国外无人排爆机器人发展现状研究初探

张 兵

（武警工程大学研究生大队，陕西 西安 710000）

0 引言

近年来，面对各国恐怖势力日益猖獗，恐怖活动日益频发，爆炸袭击日益多发等严峻形势，各类排爆装备的研究也如雨后春笋般竞相迸发，无人排爆机器人就是其中的一颗明珠。无人排爆机器人是指代替人到不能去或不适宜去的有爆炸危险等环境中，直接在事发现场进行侦查、排除和处理爆炸物及其他危险品，也可对一些持枪的恐怖分子实施有效攻击的机器人。目前为止，无人排爆机器人的移动载体主要有履带式、轮式、轮履结合式等，其作用主要是搬运、转移爆炸可疑物；使用销毁器销毁爆炸可疑物；实施现地勘察，实时传输图像；使用探测器进行危险物探测。目前，无人排爆机器人主要分为两种：一种是远程操控型机器人，即在人类可视条件下通过操作排爆机器人完成相关动作，进行人为排爆。人是智能主体，机器人是执行者。另一种是自主智能型无人排爆机器人，即通过基于深度学习的人工智能技术让机器人具有一定的分辨能力和自操作能力，进而完成排爆任务。

1 国外无人排爆机器人发展现状

无人排爆机器人最早的研制可追溯到20世纪60年代，近年来无人排爆机器人的研究技术日益成熟，国际上的一些大公司已经如美国的REMOTEC公司、iRobot公司，英国的 ALLEN Vanguard公司、Morfax公司、AB Precision Limited公司，德国的Telerob公司，加拿大的Med-Eng公司，西班牙的Proytecsa公司等都在对排爆机器人不断进行研发和升级改造，部分无人排爆机器人已逐步运用于实战。英、美、德、法、西班牙、加拿大等国家已在军警部门列装无人排爆机器人。

1.1 英国

ABPrecisionLimited（ABP）公司是英国国防部常用工程设备的供应商。其生产的无人排爆机器人有Cyclops、BisonTM、GroundhogTM、Lynx 等 型 号 。 其 中 ，Cyclops采取车型结构，精巧灵活，可在不同环境下操作运行。通信系统采用无线或光纤传输。2m加长臂的设计令其能搜索藏于各类角落里的可疑爆炸物。它还具备一定的越障能力，可携带和操控多种装备：作爆炸物解拆器、小型武器、手动工具、化学武器和爆炸品侦测器、X射线检测仪以及热成像系统等。

1.2 美国

美国REMOTEC公司是NorthropGrumman的子公司是一家传统的警用无人排爆机器人生产商，开发生产了Andros系列无人排爆机器人，其生产的F6A-J采用了Andros系列机器人独有的活节式履带，能够跨越各种障碍，可以在多种复杂的地形上行走，贴近现实使用需求。它具有独特的前后摆设计，使得该机器人能轻松的爬楼梯，穿越复杂地形，三节机械臂，6+1自由度，即使在复杂的条件下，该机械臂同样能出色的完成任务。美国IROBOT公司研制的带EOD套件的iRobot PackBotR510可以快速适应不同的简易爆炸装置，常规军械和特警任务，同时使EOD人员和其他作战人员保持安全的隔离距离。检查站/检查/爆炸物检测使用先进的视觉和监视功能，检查车辆，包裹和建筑物，以区分致命的爆炸装置和无害物体。路线通关安全检查并清除由路线清除小组发现的简易爆炸装置，以清除任路线上的威胁。

2 无人排爆机器人的功能分析

2.1 探测功能

探测功能，即通过摄像头进行实时图像传输，以便后方操作人员进行判断和排爆。当人工智能发展到一定阶段时或具备一定的智能自主探测，进行爆炸物分析等功能。

2.2 转移功能

转移功能，即通过机械手臂进行抓举和移动。要求机器人抓得准、抓得稳，不能出现翻倒失控等情况，即便出现也能自我调整。为快速接近爆炸物，要在接近阶段，即在无负重情况下，能够满足快速行走和克服途中所遇到各种障碍物。在抓取爆炸装置后，也应该能够顺利行走和克服一定路障，一般条件设置在抓取重量：15～30 kg，行走距离：50～100 m，才能满足基本排爆要求。

2.3 销毁功能

销毁功能，即对疑似爆炸装置进行彻底销毁。现阶段最常用的销毁手段是水枪（炮）摧毁。要求机器人能够配套携带各种销毁装置对爆炸可疑物进行销毁。除此以外，针对不同材料外壳的爆炸装置能够利用刀、锯、锤等工具等进行破拆。

