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国外排爆机器人发展现状与启示

作者:深圳市鑫日升科技有限公司 浏览: 发表时间:2021-02-25 15:00:00 来源:特种安防网

摘要:当前世界面临的不稳定不确定性因素依然突出,区域热点问题、恐怖主义威胁持续升温,复杂多变的作战环境给士兵的生命安全带来巨大挑战。排爆机器人可以代替作战人员完成探测侦察、排雷排爆等高风险任务,极大地提高了作战效率,保护了有生力量。总结了近年国外排爆机器人的发展演变,基于未来军事需求和技术发展,对今后排爆机器人的发展趋势作出预判,为中国排爆机器人发展提供合理化建议。

关键词:排爆机器人;智能化;模块化;国外排爆机器人

1 引言

随着科学技术迅猛发展和武器系统升级换代,排爆机器人大量应用于城市反恐、震后救灾等行动中,在探测危险物品、排除爆炸物中的出色表现引起了世界各国广泛关注,极大提升了作战效率,有助于减少人员伤亡[1]。军事需求是排爆机器人发展的直接动力,而科技的发展为无人作战平台提供了技术保障。当今世界正面临百年未有之大变局,和平与发展仍然是时代主题,同时区域不稳定不确定性更加突出,恐怖主义、地区热点问题错综复杂。中国应该根据形势任务,加速我军新型无人排爆装备的研发。本文以排爆机器人为研究对象,总结了近年来国内外排爆机器人的演变与发展,基于未来的军事任务需求,作出发展趋势判断,可以为中国排爆机器人的研发使用提供借鉴意义。

2 国外排爆机器人发展状况

欧美***研发较早,排爆机器人机动性好、适应性强,相关技术日臻成熟,通过增加了传感器、控制器、执行器等装置,代替士兵执行搜索侦察、排雷排爆等军事任务。目前广泛列装于军警部门,在实践中取得了一定的成效。根据智能控制方式的不同,可分为遥控式、半自主式和全自主式;根据行驶系的不同,分为轮式、履带式、轮履结合式和足式;根据承载质量的大小分为小型、中型、重型和超重型。

2.1 英国

2.1.1 MK II

英国P.W.ALLEN公司生产的MKII新一代多功能小型排爆机器人,具有体积小、功能强、操作方便的特点。如图1所示,MKII机械臂为6自由度,可以灵活抓取物品。主摄像头具有10倍放大功能。中央操作台采用笔记本电脑控制,动作准确,操作方便,图像显示清晰,结合网络技术可实现异地操作、异地数据传输。防水式双向数字通讯系统保证将前方声音清晰传输至中央控制台,具有强抗干扰能力。标准化数字接口,可搭载多种探测传感器。负载能力80kg,可在雪地、沙地等复杂路面行驶,续航时间3~5h,越障高度20cm,爬坡角度45°,密封等级IP55,***时速2.25km。

国外排爆机器人发展现状与启示

2.1.2 Defender

如图2所示,Defender是一款结实耐用、可靠性强的大型排爆机器人,配有处理核生化装置、分布式电子结构、扩展的光谱射频遥感测量装置,可以线控或无线遥控,采用全向天线,控制半径达到2km。车体采用模块化结构,部件主要材质以钛为主,配有标准配件[2]。自重275kg。负载能力180kg,垂直高度2.56m,离地间隙10cm,续航时间5h以上,可翻越20cm障碍并爬行45°的斜坡,***时速可达3.25km。

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2.1.3 “手推车”

“手推车”由英国军用车辆研究所和英国皇家陆军共同研发,它也是世界上***负盛名的经典履带式排爆机器人,广泛应用于各国军警部门,有多种型号,包括MK7、MK8、SuperM等,其中SuperM是一种可在恶劣环境下工作的遥控车,全车重204kg,长112cm,宽169cm,移动机构采取履带结构,***速度为2km/h,配有无线电控制系统、彩色摄像机、猎枪及爆炸物排除装置[3]。摄像机可靠近地面工作,方便排查可疑车辆底部。“手推车”经典履带式排爆机器人如图3所示。

