從太空到地面：柔性機械臂的下一站，是“剛性臂去不了的地方”

2026 年 3 月 16 日，“馭星三號”衛星升空。它的主載荷是一條象鼻一樣的柔性機械臂。一個月后，這條柔性臂在500 公里左右高的軌道上完成了一次“太空穿針引線”——驗證了一項“在軌燃料模擬加注”的關鍵技術。

這是國內首顆由商業公司研制的、搭載柔性機械臂的在軌操作衛星。研制方是清華大學深圳國際研究生院團隊——一支拿過國家科技進步特等獎的清華團隊。

但這篇文章不只是講一次太空任務的勝仗。它講的是一項技術——從太空驗證成功之后，正在轉身瞄準地面工業最難啃的極限場景——所有“剛性機械臂去不了的地方”。

01.

先看太空：500 公里高空的“穿針引線”

“汽車壞了能進 4S 店，航天器在太空里‘拋錨’了怎么辦？”

衛星上天就是一錘子買賣：燃料用完變成太空垃圾，組件壞了無法修復。在軌燃料加注技術——俗稱“太空加油”——是給這個老問題的新答案。

但難度極大。兩個相對運動的航天器要精準對接到燃料加注口，機械臂的微小抖動都會讓衛星姿態偏移。團隊成員譚俊波副研究員把它形容為“在數十萬米高度的軌道上穿針引線”。

“馭星三號”做到了。CCTV-13《共同關注》專門做了報道。

02.

為什么是“繩驅柔性臂”？

“馭星三號”上這條機械臂，和工業機械臂完全不同——它沒有傳統的關節、電機、減速器一節一節摞起來的結構。

它更像一條象鼻：由柔性彈簧管串聯，可以卷曲、扭轉、纏繞。技術上采用“柔性連續體中空臂桿+ 后置驅動繩索傳動”方案——臂桿是空心的、柔性的；驅動部件不在臂上，而是放在體內；靠幾根繩索把驅動力從體內傳到遠端。

圖 繩驅彈簧刻管臂運動學建模示意圖

圖 繩驅彈簧刻管臂力學分析仿真示意圖

這種“機電分離”設計有三個直接好處：

• 末端慣量小，動態響應快；
• 電子部件避開輻射、極端溫差、振動，可靠性高；
• 柔性臂能做出剛性臂做不到的S 彎、繞障、貼壁動作。

圖 繩驅彈簧刻管臂工作空間分析仿真示意圖

「它不是替代傳統機械臂的更“軟”版本——它是用來去剛性臂去不了的地方」

03.

能做到這件事的，是十年磨一劍

這項技術在太空成功，不是憑運氣。

“馭星三號”在軌期間，柔性臂跑了4 種完全不同的操作模式——程控全自主、地面遙操作、視覺伺服、力柔順畫圖。涵蓋了未來在軌服務從“標準化對接”到“非合作目標抓取”再到“精密裝配”的全部基礎能力。500 公里地球軌道、20 分鐘測控弧段、亞秒級環路延遲，全程穩定可控。

而做到這一切的過程，并不順利。

團隊最深的記憶，是熱真空試驗里那一次“絕處逢生”——模擬太空高低溫交替環境，溫度循環近百攝氏度。當柔性臂送進真空罐后，臂體突然失控抖動，監控數據異常。開罐重來意味著項目工期的延誤；帶“病”上天風險不言而喻。團隊歷經三天攻關，從異常的抖動曲線里找到癥結，修正算法，故障排除。

圖 繩驅彈簧刻管臂環境試驗（力學振動/熱真空）現場

「 “相信相信的力量。” —— 這是清華團隊王學謙教授的座右銘。 」

王學謙教授 2023 年獲評深圳市“十大杰出青年”，2025 年獲評廣東省“最美科技工作者”。23年堅守、3 個空間機器人航天型號、國家科技進步特等獎、國家技術發明二等獎、部委科技進步一等獎 3 項、300 余篇學術論文、170 余項授權發明專利。一項項數據的背后，凝聚著王學謙為柔性機器人技術發展所傾注的心力。

圖 繩驅柔性機械臂地面構型測試現場

04.

地面才是主戰場：柔性臂的極限工業之路

太空的“穿針引線”已經完成。

但太空驗證不是終點——它是一份參考答案，證明這項技術可以在極端環境下完成毫米級精密操作。真正的產業空間，在地面。

為什么？

太空里“加油”是一年只發生幾次的小眾事件。但地面工業里需要“穿針引線”的極端場景，每天都在發生。

▎ 核電站

每年的換料大修季，蒸汽發生器二次側、堆內構件支承底部、壓力容器內部、熱室內部精密切片取樣——都需要精細排查異物、檢測壁厚、修復裂紋。傳統剛性臂受限于彎曲半徑和自由度，根本進不去這些受限空間，只能停堆+ 人工進入。單次非計劃停堆損失，數千萬到數億元；運 維人員還要面對輻射劑量風險。

