基于多旋翼飛行器的自主掃雷裝置的技術分析及市場應用

尉潔+田勇+楊益鈞

摘 要：基于多旋翼飛行器的自主掃雷裝置是一種結合機械臂及掃雷排雷設施的具有可垂直起降能力并且能在空中自主掃雷的小型無人飛行器，其可廣泛應用在軍事領域上。

關鍵字：多旋翼飛行器；自主掃雷裝置；技術分析；市場應用

1 研究意義

黨的十八大勝利召開，在黨的十八大中提出實施創新驅動發展戰略，強調科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置。其中在《中國制造2025》中我國重點強調了機器人在國防軍工的應用需求，并鼓勵支持積極研發新產品，促進機器人標準化、模塊化發展，擴大市場應用的戰略要求。除此之外，在2016年發表的《國家創新驅動發展戰略綱要》的戰略任務之第四條是“深化軍民融合，促進創新互動”，鼓勵支持按照軍民融合發展戰略總體要求，發揮國防科技創新重要作用，加快建立健全軍民融合的創新體系，形成全要素、多領域、高效益的軍民科技深度融合發展新格局。

基于多旋翼飛行器的自主掃雷裝置的研究是積極響應中共中央對創新創業項目的鼓勵和支持的一項創新性項目。傳統掃雷的幾種方式，不是讓人或者動物去冒險，就是出動價值連城的裝備，不僅效率極低，而且容易發生事故，還要付出驚人的財力、精力，甚至是排雷人員的生命。基于多旋翼飛行器的自主掃雷裝置是一款低成本、高效率、零傷亡的自主掃雷裝置，是將多旋翼飛行器與掃雷裝置相結合，結合機械臂，掃雷排雷設施所制作的一種可自主掃雷的多旋翼飛行器。

2 技術分析

1、先進性

基于多旋翼飛行器的自主掃雷裝置主要由上下兩部分組成，上面部分為多旋翼飛行器，下面部分為自主掃雷裝置。在多旋翼下方安裝掃雷裝置，即采用結合機械臂，掃雷排雷設施形成的一個系統裝置。

該裝置的先進性之一是采用多旋翼飛行器為搭載平臺。它通過上下共軸放置的電機提供升力，通過改變旋翼轉速來調整姿態，通過調整姿態進一步實現位置控制，與常規的單旋翼直升機相比，多旋翼飛行器簡化了設計的維護成本。其次，利用多旋翼為搭載平臺，飛行器的承重能力得到很大的提高，使作品的穩定性更加可靠。同時，由于多個旋翼允許每個旋翼具有較小的直徑，所以該裝置還具有懸停性能優異、機動靈活性高、機械結構緊湊、零部件可靠性高等優點，能以較小的風險勝任更具挑戰性的飛行環境。

其先進性之二就是其獨特的掃雷裝置，與傳統的掃雷裝置相比，其掃雷裝置最大的特點就是以多旋翼飛行器為搭載平臺的基礎上，結合機械臂，掃雷排雷設施形成的一個系統裝置。裝置內部設有的定位系統，還可以對已經檢查過的地方進行記錄，不再進行重復掃描，這一獨特的自主掃雷裝置實現了多旋翼可以在空中自主掃雷的功能，而且通過遙控多旋翼飛行器進行操作，其操作簡便，不會造成人員傷亡，同時其準確性較高，大大提高了排雷的速度。

2、性能參數

不帶槳尺寸：長562mm 寬487mm 高600mm

帶槳尺寸：長600mm 寬600mm 高600mm

機體重量：小于2.5kg

續航時間：25min（一塊電池飛行時間約18分鐘）

掃描范圍：1500平方米左右

工作時飛行器距離地面高度：大于等于1m

3、工作過程

在遙控多旋翼飛行器的過程中自主掃雷主要分為掃雷，標記，排雷三個過程。

掃雷：利用該飛行器內置的GPS，在地面站地圖上繪制出飛行軌跡，并用超聲波進行地形跟隨，讓飛行器與地面保持相對設定的高度，掃描整個雷區。如圖1所示。

標記：飛行器下方探測器檢測到地雷時，利用GPS將相對應地理坐標輸出并存在飛行日志里，這樣我們就獲取了地雷的精確位置。如圖2所示。

3）排雷：遙控多旋翼無人機和機械臂，將小型雷管準確放置在被標記的位置，待裝置離開時定時引爆。如圖3所示。

4、優勢

相比傳統掃雷，基于多旋翼飛行器的自主掃雷裝置的優勢主要有以下幾點：

1）該裝置通過遙控飛行器來操作排雷，大大改善了原本手持掃雷、掃雷車等傳統方式的局限性，避免了人或動物去冒險，工作人員犧牲概率幾乎為零；

2）該裝置基于多旋翼飛行器的支持，該裝置工作快速且高效，是傳統掃雷排雷技術工作速度的20倍；

3）該裝置靈活、穩定，能實現以較小的風險在更具挑戰性的環境下進行掃雷排雷任務

4）該裝置成本低，不到傳統排雷技術的2倍，可以被大規模使用；

5、局限性

由于該裝置是基于多旋翼飛行器的裝置，在飛行上會受到地形的限制，本裝置主要適應于較平曠如平原等地形較不復雜的地方進行自主掃雷，這也是本裝置的局限性所在。

3 市場應用

基于多旋翼飛行器的自主掃雷裝置主要應用到國防軍事上。比如可以將其運用于軍事演練等小規模非正式軍事化場合中，具有便于操作、利于軍事戰略布局等優點。近年來，軍用無人機的使用數量、種類和頻次等呈快速增長趨勢，大力發展無人機已經成為當今世界軍事強國軍方的共識。二十一世紀以來，各國已經紛紛出臺各自的無人機發展規劃，并加大投入力度，軍用無人機的發展呈現前所未有的熱潮。可以預見，無人機今后將會以其特有的優勢在未來戰爭中發揮舉足輕重的作用。基于多旋翼飛行器的自主掃雷裝置的研究是順應全球國防科技發展的潮流，其在軍事領域上的應用前景較為廣闊。

4 結束語

新時代的戰爭不再是常規武器之間的較量，而是科學技術之間的比拼。無人機在軍事領域使用的范圍也在不斷拓展，很多高危險高強度的有人飛機任務正在被無人機所取代。基于多旋翼飛行器的自主掃雷裝置通過遙控飛行器來操作掃雷排雷，大大改善了原本手持掃雷、掃雷車等傳統方式的局限性，而且此裝置的研究也是順應中國國防科技發展的潮流。

參考文獻

[1]劉藝等.網絡化單連桿剛性關節機械臂系統的可控性[J].計算機仿真， 2015， 32（4）：399-402

[2]趙永亮.新型多旋翼飛行器控制系統設計與實現[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學， 2015.

[3]楊成順.多旋翼飛行器建模與飛行控制技術研究[D].南京：南京航空航天大學， 2013.

[4]馬建光，王小虎，陳立立.世界無人機發展與未來戰爭[J].唯實， 2014（9）：87-89