張 兵

（武警工程大學(xué)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(fā)，爆炸襲擊日益多發(fā)等嚴(yán)峻形勢，各類排爆裝備的研究也如雨后春筍般競相迸發(fā)，無人排爆機(jī)器人就是其中的一顆明珠。無人排爆機(jī)器人是指代替人到不能去或不適宜去的有爆炸危險等環(huán)境中，直接在事發(fā)現(xiàn)場進(jìn)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(jī)器人。目前為止，無人排爆機(jī)器人的移動載體主要有履帶式、輪式、輪履結(jié)合式等，其作用主要是搬運、轉(zhuǎn)移爆炸可疑物；使用銷毀器銷毀爆炸可疑物；實施現(xiàn)地勘察，實時傳輸圖像；使用探測器進(jìn)行危險物探測。目前，無人排爆機(jī)器人主要分為兩種：一種是遠(yuǎn)程操控型機(jī)器人，即在人類可視條件下通過操作排爆機(jī)器人完成相關(guān)動作，進(jìn)行人為排爆。人是智能主體，機(jī)器人是執(zhí)行者。另一種是自主智能型無人排爆機(jī)器人，即通過基于深度學(xué)習(xí)的人工智能技術(shù)讓機(jī)器人具有一定的分辨能力和自操作能力，進(jìn)而完成排爆任務(wù)。

1 國外無人排爆機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

無人排爆機(jī)器人最早的研制可追溯到20世紀(jì)60年代，近年來無人排爆機(jī)器人的研究技術(shù)日益成熟，國際上的一些大公司已經(jīng)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(jī)器人不斷進(jìn)行研發(fā)和升級改造，部分無人排爆機(jī)器人已逐步運用于實戰(zhàn)。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(jī)器人。

1.1 英國

ABPrecisionLimited（ABP）公司是英國國防部常用工程設(shè)備的供應(yīng)商。其生產(chǎn)的無人排爆機(jī)器人有Cyclops、BisonTM、GroundhogTM、Lynx 等 型 號 。 其 中 ，Cyclops采取車型結(jié)構(gòu)，精巧靈活，可在不同環(huán)境下操作運行。通信系統(tǒng)采用無線或光纖傳輸。2m加長臂的設(shè)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(xué)武器和爆炸品偵測器、X射線檢測儀以及熱成像系統(tǒng)等。

1.2 美國

美國REMOTEC公司是NorthropGrumman的子公司是一家傳統(tǒng)的警用無人排爆機(jī)器人生產(chǎn)商，開發(fā)生產(chǎn)了Andros系列無人排爆機(jī)器人，其生產(chǎn)的F6A-J采用了Andros系列機(jī)器人獨有的活節(jié)式履帶，能夠跨越各種障礙，可以在多種復(fù)雜的地形上行走，貼近現(xiàn)實使用需求。它具有獨特的前后擺設(shè)計，使得該機(jī)器人能輕松的爬樓梯，穿越復(fù)雜地形，三節(jié)機(jī)械臂，6+1自由度，即使在復(fù)雜的條件下，該機(jī)械臂同樣能出色的完成任務(wù)。美國IROBOT公司研制的帶EOD套件的iRobot PackBotR510可以快速適應(yīng)不同的簡易爆炸裝置，常規(guī)軍械和特警任務(wù)，同時使EOD人員和其他作戰(zhàn)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(jìn)的視覺和監(jiān)視功能，檢查車輛，包裹和建筑物，以區(qū)分致命的爆炸裝置和無害物體。路線通關(guān)安全檢查并清除由路線清除小組發(fā)現(xiàn)的簡易爆炸裝置，以清除任路線上的威脅。

2 無人排爆機(jī)器人的功能分析

2.1 探測功能

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

2.2 轉(zhuǎn)移功能

轉(zhuǎn)移功能，即通過機(jī)械手臂進(jìn)行抓舉和移動。要求機(jī)器人抓得準(zhǔn)、抓得穩(wěn)，不能出現(xiàn)翻倒失控等情況，即便出現(xiàn)也能自我調(diào)整。為快速接近爆炸物，要在接近階段，即在無負(fù)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(yīng)該能夠順利行走和克服一定路障，一般條件設(shè)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(jìn)行徹底銷毀?，F(xiàn)階段最常用的銷毀手段是水槍（炮）摧毀。要求機(jī)器人能夠配套攜帶各種銷毀裝置對爆炸可疑物進(jìn)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(jìn)行破拆。

3 無人排爆機(jī)器人的技術(shù)分析

3.1 移動技術(shù)

無人排爆機(jī)器人的移動載體應(yīng)當(dāng)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(tài)穩(wěn)定，運動精度高；自然環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，具備一定的越障能力。通常無人排爆機(jī)器人的移動載體有履帶式、輪式、輪履結(jié)合式等，其中輪式機(jī)器人是目前最常見的移動機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、輪式滾動摩擦阻力小、機(jī)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(jié)合式機(jī)器人融合輪式機(jī)構(gòu)的高速高效性能和履帶式機(jī)構(gòu)的地形適應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點，其缺點是結(jié)構(gòu)相對復(fù)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(shù)

