國外無人排爆機器人發展現狀研究初探

張 兵

（武警工程大學研究生大隊，陜西 西安 710000）

0 引言

近年來，面對各國恐怖勢力日益猖獗，恐怖活動日益頻發，爆炸襲擊日益多發等嚴峻形勢，各類排爆裝備的研究也如雨后春筍般競相迸發，無人排爆機器人就是其中的一顆明珠。無人排爆機器人是指代替人到不能去或不適宜去的有爆炸危險等環境中，直接在事發現場進行偵查、排除和處理爆炸物及其他危險品，也可對一些持槍的恐怖分子實施有效攻擊的機器人。目前為止，無人排爆機器人的移動載體主要有履帶式、輪式、輪履結合式等，其作用主要是搬運、轉移爆炸可疑物；使用銷毀器銷毀爆炸可疑物；實施現地勘察，實時傳輸圖像；使用探測器進行危險物探測。目前，無人排爆機器人主要分為兩種：一種是遠程操控型機器人，即在人類可視條件下通過操作排爆機器人完成相關動作，進行人為排爆。人是智能主體，機器人是執行者。另一種是自主智能型無人排爆機器人，即通過基于深度學習的人工智能技術讓機器人具有一定的分辨能力和自操作能力，進而完成排爆任務。

1 國外無人排爆機器人發展現狀

無人排爆機器人最早的研制可追溯到20世紀60年代，近年來無人排爆機器人的研究技術日益成熟，國際上的一些大公司已經如美國的REMOTEC公司、iRobot公司，英國的 ALLEN Vanguard公司、Morfax公司、AB Precision Limited公司，德國的Telerob公司，加拿大的Med-Eng公司，西班牙的Proytecsa公司等都在對排爆機器人不斷進行研發和升級改造，部分無人排爆機器人已逐步運用于實戰。英、美、德、法、西班牙、加拿大等國家已在軍警部門列裝無人排爆機器人。

1.1 英國

ABPrecisionLimited（ABP）公司是英國國防部常用工程設備的供應商。其生產的無人排爆機器人有Cyclops、BisonTM、GroundhogTM、Lynx 等 型 號 。 其 中 ，Cyclops采取車型結構，精巧靈活，可在不同環境下操作運行。通信系統采用無線或光纖傳輸。2m加長臂的設計令其能搜索藏于各類角落里的可疑爆炸物。它還具備一定的越障能力，可攜帶和操控多種裝備：作爆炸物解拆器、小型武器、手動工具、化學武器和爆炸品偵測器、X射線檢測儀以及熱成像系統等。

1.2 美國

美國REMOTEC公司是NorthropGrumman的子公司是一家傳統的警用無人排爆機器人生產商，開發生產了Andros系列無人排爆機器人，其生產的F6A-J采用了Andros系列機器人獨有的活節式履帶，能夠跨越各種障礙，可以在多種復雜的地形上行走，貼近現實使用需求。它具有獨特的前后擺設計，使得該機器人能輕松的爬樓梯，穿越復雜地形，三節機械臂，6+1自由度，即使在復雜的條件下，該機械臂同樣能出色的完成任務。美國IROBOT公司研制的帶EOD套件的iRobot PackBotR510可以快速適應不同的簡易爆炸裝置，常規軍械和特警任務，同時使EOD人員和其他作戰人員保持安全的隔離距離。檢查站/檢查/爆炸物檢測使用先進的視覺和監視功能，檢查車輛，包裹和建筑物，以區分致命的爆炸裝置和無害物體。路線通關安全檢查并清除由路線清除小組發現的簡易爆炸裝置，以清除任路線上的威脅。

2 無人排爆機器人的功能分析

2.1 探測功能

探測功能，即通過攝像頭進行實時圖像傳輸，以便后方操作人員進行判斷和排爆。當人工智能發展到一定階段時或具備一定的智能自主探測，進行爆炸物分析等功能。

2.2 轉移功能

轉移功能，即通過機械手臂進行抓舉和移動。要求機器人抓得準、抓得穩，不能出現翻倒失控等情況，即便出現也能自我調整。為快速接近爆炸物，要在接近階段，即在無負重情況下，能夠滿足快速行走和克服途中所遇到各種障礙物。在抓取爆炸裝置后，也應該能夠順利行走和克服一定路障，一般條件設置在抓取重量：15～30 kg，行走距離：50～100 m，才能滿足基本排爆要求。

2.3 銷毀功能

銷毀功能，即對疑似爆炸裝置進行徹底銷毀。現階段最常用的銷毀手段是水槍（炮）摧毀。要求機器人能夠配套攜帶各種銷毀裝置對爆炸可疑物進行銷毀。除此以外，針對不同材料外殼的爆炸裝置能夠利用刀、鋸、錘等工具等進行破拆。

