侦察机器人的研究现状

黄伟

摘 要：近年来城市搜寻和救援机器人在军事或城市突发事件中发挥着越来越重要的作用，在探测炸弹、搜寻人质和其他危险作业中扮演了重要的角色。不过这些无人侦察探测机器人的发展经历了一定的过程。本文首先阐述了侦察机器人的发展历程;然后根据抛掷式机器人的外形进行分类，并针对不同类型的抛掷式机器人的结构特点、操作性、灵活性以及抗冲击性等方面进行了分析，发现不同类型的抛掷式机器人都具有各自的优缺点，这为下一步研发一种性能皆优的柔性可抛掷机器人奠定了一定的基础。

关键词：侦察机器人;抛掷式;操作性;抗冲击性

1 侦察机器人的研究现状

在投掷式机器人问世之前，战术机动机器人已经推出数种型号的无人侦察车，有的甚至已在实战中付诸使用，美国iRobot公司生产的Packbot无人侦察车是世界上经过战争环境测试的、最成功的机器人之一。[1]在伊拉克和阿富汗战场的美军士兵曾使用这种侦察车在安全距离内执行危险的任务。Packbot机器人不但能够确认并解除路边炸弹、汽车炸弹以及其他简易爆炸装置的威胁，它还能够适用于执行其他任务，包括侦察和清道等任务。尽管这些外形“传统”的无人侦察车在实际使用中表现不俗，但依然暴露了不少缺点，例如尺寸偏大，不利于单兵携带;无法通过简单、快速的方式进入封闭空间;训练和后勤支持要求较高。相比之下，投掷式机器人无疑要简单、方便和快速得多，非常适合火力小组或下车士兵携带和使用。

2004年前后陆续出现了多种形式的投掷式机器人，目前国内外市场上常见的投掷式侦察机器人按照外形来分可以分四轮（或多轮）式侦察机器人、哑铃式侦察机器人、球形侦察机器人三种类型。这几种类型的投掷式侦察机器人都有其各自的优缺点，因此它们也具有自己的市场定位。

轮式机器人具有较多需要精密配合的机构和相对脆弱的结构，需要根据实际功能用途和结构构型来考虑机器人的抛掷跌落保护措施，以确保机器人在抛掷部署后仍然可以有效的执行任务。[2]以色列ODF Optronics Ltd公司研制的EyeDrive和美国Automatika公司研制的DragonRunner属于不同公司开发的同类产品，它们的特点是4轮驱动，可更换为履带式驱动，以适应不同路面要求，可搭载仪器设备，摄像头有4个左右，具有红外夜视能力，正反面着地均可，具有一定的自主行走能力，采用刚性坚硬的外壳，以保护体内的仪器设备。EyeDrive质量较轻，约为2.7kg，适合投掷，能抵抗3m左右的跌落冲击。DragonRunner体重稍大，约为7kg，不适合投掷，但具有一定的抗冲击能力。

哑铃式侦察机器人比较成功的是Recon Robotics，Inc推出的Recon Scout，Recon Scout使用了一个尾巴来平衡机器人的运动，它的抗摔能力主要体现在轮子和机器人本体的材料上，轮子使用的材料是高分子弹性材料氨基申酸乙酯，本体使用的则是高强度的钛合金材料。这使得其既能依靠材料变形来吸收冲击能量，又可以依靠强硬的结构框架承受大的冲击载荷，可投掷距离31.5m，允许跌落高度9.1m。其具有结构灵巧、质量轻、体积小、利于手握和投掷、利用两端的轮子可以实现平面内的运动、抗摔能力较强等优点。但其缺点是两轮的运动平衡性和稳定性不好、驱动复杂、操作性能差、行驶速度低、反应灵敏性较差。

侦察球又称为监视球，其外形通常为球形，大小与手雷相仿，可以由士兵随身携带。具有体积小、质量轻、隐蔽性好、携带方便、投掷性和抗摔性好、操作简单、成本低廉等优点，缺点：几乎没有运动能力、可回收性差。为了满足反恐作战和城区作战的需求，2005年以来以色列、美国、新加坡、瑞士、瑞典等相继推出了名为“侦察球”的新式装备，典型代表有以色列ODF Optronics Ltd公司的EyeBall，瑞士Macroswiss公司的SpyEye，新加坡技术动力公司的“视觉球”。

EyeBall是专门面向军事和安全部门开发的视觉产品，其重仅0.57kg，大小如同一个网球，安装有全向相机、近红外发光二极管照明灯、麦克风、声音记录器、无线电发射机、锂电池等部件，外面包有三层橡胶，因此相当坚固和结实，即使从两层楼抛下或被掷向混凝土墙时也不会受损。EyeBall可以被投掷50m左右，并可承受6m左右的跌落高度。

SpyEye重约0.43公斤，直径为100毫米，整体分为上下两部分。下半部分呈圆盘状，底部平坦，并集中了侦察球的大部分重量，因此侦察球滚动一段距离后可以自动使底部着地，从而处于稳定状态。上半部分呈半球狀，里面装有CMOS相机、发射机、全向天线、电池、电动机等。

“视觉球”重约1.5公斤，在球形结构内安装相机、无线电发射机、电池、控制接收单元、电动机、传动装置和悬挂系统等部件。球形结构直径约110毫米，采用轮式驱动设计，可在使用人员遥控下向前、向后、顺时针或逆时针运动。可以说它是一个“两轮式”的侦查球。由于增加了驱动机构，所以重量也增加了不少。

2 结论

通过以上分析可以看出侦察机器人的发展经历了一定的过程，种类繁多，但各自具有优缺点，轮式侦查机器人由于较难控制体积体重，投掷性能和抗冲击性能较差;哑铃式侦查机器人的投掷性很好，但操作性能差、行驶速度低、反应灵敏性较差;侦查球的投掷性能最好，也能抵抗较高的跌落高度，但是运动能力最差。因此研发一种各方面性能皆优的柔性可抛掷式机器人迫在眉睫，今后的研究过程中，不但要考虑机器人操作性和灵活性，还要从机器人结构和本体材料等方面入手，力求机器人小型化、抗冲击能力强。

参考文献：

[1]Piotr Szynkarczyk，Rafal Czupryniak，Maciej Trojnacki，et al.Current State and Development Tendency in Mobile Robots for Special Applications[J].Romanian Review Precision Mechanics， Optics & Mecatronics，2008，33.

[2]A.Wolf，D O'Halloran，H Choset.Design of a High-Impact Survivable Robot[J].Mechanism and machine theory.2005，40（12）：1345-1366.