2011年NASA发射Robonaut 2太空机器人：首个先进人形机器人执行外太空任务

2011年2月，美国宇航局向国际空间站发射了2个太空机器人。对于美国宇航局休斯顿约翰逊航天中心的团队来说，这是一项巨大的成就。

当然，它并不是太空中唯一的机器人，但它的特别之处在于，它是第一个执行地球以外任务的先进人形机器人。

在国际空间站上，机器人将与宇航员并肩作战。他们的主要任务是在国际空间站上进行危险且重复的太空作业，以节省人力和时间，以便空间站上的其他宇航员能够从事其他太空研究工作。

有一段时间事情进展得很顺利。机器人从泡沫包装中取出后，被放入命运实验舱中。

2011年8月首次投入使用。直到2012年，它才接受了基于地面遥控按下开关和清洁扶手的训练。

大约每个月左右，宇航员都会将其安装好，然后将其发送到空间站进行几个小时的研究任务。希望它能从一个实验项目转变为人类航天器的得力帮手。

和人类宇航员一样，机器人宇航员也有自己的账号，上面写着：“看看我，我在太空！”

但到了2014年，事情出现了转机，NASA决定进行一次更复杂、风险更大的升级。

此前，只有一对手臂、一个头和一个躯干被送往国际空间站。现在美国宇航局想给它添加一双腿。

这样做的目的是为了让空间站内的移动更加容易。可以摆动的细长双腿几乎可以视为机器人的第二对手臂，这样它们就可以抓住扶手在空间站周围移动，功能性将显着增强。

然而，这次升级并没有按计划实现。相反，它造成了一些宇航员长期以来无法解决的问题。

过去几年，几乎一事无成。国际空间站状态报告显示，上一次机器人完成全部科研任务是在2013年12月。近日，NASA宣布2号将返回地球接受地面工作人员的维修。

2013年1月，执行任务

事实上，移动是 NASA 航空航天机器人长期计划的一部分。 NASA 最初打算将作战能力分为三个阶段。

第一阶段是固定操作，躯干于2013年底成功完成。第二阶段是舱内活动，需要在国际空间站内移动，因此引入了腿部。腿部也是舱外活动第三阶段的关键，这涉及到在空间站外的真空中工作，在这种情况下，需要对机器人进行更重要的硬件升级。

“空间站计划一直在扩大我们能做的事情的范围，”美国宇航局约翰逊航天中心的项目经理朱莉娅在接受采访时说。 “如果机器人可以四处移动，它就可以进行物流管理，或者清洁和维修过滤器。移动。这是我们正在开发和测试的下一个级别的功能。”

腿

但是，向国际空间站添加新腿并不是简单地将零件运输到空间站的问题，而是将它们连接到躯干上的问题。

安装腿部需要大量的核心硬件升级，包括新的计算机和将腿部连接到机器人主处理器的接线，这还涉及复杂的机械组装过程。更难的是，它原本是地球上使用的研究机器人。说：“它根本不是为宇航员使用而设计的。它是一个实验室机器人，但我们只是找到了一个机会将它送入太空。”

就连美国宇航局也发现升级腿很困难。

当被问及团队是否有信心时，他说：“我认为我们绝对没有信心。国际空间站主要是尝试新事物。在开发这些程序以及让宇航员完成这些程序的过程中，我们学到了很多东西。”复杂的手术。

她补充说，宇航员“做得很好”，没有解决的机器人问题与宇航员无关，主要是由于硬件的复杂性。

在国际空间站接受手术

NASA 估计，团队在地球上花了 14 个小时才能完成的腿部升级，宇航员需要大约 20 个小时才能完成，但实际上花了 40 个小时。该工作于2014年7月16日开工，8月28日顺利结束。

但随后，美国宇航局约翰逊航天中心的团队意识到出了问题。

8月29日，飞船只有部分动力，但地面上看不到遥测信号。很快，机器人修复了一根松动的电线，通过了检查，但在12月17日的另一次操作中（升级后电机对第一次通电），它的腿无法移动。

2014年升级完成后，NASA宇航员史蒂夫和

从 2015 年 1 月到 8 月，宇航员和地面团队记录了航天器上的一系列不稳定行为，包括传感器故障、通信故障和处理器反复锁定。到9月份，继续排查发现问题出在处理器的电源上。

“使用我们的操作窗口开始导致电脑开始断电，而且随着时间的推移，情况越来越严重。经过一段时间的断电循环后，情况有所好转。但问题是这种情况是间歇性的。”性方面，有时我们可以打开电脑，有时电脑会立即出现故障，因此数据无法信任，这非常令人困惑。”

大卫是卡内基梅隆大学的机器人专家，专门研究用于星际探索的自动化机器人。他解释说，机器人系统的复杂性使得错误检测和预防成为一项艰巨的任务。

“对于一个简单的系统，如果它不能正常工作，我们可以对其进行调试和修复，就像你的汽车一样。但如果是一个很难理解的机器人系统，比如自动水下航行器，或者那些把安全放在第一位的机器，比如自动驾驶汽车，你需要事先了解并尽量减少所有故障模式，否则机器人需要具有自我诊断和修复的能力。”他补充说，让事情变得更具挑战性的是容错和故障恢复之类的事情。这些类型的技术是需要大量实践的研究领域。

