机器人遥操作技术：人类智能与机器执行的深度融合

机器人遥操作是将人类操作深度融入控制闭环的智能交互技术。具体而言，操作者通过手控器、手柄等交互终端向远端机器人发送指令，并实时感知从机器人与外界环境的交互反馈，如视觉、力觉等信息，从而完成任务的人机协作模式。在此模式中，人类用户承担上层决策与认知规划，通过交互终端下达任务指令，而机器人本体则专注于底层的精准执行。

图：遥操作示例

这种主从式系统本质上是人类智能与机器执行能力的深度融合。操作者负责复杂环境下的认知决策与经验判断，弥补了机器人在自主控制、多模态传感及人工智能方面的技术瓶颈。“人类决策 - 机器执行” 的协同模式，在应对复杂环境感知、多任务协同，尤其是极端突发情况时，展现出超越单纯智能编程的独特优势：人类的柔性决策能力可快速处理非结构化数据，如模糊图像识别、突发风险评估等，而机器人的机械精度则确保了操作的稳定性与安全性，使其能够在高危或极端场景中替代人类完成作业。

遥操作的应用方向

当前，该技术已形成多领域渗透的应用格局。随着人类探索活动向深空探测、核能利用、深海开发等高危复杂领域延伸，遥操作技术的价值愈发凸显。

一方面，它避免了人类直接暴露于辐射、微重力、高压等危险环境，大幅降低了太空作业、核设施维护等任务的成本与风险，例如减少宇航员舱外活动频次；

另一方面，针对当前智能机器人受限于机构设计、控制算法和传感技术，难以在未知环境中全自主作业的现状，遥操作通过 “人类实时决策 + 机器精准执行” 的协同机制，使机器人能够高效完成空间装配、深海采样、远程制造等复杂任务。

从长远来看，这种技术范式不仅是现阶段突破机器人自主性局限的关键路径，更是未来拓展人类活动边界、增强极端环境作业能力的核心手段，推动人机协作从 “辅助工具” 升级为 “能力延伸的基础设施”。

遥操作技术的起源与发展历程

从科幻构想走向多领域赋能

一

萌芽阶段（20 世纪初至 1950 年代）

从科幻构想到核工业刚需

1. 概念起源与早期探索

科幻作品为遥操作技术提供了最初的灵感来源。1942 年，科幻作家罗伯特・海因莱因在《沃尔多》中首次提出 “通过机械手套远程操控机械臂” 的设想，将 “远程操作” 概念具象化，成为后续技术研发的重要灵感源泉。

军事与核工业的需求则推动了早期技术的实践。二战后，核技术的发展催生了远程操作的需求。1945 年，美国橡树岭国家实验室开发了首台机械连杆式遥操作器，用于处理放射性物质。该设备通过纯机械结构实现 “主从联动”，即操作员在安全区域操作主端手柄，从端机械臂同步模仿动作，标志着 “主从控制” 架构的诞生。

2. 理论奠基

1954 年，美国工程师雷蒙德・克莱恩提出 “主从机器人系统” 理论，明确了遥操作的核心框架：主端输入指令，从端执行并反馈状态，形成闭环控制，为后续技术发展奠定了理论基础。

二

技术奠基期（1960 年代至 1990 年代）

电子技术推动从机械到数字的跨越

1. 电子控制与传感器融合

20 世纪 60 年代，伺服电机和电子传感器的应用，使遥操作器从纯机械结构升级为 “电控主从系统”。1965 年，斯坦福研究所开发的遥操作臂首次集成力传感器，实现了初步的力觉反馈，如抓取物体时主端手柄震动，提升了操作的精准度和感知能力。

图：伺服电机

在太空探索领域，1983 年 NASA 的 “遥操作机器人测试床” 在航天飞机上验证了太空环境下的远程控制，为后续加拿大臂在空间站的应用奠定了基础。该系统通过数字通信解决了太空微重力环境下的精准控制问题，是遥操作技术在航天领域的重要突破。

2. 医疗与工业领域突破

1985 年，PUMA 560 机械臂完成全球首例机器人辅助神经外科手术 —— 脑部活检，尽管早期系统仅能执行单轴运动，但开创了 “医生远程操控机械臂手术” 的先河，证明了遥操作在精密医疗场景的可行性。

图：puma系列机械臂

20 世纪 90 年代，库卡、ABB 等企业推出工业遥操作机械臂，通过示教器编程，实现了汽车焊接、装配等任务的远程调试，推动了 “无人工厂” 概念的落地，提升了工业自动化水平。