吳琳

特種機器人技術(shù)分享

吳琳

吳琳，長源動力（北京）科技有限公司副總經(jīng)理兼技術(shù)總監(jiān)，從事特種機器人研究十幾年，2005年帶隊北京科技大學獲得“亞太電視機器人大賽”全國第一、亞太第二；曾在北航參研國防基礎(chǔ)科研、863、709等項目；帶隊研制多款排爆機器人，其中某型號獲得武警列裝與部隊試用。

1　特種機器人定義

1.1廣義的定義

特種機器人是除工業(yè)機器人之外的、用于非制造業(yè)并服務于人類的各種機器人總稱。

1.2特種機器人分類

按照服務范圍和用途的不同，特種機器人可以分為民用和軍用兩大類。

民用機器人又可分為：家務機器人、醫(yī)用機器人、娛樂機器人、機器人化機器等。

軍用機器人又可分為：作戰(zhàn)機器人、空中機器人、水下機器人等等，有些分支發(fā)展很快，如空中機器人，即無人機，廣泛地應用于現(xiàn)代戰(zhàn)爭中。

1.3狹義的定義（機器人行業(yè)內(nèi)）

特種機器人：特種作業(yè)機器人，就是特定環(huán)境或特殊作業(yè)機器人，即代替人在危險環(huán)境下作業(yè)的機器人，說白了，就是做“人們不便做或不易做”的工作。常見的有排爆機器人、偵察機器人、核工業(yè)機器人、消防機器人、水下機器人等。

2　公司特種機器人發(fā)展路線

2.1公司發(fā)展

長源動力公司主營業(yè)務是：排爆機器人、偵察機器人、警用裝備、智能顯控系統(tǒng)、無人機等。

公司做排爆機器人起家，最早可追朔至2004年，當時只能說原型樣機，離實戰(zhàn)有距離。

關(guān)鍵節(jié)點是2008奧運會，長源動力公司接到一個小批量訂單，花了半年時間研制與生產(chǎn)，并成功交付。那時也只有算是工程樣機，能用，但說實話不易用，操作比較復雜。

2011年，公司確立了XBOT510機器人重點研制方向，并獲得了武警列裝。

2014年，公司XBOT510系列機器人獲得國外軍方批量采購并成功交付使用。

2.2收獲與啟示

1）行業(yè)的孤獨。

我們做排爆機器人相對比較早，產(chǎn)業(yè)鏈還不夠成熟，很多關(guān)鍵器件都掌握在國外生產(chǎn)商手中，像電機、減速器、驅(qū)動器等，不僅貴而且貨期長；同時，國內(nèi)配套服務也跟不上，像履帶設計與加工、圖傳與數(shù)傳等器件都跟不上。所以，最早做特種機器人是非常艱辛的，沒有太多的標準件與供應商，很多東西需要研究所或企業(yè)自己去獨立完成。

2）誘惑太多。

特種機器人是一個新興行業(yè)，面對許多相關(guān)行業(yè)需求，前期我們做過各式各樣的機器人，像管道機器人、電力機器人、煤碳機器人、排雷機器人、服務機器人等等，大大小小加起有少說有十幾種。

其實這些機器人仔細分析下都非常有前景，從用戶需求上都是剛需，但受到當時機器人技術(shù)制約，我們無法做到實現(xiàn)客戶心目中的那款機器人。例如消防機器人，肯定是剛需，如果有一款消防機器人能沖火場，智能分析現(xiàn)場并把火滅了，相信也不會出現(xiàn)天津這樣的慘劇。但是我們當下的機器人技術(shù)能做到嗎？答案顯然是不能。

面對需求與誘惑，我們需要做好機器人技術(shù)與客戶需求的對接，搭好這個橋梁。把一些終極目標先放下，找好需求的切入點，解決實際問題才能做到雙贏。

3）機器人樣機與產(chǎn)品有區(qū)別，要做產(chǎn)品。

本人曾經(jīng)跟一個朋友聊天，他們做的服務機器人非常棒，能地圖建模、能室內(nèi)任意行走、能識人端茶倒水、能跟人談天說地，看似無所不能。個人覺得這么好的產(chǎn)品，簡直太棒了，問之怎么不拿風投、投向市場，說不好還能IPO呢？那位朋友誠懇地說，這是只在特定環(huán)境、特定事件、特定人員才能展示的DEMO（樣機）而已，如果三者略有變化，結(jié)果就不好說了。

對機器人系統(tǒng)，做一個DEMO機器人容易，但要做成一個產(chǎn)品機器人，難。對于產(chǎn)品機器人，它面對的具體環(huán)境是未知，處理具體事件也是未知的，人員操作行為也是未知的，這對于機器人設計提出非常高的要求。

再舉個例子。排爆機器人其實是一個帶多自由機械臂的履帶小車，大家都知道小車是用來開的，不是用來撞墻的。但在實際中，有人拿機器人去撞墻，有人直接在樓梯上把機器人開翻了，有人把機器人開進沙堆中，有人直接把機器人從1米高的臺階開下來，有人直接用水沖洗機器人……作為產(chǎn)品，我們不能忽視這些問題，而是要去認真解決這些問題，否則，在用戶眼里這就是一款不能用的機器人產(chǎn)品。

4）需要一種堅持。

機器人是一個復雜系統(tǒng)，做好一款機器人不容易，其涉及到機械、電氣、軟件多方面的緊密配合。特意強調(diào)一下“緊密”兩字，只有緊密才能把機器人做好，機器人出現(xiàn)的問題往往是比較綜合的，這時需要機械、電氣、軟件爭著去解決問題，而不是分工去解決這個問題。這點需要大家在實踐中去體會。