3 无人排爆机器人的技术分析

3.1 移动技术

无人排爆机器人的移动载体应当具备以下特点能够以恒定的速度行驶消耗较低的能量，同时在行驶过程中姿态稳定，运动精度高；自然环境适应性强，具备一定的越障能力。通常无人排爆机器人的移动载体有履带式、轮式、轮履结合式等，其中轮式机器人是目前最常见的移动机构，具有结构简单、重量轻、轮式滚动摩擦阻力小、机械效率高等特点。但其越野性能不如履带式，特别是爬楼梯、爬台阶、越壕沟的能力较差；履带式缺点是重量大，能耗大;轮履结合式机器人融合轮式机构的高速高效性能和履带式机构的地形适应能力强的优点，其缺点是结构相对复杂，控制较为困难，成本较高。

3.2 基于视觉SLAM的精确定位技术

SLAM （Simultaneous Localization and Mapping），中文称作同时定位与地图创建。其技术主要用来解决机器人在未知环境运动中如何确定自身的运动轨迹同时构建环境地图，主要包括特征提取、数据关联、状态估计、状态更新等。无人排爆机器人要想实现智能化排爆，必须具备一定的导航、定位和路径规划能力，实施精确定位和有效抓取。现有的无人排爆机器人大多只是一个带有摄像机的监控系统，其是由操作者根据在现场CCD传回的实时图像进行人为判断和决策进而遥控机器人完成指令，其实质还是操作人员在排爆，机器人只是一个载体。

3.3 基于通信系统的人机交互技术

无人排爆机器人要想实现人机交互，必须拥有一套成熟的通信系统。通信系统可以实现排爆机器人和操作人员之间的双向信息传输和互动。目前，排爆机器人的通讯方式主要是有线、无线、自适应通讯三种方式。其中线控可靠性高，但距离有限且线缆在排爆机器人移动过程中易被现场障碍物缠绕甚至被损坏;无线遥控操作方便，不受有线的制约，但控制信号易受干扰或被电子屏蔽；而自适应无人排爆机器人加入了视觉反馈、障碍物识别模块使其具有多种感知功能，能够在作业环境中自我学习，可借助系统进行算法分析、路径规划和现场决策，具有很高的智能性。

4 无人排爆机器人发展趋势展望

无人排爆机器人作为智能化装备，其重要意义已经被各国政府和公众普遍认同，但这种传统的单一任务移动平台已无法适应多变的战事及反恐任务需求，操作智能化、功能模块化、任务集群化已经成为“未来作战系统”的发展主流方向。

4.1 标准化、模块化

目前，多国各种型号机器人的研制还处于各自为政状态，为了更加适应未来战场环境方便维修，要逐步采用标准化部件生产制造。标准化主要指的是硬件和软件两个方面，硬件标准化是指接口、机械部件的标准化，软件标准化指操作系统、通讯协议的标准化。模块化是指各个任务功能单元能够成系统出现，模块化的结构能有效提高系统的可靠性和增强系统的扩展性，促进机器人的系列化。

4.2 智能化、协同化

由于排爆工作一般在未知环境下进行，因此无人化排爆机器装备需要具备局部环境自主建模、自主检障和避障、局部自主导航移动等能力，同时还应该具有够实现快装快拆快换的智能工具，能够在最短的部署时间内实现功能切换，面对复杂多变的战场环境，提高作战使用效率。随着人工智能技术的发展，机器人面对复杂环境能够借助人机交互对现场环境进行分析，路径进行规划，这种人机协同模式能够更有效的完成任务。

4.3 网络化、数据化

目前对机器人的操控手段主要还是以短距离的有线和无线为主，国外在对移动机器人实施远程网络控制方面取得了一定进展。随着信息技术的发展，利用大数据，边缘计算和云计算等技术，将互联网模块加入到无人排爆机器人中，利用新一代移动通讯来控制无人排爆机器人，建立基于互联网的机器人可操控技术。通过数据中心的共享机制，搭载任务单元进行数据采集、利用和共享，帮助战场人员迅速识别可疑爆炸物并将其分享给作战单元，以便能够更好地完成任务。

5 结束语

综上所述，近几十年以来，无人排爆机器人从操作到性能已大幅提高并逐步走向战场，在任务中初露锋芒。但是，人们必须清醒地看到目前的无人排爆机器人还是低水平的，不全面的，要想实现真正的无人智能化还有很长的路要走，这才是万里长征的第一步。但是随着高性能计算机技术、人工智能技术和通信技术的发展和关键技术的突破，无人排爆机器人一定能够更加适应战场环境，更好地帮助人类完成各类使命任务。