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2.2 美国

2.2.1 F6A-J

F6A-J是美国REMOTEC公司ANDROS系列中功能***强大的经典排爆机器人[2]。如图4所示,采用活节式履带轮式结合设计和独特的前后摆设计,使其能够适应复杂的地形,行走速度快,机身较窄,可在狭窄的地方灵活操作。三节机械臂,6+1自由度;肩轴转动210°,腕轴仰俯210°,抓手***张度为31cm并可连续转动,各种部件均由独立开关控制,速度可调节。配有三组摄像头,对作业现场可进行无死角监控;适应各种天气;可通过线缆、光缆或无线控制;爬坡能力45°,越壕能力46cm;完全伸展时,***抓取质量11kg,伸展46cm时***抓取质量为27kg。伸展距离为水平200cm,垂直240cm;武器/工具方面配有快速更换工具组件,有两套控制电路。控制系统固定在一个手提箱里,可以无线、光缆和线缆控制。

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2.2.2 Talon(魔爪)

如图5所示,Talon是一款中型无人排爆车,用于执行侦察检测、爆炸物拆除工作,模块化设计,在不装备爆炸物处理装置(EOD)和战斗工程设备的情况下可通过远程遥控拆除简易爆炸装置[4],载荷为45kg,可翻越***43°的台阶、45°的斜面、38cm深的雪地及拆迁废墟[5]。优点在于坚固、承载能力强,操作简单。

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2.3 加拿大

2.3.1 MK4

如图6所示,MK4是一款质量达333kg的大型排爆机器人,可拖拽680kg物体,爬坡能力40°,多轮传动系统,速度***快可达3.2km/h。1.4GHzCOFDM,视频传输距离达1km,无干扰、手臂收回时可抓取90kg重物,手臂伸展时可抓取45kg重物。通过CCU操控单元对机器人的行进速度、观察平台进行***控制。38cm彩色液晶触摸显示屏不管是在亮光还是在暗光下都能清晰显示七组摄像头的图像。配备有重型抓手、双路多转向水炮枪底座。模块化设计使现场临时根据任务需求更换配件。四组48VDC快速充电电池保证机器人连续使用时间达到5h。

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2.3.2 Avenger

如图7所示,Avenger排爆机器人机械臂整体7个自由度,采取三段式设计。全新强固式操作平台,X500型军品级操作平台;双电池供电,三种通讯方式,摇杆控制运动和PTZ相机。符合MIL-STD810G,MIL-STD-461F标准,IP65防护等级。模块化设计方面,预留接口可与爆炸物销毁装置、便携式X光机、核生化探测等设备无缝连接。

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2.4 其他***排爆机器人发展现状

2.4.1 德国

如图8所示,TelemaxPROEOD是一款设计精巧、灵活的多功能排爆机器人。越障能力50cm,机械臂可一键操作完成规定动作,轻松抓取物体;履带和轮式结合的移动结构使其具有良好的灵活性;配有两个可自动交换工具的工具库;镍镉或锂电池供电,连续续航时间***长可达5h;接口可配多种爆炸可疑物摧毁器。良好的NBC防御功能,传感器可探测到混合在爆炸物中的放射性、有毒有害化学物质;使用环境温度范围为﹣20~60°C;具有防水防震功能;1000m内可无线电操控,光纤操控***远达200m。

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2.4.2 俄罗斯“乌兰”-6型

如图9所示,“乌兰”-6型排爆机器人结构紧凑,外观低矮,车头前方安装扫雷连枷,车顶安装有摄像头、天线等设备,自带的扫雷工具组件包括扫雷辊、推土铲、夹爪、叉车和机械臂等,同时还配备了不同类型的车载仪表以及4个***摄像头[6]。操控性好,适用于极寒环境,维护保养方便。

国外排爆机器人发展现状与启示

3 国外排爆机器人主要特征及发展趋势

从技术发展角度来看,国外排爆机器人呈现以下特点:①模块化设计。通过加装不同武器系统,***化增强排爆机器人作战能力。②具有良好的越障能力和环境适应性。爬坡越障等山地越野性能出色,能够适应崎岖山地、城市废墟、滩涂斜坡等不同地形环境,防水抗低温高温设计也极大增强了战场生存能力。③结构上具有大型化、小型化、轻量化、简约化的特点,并在总体布置上多采用整体平台式结构,以满足多种军事任务的要求[7]。④操控控制系统智能化水平较高,具备智能控制、环境感知、人机互动、执行任务等强大性能。