“它必须强大且安全，因此系统工程需要处于技术前沿，”他说。

国际空间站的每日总结报告介绍了空间站宇航员和地面团队为了解机器人故障所做的努力。

到了2016年，它看起来已经被分解了，每个部分都被仔细分析了。

宇航员蒂姆·科普拉安装了一台摄像机，可以捕捉操作系统下行链路的标清视频。他使用示波器、万用表和电流探头，帮助指导现场团队解决问题，拆下控制器卡并在不使用控制器卡的情况下成功通电。今天收集的数据将在地面进行分析，以确定停电原因。

——摘自2016年3月23日国际机场每日总结报告

美国宇航局约翰逊航天中心的团队推测罪魁祸首可能是两张控制器卡，他们甚至将两张卡飞回地球进行测试。但经过实验室测试，该卡没有任何问题。因此，搜索继续进行，团队开始检查每个组件，包括机器人内部的众多电缆：

宇航员对底盘进行了故障排除。之前的排查显示，可能存在问题的两张卡已经经过实地测试，问题已经排除。今天，团队第一次从能量提升中得到了巨大的反响。工作灯符合预期。为了减少间歇性故障情况，该团队执行了各种电源循环。最后，该团队排除了几条电缆出现故障的可能性。控制卡未从 CPCI [紧凑型外围组件互连] 机箱中移除，并保持安装状态，所有电缆保持连接状态。该团队计划分析结果以采取后续措施。

——摘自2017年2月1日国际机场每日总结报告

太空硬件在被送入太空之前经过精心设计、制造和测试，但令人惊讶的是，美国宇航局的机器人专家无法更快地诊断和解决问题。

然而，宇航员正在研究的国际空间站与约翰逊航天中心的其他五个空间站略有不同。称空间站是R2-B模型，而地球上的机器人是R2-C，后者是“相当重要的设计迭代”。问题出现多年后，这些差异最终提供了答案。

2017 年 2 月 1 日，宇航员佩吉、肖恩和修复

“我们花了很长时间才弄清楚发生了什么事。但最终的结果是空间站机器人失去了从电脑机箱到地面的链接路径。现在它正在寻找另一条路径，这正在慢慢退化因为这个轨道上的机器人与地面上的机器人不同，所以没有地面路径是一个错误，而且很难找到。”

这意味着机器人的某些电路和处理器可能根本没有电源，而其他组件则被电流过大烧毁。这个错误正在慢慢地杀死我。

卡内基梅隆大学的教授表示，他也遇到过类似的情况。 “接地环路错误最初可能看起来与根本原因无关，但可能会导致电子设备表现出各种奇怪的症状，”他说。 “调试需要很长时间，因为问题不容易重现，而且不会经常发生。”

“与@ 一起解决一些技术问题，”宇航员蒂姆·科普拉 (Tim Kopra) 在 2016 年 3 月发推文，“但问题尚未完全解决。”

2017年8月，宇航员尝试安装地面跳线，但这并没有解决问题。

解释说，他们想要添加跳线的区域覆盖了一种特殊的密封剂，可以保护敏感元件免受国际空间站周围漂浮的异物造成的短路。宇航员必须尝试去除这些。

“这并不容易，”他说。 “对于这些连接是否有效仍然存在一些疑问，我们认为缺少电线可能会导致其他问题。”

事实上，其他可能出现的问题也很令人担忧。即使最初的接地问题已经解决，团队也不确定是否可能存在其他问题。

几乎可以肯定，不受控制的电流通过计算机机箱会导致性能显着下降，但该团队也会尝试其他方向。当美国宇航局询问他们是否想使用一些备用货舱在即将到来的补给任务的返程航班上将他们带回家时，团队同意了。

根据他们对设备损坏程度的了解，他们计划修复国际空间站并将其送回国际空间站，或者将其更换为约翰逊航天中心的另一个 R2-C 机器人，然后将其送走。

没有提供返回国际站的时间表。这是一项没有任何保证的任务，也是一项巨大的挑战。此外，他们的第二次发送可能还无法将腿连接到机器人上。尽管有这样的承诺，但如果真是这样，“重新融入社会将相对简单”。

“@（宇航员 Mark T. Vande Hei）和我准备将其带回地球进行维修和翻新。” M. Acaba 发推文并附上一张 2 月 9 日的照片。“我们期待它的回归。”

2018年2月，它被打包并送回地球。

“国际空间站就是尝试不同的事情。我认为它教会了我们很多关于太空中人形机器人的未来。现在，我们正在把它带回家进行修复，在不久的将来，我们希望能够再次把它带回来，”他说。发回来，继续帮助我们完成探索最新技术的初心。”