能起重機(jī)，替代人員自動完成箭體的位置識別、載物取放、路徑選擇、調(diào)整防搖等，并實時記錄和監(jiān)控工作狀態(tài)，自動診斷故障并報警[40]。 結(jié)合航天器與發(fā)射場特點(diǎn)，箭體吊裝的智能控制及安全操作主要涉及空間定位技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、防搖晃技術(shù)、狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)等。 空間定位技術(shù)應(yīng)結(jié)合箭體的吊裝環(huán)境，在室外簡單空間以編碼器、限位開關(guān)與視覺識別為主要手段；在室內(nèi)或者回轉(zhuǎn)平臺內(nèi)以激光測距、超聲定位、FRID 等無線定位技術(shù)為主要手段。 Fang 等[41]提出使用吊裝空間三維動態(tài)建模的方式實現(xiàn)對吊裝環(huán)境的實時把控，確保吊裝安全性。 路徑規(guī)劃主要根據(jù)物體吊裝中障礙物與吊裝空間的特點(diǎn)開展，包括靜態(tài)路徑規(guī)劃與動態(tài)路徑規(guī)劃。 路徑規(guī)劃的算法研究較早，且方法很多[42]。 依據(jù)箭體的吊裝環(huán)境，綜合考慮可預(yù)見的箭體位形與吊裝空間變化，以靜態(tài)路徑規(guī)劃為主，同時建立起重機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)庫，以虛擬施工場景下的計算機(jī)輔助規(guī)劃。 防搖擺技術(shù)主要依靠控制實現(xiàn)，包括開環(huán)和閉環(huán)控制。 開環(huán)控制方法主要包括基于輸入整形的定位防搖擺控制和基于軌跡規(guī)劃的定位防搖擺控制。 實現(xiàn)防搖擺的閉環(huán)控制方法有很多，如反饋線性化、增益調(diào)度控制、滑?？刂?、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等方式。 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)可有效地遏制故障損失和設(shè)備維修費(fèi)用，對關(guān)系到設(shè)備運(yùn)行和安全操作的狀態(tài)及參數(shù)進(jìn)行實時檢測，包括電機(jī)、制動器、變頻器、電纜卷筒、工況設(shè)置等狀態(tài)以及載荷、力矩、起升高度、運(yùn)行行程、回轉(zhuǎn)角度、風(fēng)速等參數(shù)。

4.2.4 加注連接器自動對接及隨動

從國內(nèi)外推進(jìn)劑自動加注與泄回的研究來看，關(guān)鍵問題在于箭體隨機(jī)晃動下如何確保加注連接器準(zhǔn)確對接，且適應(yīng)箭體運(yùn)動而保持隨動狀態(tài)。 由于箭體的晃動幅度隨著高度的增加而逐漸增大，當(dāng)前采用自動對接的連接器位置幾乎都是在一級尾部，關(guān)于二級以上的推進(jìn)劑加注的自動對接技術(shù)則幾乎沒有成熟的應(yīng)用。

加注連接器的自動對接應(yīng)具備可控柔性，即連接器可實時針對箭體的隨機(jī)晃動快速調(diào)整位姿，在確保對接后，采用主動或者被動隨動的方式保證連接安全可靠。 美國的遠(yuǎn)程智能臍帶對接系統(tǒng)與國內(nèi)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心研制的加注機(jī)器人正是基于這樣一種技術(shù)路線，利用伺服電機(jī)控制運(yùn)動模塊，實現(xiàn)連接器6 個自由度的變化，而在完成對接后鎖緊，驅(qū)動消失，實現(xiàn)被動隨動。 此外，蛇臂式機(jī)器人等柔性機(jī)器人技術(shù)可被引入解決自動對接及隨動的問題，國外FESTO 公司、OC 機(jī)器人公司以及國內(nèi)的新松機(jī)器人公司都在柔性機(jī)械臂上進(jìn)行了研發(fā)[43－45]，相關(guān)技術(shù)可借鑒用于加注連接器的自動對接及隨動。

5 小結(jié)

本文基于航天發(fā)射場運(yùn)維特點(diǎn)，提出了利用特種機(jī)器人及其技術(shù)協(xié)助或替代工作人員完成相關(guān)運(yùn)維工作，并對涉及的機(jī)器人類型及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。 可以看出，特種機(jī)器人及技術(shù)的應(yīng)用將極大地提高發(fā)射場系統(tǒng)的信息化與智能化水平，可有效提高工作安全性、可靠性與準(zhǔn)確性，成為航天發(fā)射場系統(tǒng)的無人值守實現(xiàn)的重要技術(shù)手段。