SLAM （Simultaneous Localization and Mapping），中文稱作同時定位與地圖創(chuàng)建。其技術(shù)主要用來解決機(jī)器人在未知環(huán)境運動中如何確定自身的運動軌跡同時構(gòu)建環(huán)境地圖，主要包括特征提取、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、狀態(tài)估計、狀態(tài)更新等。無人排爆機(jī)器人要想實現(xiàn)智能化排爆，必須具備一定的導(dǎo)航、定位和路徑規(guī)劃能力，實施精確定位和有效抓取?，F(xiàn)有的無人排爆機(jī)器人大多只是一個帶有攝像機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，其是由操作者根據(jù)在現(xiàn)場CCD傳回的實時圖像進(jìn)行人為判斷和決策進(jìn)而遙控機(jī)器人完成指令，其實質(zhì)還是操作人員在排爆，機(jī)器人只是一個載體。

3.3 基于通信系統(tǒng)的人機(jī)交互技術(shù)

無人排爆機(jī)器人要想實現(xiàn)人機(jī)交互，必須擁有一套成熟的通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)排爆機(jī)器人和操作人員之間的雙向信息傳輸和互動。目前，排爆機(jī)器人的通訊方式主要是有線、無線、自適應(yīng)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(jī)器人移動過程中易被現(xiàn)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(yīng)無人排爆機(jī)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(yè)環(huán)境中自我學(xué)習(xí)，可借助系統(tǒng)進(jìn)行算法分析、路徑規(guī)劃和現(xiàn)場決策，具有很高的智能性。

4 無人排爆機(jī)器人發(fā)展趨勢展望

無人排爆機(jī)器人作為智能化裝備，其重要意義已經(jīng)被各國政府和公眾普遍認(rèn)同，但這種傳統(tǒng)的單一任務(wù)移動平臺已無法適應(yīng)多變的戰(zhàn)事及反恐任務(wù)需求，操作智能化、功能模塊化、任務(wù)集群化已經(jīng)成為“未來作戰(zhàn)系統(tǒng)”的發(fā)展主流方向。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化

目前，多國各種型號機(jī)器人的研制還處于各自為政狀態(tài)，為了更加適應(yīng)未來戰(zhàn)場環(huán)境方便維修，要逐步采用標(biāo)準(zhǔn)化部件生產(chǎn)制造。標(biāo)準(zhǔn)化主要指的是硬件和軟件兩個方面，硬件標(biāo)準(zhǔn)化是指接口、機(jī)械部件的標(biāo)準(zhǔn)化，軟件標(biāo)準(zhǔn)化指操作系統(tǒng)、通訊協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化。模塊化是指各個任務(wù)功能單元能夠成系統(tǒng)出現(xiàn)，模塊化的結(jié)構(gòu)能有效提高系統(tǒng)的可靠性和增強(qiáng)系統(tǒng)的擴(kuò)展性，促進(jìn)機(jī)器人的系列化。

4.2 智能化、協(xié)同化

由于排爆工作一般在未知環(huán)境下進(jìn)行，因此無人化排爆機(jī)器裝備需要具備局部環(huán)境自主建模、自主檢障和避障、局部自主導(dǎo)航移動等能力，同時還應(yīng)該具有夠?qū)崿F(xiàn)快裝快拆快換的智能工具，能夠在最短的部署時間內(nèi)實現(xiàn)功能切換，面對復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境，提高作戰(zhàn)使用效率。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人面對復(fù)雜環(huán)境能夠借助人機(jī)交互對現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行分析，路徑進(jìn)行規(guī)劃，這種人機(jī)協(xié)同模式能夠更有效的完成任務(wù)。

4.3 網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化

目前對機(jī)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(jī)器人實施遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制方面取得了一定進(jìn)展。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，利用大數(shù)據(jù)，邊緣計算和云計算等技術(shù)，將互聯(lián)網(wǎng)模塊加入到無人排爆機(jī)器人中，利用新一代移動通訊來控制無人排爆機(jī)器人，建立基于互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器人可操控技術(shù)。通過數(shù)據(jù)中心的共享機(jī)制，搭載任務(wù)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、利用和共享，幫助戰(zhàn)場人員迅速識別可疑爆炸物并將其分享給作戰(zhàn)單元，以便能夠更好地完成任務(wù)。

5 結(jié)束語

綜上所述，近幾十年以來，無人排爆機(jī)器人從操作到性能已大幅提高并逐步走向戰(zhàn)場，在任務(wù)中初露鋒芒。但是，人們必須清醒地看到目前的無人排爆機(jī)器人還是低水平的，不全面的，要想實現(xiàn)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(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)的突破，無人排爆機(jī)器人一定能夠更加適應(yīng)戰(zhàn)場環(huán)境，更好地幫助人類完成各類使命任務(wù)。