做機器人的過程是需要沉得下來，堅持。我們做出的第一代、二代甚至第三代機器人往往不盡人意，與市場需求都有距離，這時，需要我們沉下心來，根據(jù)用戶的需求繼續(xù)堅持與改進。機器人不是快銷品，不是玩具，需要時間來沉淀。

我們做排爆機器人跌跌撞撞10多年，經(jīng)歷了至少6代發(fā)展與升級。

3　榜樣公司iRobot

首先，不得不承認美國在機器人方面的技術(shù)很領(lǐng)先，作為全球排爆機器人銷量最大的機器人公司iRobot，一直是我們努力學習與爭取超越的對象。到2014年年底，iRobot旗下的PackBot510系列全球銷量已超過5000臺套；同期，其家用服務機器人（代表性就是掃地機器人）銷量突破1300萬臺套。2014年，其銷售額達到5.5億美元。

iRobot公司發(fā)展歷史：

1990年，美國麻省理工學院(MIT)羅迪布魯克斯教授(Rondy Brooks)，帶著得意門生柯林安格爾(Colin Angle)和海倫格萊納(Helen Greiner)，以CSAIL所提供的創(chuàng)業(yè)基金為基礎(chǔ)，創(chuàng)辦了iRobot公司。

1991－1997年，其做了一些機器人的研究，但沒有大規(guī)模應用，一直處于技術(shù)沉淀與團隊積累階段。

1998年，iRobot與美國國防高級研究計劃局(DARPA：Defense Advanced Research Projects Agency)簽署合同，研發(fā)機動的戰(zhàn)略用機器人，即是PackBot的前身。

2001年9月：紐約911攻擊事件后，PackBot首次正式上陣，于世貿(mào)中心廢墟進行搜尋行動。

2002年6月：PackBot前往阿富汗戰(zhàn)場進行掃雷及偵測敵方的行動。

2002年9月：iRobot正式開啟家用機器人市場，推出iRobot機器人吸塵器。從此， 公司陸續(xù)推出系列家用機器人，像吸塵器機器人、拖地機器人、游泳池清掃機器人等等。

2011年4月：應日本自衛(wèi)隊特種部隊小組的請求，iRobot派出四臺機器人（PackBot 510和Warrior 710），援助解決日本福島核電站事故。

2012年，PackBot 等公共安全機器人銷售過5000臺套。

2013年，家用機器人突破1000萬臺套。

iRobot公司最早的技術(shù)與人才來自于高?；蚩蒲袡C構(gòu)，初創(chuàng)階段多以項目為主，前幾年努力尋找方向與積累技術(shù)。公司起源于軍用或國家應用，但不限于軍用。從1998-2002年，公司的重點在公共安全機器人方面，但從2002開始，公司發(fā)展家用機器人，兩條腿走路。許多核心技術(shù)在軍用上進行攻克，同步就應用民用，發(fā)展比較良性。這也是我們政府現(xiàn)在認識并提倡的軍民融合政策，軍參民，民參軍，相互融合與發(fā)展。

個人體會是，軍用產(chǎn)品用來做標桿與利潤，民用產(chǎn)品用來做品牌與規(guī)模。做機器人建議兩條腿走路，政府與民用，共贏發(fā)展。

要有模塊的思想，一個平臺，多種應用。像PackBot平臺上有各種應用與套件，這樣可以專攻平臺技術(shù)，平臺應用多了，可以采用許多新工藝，從而提高可靠性與降低成本。

再舉個例子。我們在早期做排爆機器人，體積大，重量重，這導致我們電機與減速器功率不夠，這樣就不得不加大號電機、大號減速器、驅(qū)動器、履帶等等，之后結(jié)構(gòu)需要加強，體積更大，重量更重，電機功率又不夠，成了一個死循環(huán)。而iRobot公司做機器人，往小的做，這樣電機、減速器、結(jié)構(gòu)要求更小，從而更有利于機器人的研發(fā)。

4　特種機器人未來應用

4.1警用方面

在警用方面，主要有兩種應用：偵察機器人與作業(yè)機器人（像排爆機器人）。

偵察機器人，如iRobot公司的FirstLook110，美國Recon Scout，Dragon Runner（由海軍陸戰(zhàn)隊作戰(zhàn)實驗室和卡內(nèi)基?梅隆大學共同研制），其特點是：

1）小巧，單兵可攜帶；

2）很強的抗跌落能力，可以直接投拋至應用現(xiàn)場；

3）具備防水能力；

4）對速度有一定要求，至少比人正常行走的速度要快，不能讓人等機器人太久。

作業(yè)機器人，主要是排爆機器人，如Northrop Grumman F6A 、Allen-Vanguard Defender、Allen-Vanguard MKII等，陪中國反恐排爆行業(yè)走過起步階段。

目前，在全球常用的排爆機器人主要是iRobot公司的PackBot510、710，QinetiQ的 Talon與Dragon Runner的排爆系列。

4.2臨場感機器人

最后與大家分享一下，什么叫“臨場感機器人”？就是在同一時間，在另一個地點，有另一個你，代替你做你想做的事。這是臨場感機器人的終極目標，目前主要可以實現(xiàn)：遠程訪談、遠程技術(shù)指導、家庭的遠程聚會、遠程會議等。

遠程臨場感機器人只是一個載體，是一個家用機器人的入口，未來的方向?qū)⑹羌依锏闹悄芄芗?。我們設想一下，現(xiàn)在很多智能家居，遠程操作完后，只是在手機上顯示圖標，例如，我想讓家里的電飯鍋把飯做了，手機上顯示已啟動，半小后飯做好，但電飯鍋到底啟動沒有啟動，其實是未知的；如果有臨場感機器人，他代替你去看一下，完成基本視覺的閉環(huán)，這就完全不一樣了。