3 無人排爆機器人的技術分析

3.1 移動技術

無人排爆機器人的移動載體應當具備以下特點能夠以恒定的速度行駛消耗較低的能量，同時在行駛過程中姿態穩定，運動精度高；自然環境適應性強，具備一定的越障能力。通常無人排爆機器人的移動載體有履帶式、輪式、輪履結合式等，其中輪式機器人是目前最常見的移動機構，具有結構簡單、重量輕、輪式滾動摩擦阻力小、機械效率高等特點。但其越野性能不如履帶式，特別是爬樓梯、爬臺階、越壕溝的能力較差；履帶式缺點是重量大，能耗大;輪履結合式機器人融合輪式機構的高速高效性能和履帶式機構的地形適應能力強的優點，其缺點是結構相對復雜，控制較為困難，成本較高。

3.2 基于視覺SLAM的精確定位技術

SLAM （Simultaneous Localization and Mapping），中文稱作同時定位與地圖創建。其技術主要用來解決機器人在未知環境運動中如何確定自身的運動軌跡同時構建環境地圖，主要包括特征提取、數據關聯、狀態估計、狀態更新等。無人排爆機器人要想實現智能化排爆，必須具備一定的導航、定位和路徑規劃能力，實施精確定位和有效抓取。現有的無人排爆機器人大多只是一個帶有攝像機的監控系統，其是由操作者根據在現場CCD傳回的實時圖像進行人為判斷和決策進而遙控機器人完成指令，其實質還是操作人員在排爆，機器人只是一個載體。

3.3 基于通信系統的人機交互技術

無人排爆機器人要想實現人機交互，必須擁有一套成熟的通信系統。通信系統可以實現排爆機器人和操作人員之間的雙向信息傳輸和互動。目前，排爆機器人的通訊方式主要是有線、無線、自適應通訊三種方式。其中線控可靠性高，但距離有限且線纜在排爆機器人移動過程中易被現場障礙物纏繞甚至被損壞;無線遙控操作方便，不受有線的制約，但控制信號易受干擾或被電子屏蔽；而自適應無人排爆機器人加入了視覺反饋、障礙物識別模塊使其具有多種感知功能，能夠在作業環境中自我學習，可借助系統進行算法分析、路徑規劃和現場決策，具有很高的智能性。

4 無人排爆機器人發展趨勢展望

無人排爆機器人作為智能化裝備，其重要意義已經被各國政府和公眾普遍認同，但這種傳統的單一任務移動平臺已無法適應多變的戰事及反恐任務需求，操作智能化、功能模塊化、任務集群化已經成為“未來作戰系統”的發展主流方向。

4.1 標準化、模塊化

目前，多國各種型號機器人的研制還處于各自為政狀態，為了更加適應未來戰場環境方便維修，要逐步采用標準化部件生產制造。標準化主要指的是硬件和軟件兩個方面，硬件標準化是指接口、機械部件的標準化，軟件標準化指操作系統、通訊協議的標準化。模塊化是指各個任務功能單元能夠成系統出現，模塊化的結構能有效提高系統的可靠性和增強系統的擴展性，促進機器人的系列化。

4.2 智能化、協同化

由于排爆工作一般在未知環境下進行，因此無人化排爆機器裝備需要具備局部環境自主建模、自主檢障和避障、局部自主導航移動等能力，同時還應該具有夠實現快裝快拆快換的智能工具，能夠在最短的部署時間內實現功能切換，面對復雜多變的戰場環境，提高作戰使用效率。隨著人工智能技術的發展，機器人面對復雜環境能夠借助人機交互對現場環境進行分析，路徑進行規劃，這種人機協同模式能夠更有效的完成任務。

4.3 網絡化、數據化

目前對機器人的操控手段主要還是以短距離的有線和無線為主，國外在對移動機器人實施遠程網絡控制方面取得了一定進展。隨著信息技術的發展，利用大數據，邊緣計算和云計算等技術，將互聯網模塊加入到無人排爆機器人中，利用新一代移動通訊來控制無人排爆機器人，建立基于互聯網的機器人可操控技術。通過數據中心的共享機制，搭載任務單元進行數據采集、利用和共享，幫助戰場人員迅速識別可疑爆炸物并將其分享給作戰單元，以便能夠更好地完成任務。

5 結束語

綜上所述，近幾十年以來，無人排爆機器人從操作到性能已大幅提高并逐步走向戰場，在任務中初露鋒芒。但是，人們必須清醒地看到目前的無人排爆機器人還是低水平的，不全面的，要想實現真正的無人智能化還有很長的路要走，這才是萬里長征的第一步。但是隨著高性能計算機技術、人工智能技術和通信技術的發展和關鍵技術的突破，無人排爆機器人一定能夠更加適應戰場環境，更好地幫助人類完成各類使命任務。