▎ 航空發動機

涵道內部、燃燒室、葉片之間的間隙——是另一種“剛性臂去不了的地方”。一臺發動機出現葉片微裂紋卻無法精確定位，意味著整機下線返廠。這種代價更不用說。

▎ 化工與電力

長距離彎曲管路的內壁腐蝕掃描、高輻射環境下的遠程樣品取樣、電力GIS 腔體內部局放定位——每個場景都有同樣的共性：受限空間、危險環境、對人和剛性工具都不友好。

「 共同特征是：空間狹小、環境惡劣，對人不友好，剛性工具難以抵達。柔性繩驅機械臂——恰恰是為這種“非結構化狹窄空間”而生。 」

它不需要笨重的減速器和電機硬塞進末端；它的電子部件可以留在防護倉內避開高溫、輻射、振動；它能像蛇一樣在管板背后做出S 彎、八字結、繞障穿越——剛性臂本質都做不到的動作，對它是基操。

而它已經在 500 公里高空完成了最嚴苛的環境驗證——近百攝氏度溫差、真空、高輻射、亞秒級延遲下的精密對接。這意味著它在地面工業極限場景下的工程化挑戰，已在太空完成驗證。

05.

國外的答案：OC Robotics 二十年走過的路

事實上，繩驅柔性蛇形臂這條技術路徑，在國外已經被探索了二十多年。

OC Robotics（英國），1997 年由 Rob Buckingham 和Andy Graham 在 Bristol 創立，是全球公認的蛇形臂先行者。他們最早在產品中確立了“后置電機 + 繩索驅動關節”這一核心架構——和清華團隊、和希云今天走的，是同一條路。

圖 OC Robotics 繩驅柔性機械臂產品圖

OC Robotics 二十多年來覆蓋了幾乎所有“剛性臂去不了”的極限工業場景：

▎ 核能與核退役

他們的LaserSnake 系統在英國Sellafield 核退役基地完成核鋼瓶的遠程切割任務——一個傳統機械臂根本無法貼近的高放射性場景。

▎ 核聚變

參與JET（聯合歐洲環裝置）與ITER 項目的遠程維護工具開發——核聚變反應器內部的所有作業都必須遠程完成。

▎ 航空航天

一臺掛在KUKA 工業臂末端的 27 自由度蛇形臂系統進入了吉尼斯世界紀錄。

▎ 石化與建筑

狹窄管路檢測、危險化學品環境作業、大型結構內部巡檢等多種受限空間場景。

2009 年，OC Robotics 獲得英國女王企業創新獎；聯合創始人Buckingham 同年獲英國皇家工程院銀質獎章。在國外，這條技術路徑已經被反復證明走得通。

但這條路在國內長期是空白。

國內核電、航發、化工領域的工程師們看到OC Robotics 的應用案例，嘗試做了一些技術突破。目前有部分高校對蛇形臂研究，主要集中在實驗室階段，我們還找不到一個能在國內采購、維護、定制的同類玩家。

「 這條已被全球驗證過的技術路徑，留下了一個待填的國產空缺。 」

06.

希云柔控：把這條路接到中國

這個待填的國產空缺，正是希云柔控這家公司成立的原因。

希云柔控由清華大學譚俊波博士與他的本科同學付國峪博士共同創立，依托深圳清華大學研究院孵化。

譚俊波是希云柔控的技術核心。他在王學謙教授團隊做空間機器人多年，是“馭星三號”在軌任務背后核心研發成員之一。他在 2024 年的ICRA 國際機器人與自動化大會上拿到雜亂抓取賽道全球第三，同年獲珠海國際靈巧操作大賽一等獎；從博士到副研究員，他親歷了這套繩驅柔性機械臂十多年的技術積累。

希云柔控定位清晰——把這項已在太空驗證過的繩驅柔性機械臂技術，推向地面工業極端環境的產業化路徑：瞄準核電檢修、航空發動機內窺、化工管路探傷、電力受限空間檢測等場景。

對希云團隊而言，太空只是這項技術的第一個驗證場——證明它能在最惡劣的環境下精準完成毫米級操作。但太空的“加油”任務一年只有幾次，而地面工業的“穿針引線”，是每天的事。

每一個核電站的檢修通道、每一臺航空發動機的涵道、每一段化工反應器的彎管——都是這項技術等待被啃下的“主戰場”。

圖 繩驅柔性機械臂核電通道檢修

「 柔性臂真正的星辰大海，在地面。 」

500 公里高空那次“穿針引線”，是參考答案。

幾十毫米核電管板背后、幾百毫米發動機涵道深處那次“穿針引線”——才是即將開始的工作。

二十多年前，一個樸素的問題被提出：能不能在太空里修一座“4S 店”？

二十多年后，柔性機械臂已經在 500 公里高的軌道上動起來了。

「 而它真正的下一站，不在天上——就在我們腳下的核電站、發動機車間、化工管路里。 」

素材來源

三垣航天官方新聞稿 · 清華大學深圳國際研究生院 · 廣東科技報 · CCTV-13《共同關注》 · Industrial Robot 期刊OC Robotics 訪談（2016）