排爆机器人作为特种机器人的重要应用方向,其应用价值被各国普遍认同。操作智能化、功能模块化、任务集群化已经成为未来排爆装备发展的主流方向。具体体现在以下几个方面:①从环境适应性上看,排爆机器人在防护功能、防水抗低温高温上的良好表现,使其能够在震后救援、敌火控制范围、疫情爆发区、核生化污染区等多种人员不宜直接进入的复杂环境下,代替排爆人员完成搜救、排爆、清除、侦察等危险作业,表现出色。此类作业环境往往对人身有极大威胁,贸然进入疫情污染区有可能造成病毒扩散蔓延,带来不可控制的影响。②从智能程度上看,排爆机器人将从遥控式、半自主式向完全自主式发展,单体智能向多智能体协同发展[8]。结合大数据分析技术、***定位技术、多传感器信息融合技术、导航和定位技术、生命探测、核生化探测等先进技术[9],实现一键操作、路径优化、自主导航、爆炸物识别拆除等功能,更好地实现人机互动,可保证作业人员和作业工具的分离,对作业人员起到了很好的保护作用。③从发展形态上看,排爆机器人将向系列化、多元化、隐形化方向发展。瞬息万变的未来战场对排爆机器人的发展提出更高要求。城市巷战、交通工具走廊等狭窄区域适宜小型排爆机器人,开阔地带适合大中型排爆机器人作业,反恐维稳行动中则更需要隐形排爆机器人。④从研发设计上看,标准化、模块化设计将是未来的一个必然发展趋势,通过优化机械接口、电气接口和液压接口的集约化设计[10],提高装备之间的兼容性,依据不同任务灵活拆装不同模块,在作业现场迅速实现功能切换,有效应对复杂多变的战场环境,提高作战效率。⑤从担负功能来看,排爆机器人作为光机电一体化的复杂集成体,涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、脑科学、传感器、通讯及网络等多个学科领域[11],未来通过搭载各种武器载荷,排爆机器人将从单纯现场侦查排爆向遂行多样化任务转变[12],可广泛应用于主要用于情报搜集、巡逻与侦察、排雷排爆、军事运输、火力攻击等任务。

4 对中国排爆机器人发展的启示

近年来中国在引进国外先进技术的基础上,排爆装备快速发展,排爆机器人在危险物侦查、探测救援、减少作战力量伤亡方面的出色表现引起了社会各界广泛的关注,具有相当广阔的应用前景和社会效益。相比国外,中国排爆机器人研发起步较晚,尚处于模仿学习阶段,整体结构功能上都有所欠缺,在发展理念、技术创新上和国外还存在不小的差距,如何发挥后发优势,借鉴外国研发经验,突破关键技术瓶颈,加快研发适合中国的排爆机器人刻不容缓。

从国外情况可以看出,排爆机器人逐渐从担负单一任务过渡到智能化、多模块领域,任务载荷也从模块小载荷逐渐向高集成化大载荷方向发展。机、电、光、声、化的多学科、多技术融合给无人化排爆装备提供了全新的开拓思路和探索方向。美国排爆机器人的研发在顶层设计上,采用“一体化发展、螺旋式推进和持续性改造”模式[13],要求前瞻性考虑下一阶段装备发展需求,鼓励根据任务需求大胆创新。由于中国国情和工业技术基础与外国不同,不能盲目照搬照抄[14]。应该认识到,中国排爆机器人智能化程度还比较低,仍处在半机械化向信息化过渡的阶段,远远无法满足未来战争的要求,已成为制约战斗力生成的薄弱环节,迫切需要升级换代。

中国要在稳步落实顶层设计的同时,要注重“产、学、研、用”相结合,尽快形成实战效能。目前,排爆机器人的研发还处于各自为政的状态,产品模块规格不一,要推动技术通用化、结构模块化发展,采用模块化的结构,提高系统的可靠性和兼容性。强调研发的技术继承性,降低研究风险,节约研制经费,提高无人化排爆装备的作用可靠性,搞好机器产品的系列化。


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