人机交互操作控制系统。图片由南京航空航天大学提供

11月8日1时16分，经过约6.5小时的出舱活动，神舟十三号航天员出舱组顺利完成首次出舱任务。许多研究人员的智慧和心血凝聚在宇航员出舱的背后。其中，南京航空航天大学研究团队开发的水下机器人手臂及其智能控制系统提供了重要的技术支撑。

受航天员中心和上海航天系统工程研究院委托，南航机电工程学院张德礼副教授带领课题组参与研制“水下机械手及其智能控制系统”，逼真模拟空间站出舱活动机械手转移和定点作业保障条件，是出舱活动任务工程实验验证和航天员训练的重要保障。

上海航天系统工程研究院联合课题组在航天员中心总单位的指导下，通过技术进场仿真验证、总体方案设计、项目实施、调试联试和试运行，创新研制出国内首个工作空间大、可靠性高、安全性高的10m级水下机器人手臂。

临时游泳池。图片由南京航空航天大学提供

其中，课题组针对航天员在模拟失重环境的中性浮力水槽中的训练任务，开展了水下机械手控制系统、人机交互系统和供配电保障系统的学术研究和工程开发。

据介绍，课题组研发的内容作为整个系统的核心指挥枢纽，突破了基于多传感器融合与优化算法的水下路径规划技术、水下机械手人机交互控制技术、虚拟双胞胎的大规模空间碰撞检测与预测技术、水下安全监控技术等。有效保证了整个系统的可靠高效运行。

课题组接到任务时，距离产品交付时间只有10个月。它涉及设备结构、软件、硬件、关键算法、人机工程学、水下安全等多项技术。时间紧，任务重，疫情影响加大了研发难度。

为了获得水下试验的条件，课题组搭建了临时水池进行静动密封和关键部件比重比的水下试验，并租用上海交通大学海洋试验池进行综合试验。资金有限，租赁时间只有一周。一周内，所有指标都需要验证。团队工作到凌晨，每天只睡2到3个小时。

谈及未来研究计划，张德礼介绍，课题组瞄准空间站长期运行期间水下工程验证和航天员训练需求，将继续深入探索研究相关技术，拓展应用需求，优化人机控制系统，为载人航天任务做出新贡献。

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