日前，中国天眼FAST运行维护作业机器人系统项目通过验收，其中反射面激光靶标维护机器人能实现反射面上的激光靶标维护，犹如给中国天眼这口“大锅”进行“刷洗”工作。



▍为什么要用机器人维护？

被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）是国家“十一五”重大科技基础设施。其采用全新的设计概念，通过原材料、工艺甚至是测量控制等技术创新，突破了传统望远镜口径极限，是目前世界最大单口径、最灵敏的射电天文望远镜。

2020年1月11日，FAST通过国家验收并正式投入使用。2020年12月1日美国阿雷西博天文台的巨型射电望远镜平台因为无力维护发生坍塌后，中国天眼成为世界唯一能观测深空的射电望远镜。

短短三年时间，FAST已经在脉冲星搜索、快速射电暴、中性氢巡天、星际分子搜索等热点天文研究领域取得了一批重大成果和发现，连续多次成为国内外科技进展热点报道话题。除此之外，多篇基于FAST数据的论文在《自然》和《科学》杂志上发表，其中有些被作为封面文章。FAST正在吸引国内外的一流科技人才和前沿科研课题，并成为国际天文学术交流中心。

当前，全球天文学竞争相对激烈，如何保持FAST在国际同类设备中的领先能力，就需要不断地提升和保持FAST望远镜的性能。为此，国家天文台在2022年前后成立了FAST运行和发展中心，全面负责FAST运行和维护、技术升级的工作。

因为FAST其实是一架极其复杂的望远镜系统。8895根钢索及滑移机构，4450块反射面单元，2225套促动器及地锚，6套索驱动及塔结构，23个测量基准站及设备，撑起这只全球最大且最灵敏的单口径射电望远镜。

所以野外环境复杂，风吹雨打日晒，如何保障其高效运行是一切科学产出的最基本保障。同时，其维护需要在保证安全的前提下，尽所能地减少运维工作对望远镜的干扰，让FAST系统运行在一个完美的状态。2019年10月以来，FAST年观测时间稳定在5300小时左右。

由于系统庞大，再加上特殊的工作方式，原先的运行维护工作非常繁琐，不管是馈源支撑系统，还是反射面控制系统，都是大跨度的、柔性的实时动态反馈的控制系统。在此基础上，在多雨多雾的环境下，实现全天候的运行维护能力，对测量控制技术也是极大的技术挑战。

为此，国家重点研发计划“智能机器人”重点专项中设立了“重大科学基础设施FAST运行维护作业机器人系统”项目，尝试以机器人的方式解决FAST系统的运维难题。2020年5月该项目正式启动。

“重大科学基础设施FAST运行维护作业机器人系统”项目是贵州省科技厅定向组织推荐申报获批的国家重点研发计划项目，也是“十三五”期间国家重点研发计划“智能机器人”重点专项最大的一个单体项目，获得了国家科技资金支持4606万元。

该项目由贵州射电天文台牵头，中科院国家天文台、哈尔滨工业大学、中科院自动化研究所、中科院沈阳自动化所、北京空间飞行器总体设计部、江苏恒力液压科技有限公司、洛阳百克特科技发展股份有限公司、航天江南集团有限公司、贵州大学等省内外企事业单位共同参与实施。

▍核心成果展示

2023年7月26日，经过多位专家的现场审查，“重大科学基础设施FAST运行维护作业机器人系统”项目最终确定通过验收，开始让智能机器人辅助为“中国天眼”提供运行维护保障。

此次通过验收项目包括五套机器人系统和平台，分别是馈源支撑缆索及滑车检测机器人，促动器自动化维护机器人，平台系统反射面激光靶标维护机器人，馈源接收机拆装机器人及无线电干扰智能监测系统馈源舱，全天候智能测量系统。

由协作机械臂等组件构成的反射面激光靶标维护机器人：

由AMR移动机器人和工业机器人等组成的促动器自动化维护机器人平台系统：

由重载AGV和工业机器人组成的馈源接收机拆装机器人及无线电干扰智能监测系统：

馈源支撑缆索及滑车检测机器人：

全天候智能测量机器人系统：

其中，馈源支撑缆索及滑车检测机器人将对百米高空人工难以到达的6根钢索和滑车进行安全检测，促动器自动化维护机器人平台系统将对主动变形反射面的2225台液压促动器进行高效主动维护，而反射面激光靶标维护机器人将实现大坡度、人工难以到达的反射面上的激光靶标维护，馈源接收机拆装机器人及无线电干扰智能监测系统将实现不同频段馈源接收机的自动更换识别和定位。无线电干扰源馈源舱全天候智能测量系统将克服气候对现有测量系统的影响实现全天候观测。

运行维护作业机器人系统的全面验收将提高望远镜的使用效率，年观测时间有望增加30天，促进天文成果的产出。

项目满足了FAST工程运行维护要求，例如单个激光靶标的清洁、更换和标校调整等完成时间不高于6h；完成单条钢索及其上滑车等零部件检查的时间优于8h；馈源接收机拆装搬运机器人指标体系满足馈源接收机拆装搬运要求；FAST智能化测量系统实现馈源舱全天候测量；促动器自动化维护平台具备至少50台/天的流水维护能力；无线电干扰自动监测站具有光纤通讯、多台站协同干扰监测、数据自动识别、定位、实时预警等功能。

在技术上，项目完全由我国自主开发，具有自主知识产权，突破了“中国天眼”高空复杂障碍物馈源支撑钢索与滑车安全检测、大批量液压促动器群自动化维护、大坡度反射面激光靶标自动维护、全天候馈源舱位姿测量、馈源接收机高效率更换、无线电干扰智能监测、馈源舱全天候测量等机器人技术，将解决“中国天眼”运行维护中存在的高危作业风险隐患、人工维护效率低下、气候条件制约观测等问题，极大提升FAST维护作业的效率和安全性。

“中国天眼”运维宣布正式进入“智能机器人时代”。