偵察機(jī)器人的研究現(xiàn)狀

黃偉

摘 要：近年來(lái)城市搜尋和救援機(jī)器人在軍事或城市突發(fā)事件中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，在探測(cè)炸彈、搜尋人質(zhì)和其他危險(xiǎn)作業(yè)中扮演了重要的角色。不過(guò)這些無(wú)人偵察探測(cè)機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了一定的過(guò)程。本文首先闡述了偵察機(jī)器人的發(fā)展歷程;然后根據(jù)拋擲式機(jī)器人的外形進(jìn)行分類(lèi)，并針對(duì)不同類(lèi)型的拋擲式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、操作性、靈活性以及抗沖擊性等方面進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)不同類(lèi)型的拋擲式機(jī)器人都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，這為下一步研發(fā)一種性能皆?xún)?yōu)的柔性可拋擲機(jī)器人奠定了一定的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：偵察機(jī)器人;拋擲式;操作性;抗沖擊性

1 偵察機(jī)器人的研究現(xiàn)狀

在投擲式機(jī)器人問(wèn)世之前，戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)推出數(shù)種型號(hào)的無(wú)人偵察車(chē)，有的甚至已在實(shí)戰(zhàn)中付諸使用，美國(guó)iRobot公司生產(chǎn)的Packbot無(wú)人偵察車(chē)是世界上經(jīng)過(guò)戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境測(cè)試的、最成功的機(jī)器人之一。[1]在伊拉克和阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)的美軍士兵曾使用這種偵察車(chē)在安全距離內(nèi)執(zhí)行危險(xiǎn)的任務(wù)。Packbot機(jī)器人不但能夠確認(rèn)并解除路邊炸彈、汽車(chē)炸彈以及其他簡(jiǎn)易爆炸裝置的威脅，它還能夠適用于執(zhí)行其他任務(wù)，包括偵察和清道等任務(wù)。盡管這些外形“傳統(tǒng)”的無(wú)人偵察車(chē)在實(shí)際使用中表現(xiàn)不俗，但依然暴露了不少缺點(diǎn)，例如尺寸偏大，不利于單兵攜帶;無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單、快速的方式進(jìn)入封閉空間;訓(xùn)練和后勤支持要求較高。相比之下，投擲式機(jī)器人無(wú)疑要簡(jiǎn)單、方便和快速得多，非常適合火力小組或下車(chē)士兵攜帶和使用。

2004年前后陸續(xù)出現(xiàn)了多種形式的投擲式機(jī)器人，目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上常見(jiàn)的投擲式偵察機(jī)器人按照外形來(lái)分可以分四輪（或多輪）式偵察機(jī)器人、啞鈴式偵察機(jī)器人、球形偵察機(jī)器人三種類(lèi)型。這幾種類(lèi)型的投擲式偵察機(jī)器人都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此它們也具有自己的市場(chǎng)定位。

輪式機(jī)器人具有較多需要精密配合的機(jī)構(gòu)和相對(duì)脆弱的結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)實(shí)際功能用途和結(jié)構(gòu)構(gòu)型來(lái)考慮機(jī)器人的拋擲跌落保護(hù)措施，以確保機(jī)器人在拋擲部署后仍然可以有效的執(zhí)行任務(wù)。[2]以色列ODF Optronics Ltd公司研制的EyeDrive和美國(guó)Automatika公司研制的DragonRunner屬于不同公司開(kāi)發(fā)的同類(lèi)產(chǎn)品，它們的特點(diǎn)是4輪驅(qū)動(dòng)，可更換為履帶式驅(qū)動(dòng)，以適應(yīng)不同路面要求，可搭載儀器設(shè)備，攝像頭有4個(gè)左右，具有紅外夜視能力，正反面著地均可，具有一定的自主行走能力，采用剛性堅(jiān)硬的外殼，以保護(hù)體內(nèi)的儀器設(shè)備。EyeDrive質(zhì)量較輕，約為2.7kg，適合投擲，能抵抗3m左右的跌落沖擊。DragonRunner體重稍大，約為7kg，不適合投擲，但具有一定的抗沖擊能力。

啞鈴式偵察機(jī)器人比較成功的是Recon Robotics，Inc推出的Recon Scout，Recon Scout使用了一個(gè)尾巴來(lái)平衡機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，它的抗摔能力主要體現(xiàn)在輪子和機(jī)器人本體的材料上，輪子使用的材料是高分子彈性材料氨基申酸乙酯，本體使用的則是高強(qiáng)度的鈦合金材料。這使得其既能依靠材料變形來(lái)吸收沖擊能量，又可以依靠強(qiáng)硬的結(jié)構(gòu)框架承受大的沖擊載荷，可投擲距離31.5m，允許跌落高度9.1m。其具有結(jié)構(gòu)靈巧、質(zhì)量輕、體積小、利于手握和投擲、利用兩端的輪子可以實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)、抗摔能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是兩輪的運(yùn)動(dòng)平衡性和穩(wěn)定性不好、驅(qū)動(dòng)復(fù)雜、操作性能差、行駛速度低、反應(yīng)靈敏性較差。

偵察球又稱(chēng)為監(jiān)視球，其外形通常為球形，大小與手雷相仿，可以由士兵隨身攜帶。具有體積小、質(zhì)量輕、隱蔽性好、攜帶方便、投擲性和抗摔性好、操作簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)：幾乎沒(méi)有運(yùn)動(dòng)能力、可回收性差。為了滿(mǎn)足反恐作戰(zhàn)和城區(qū)作戰(zhàn)的需求，2005年以來(lái)以色列、美國(guó)、新加坡、瑞士、瑞典等相繼推出了名為“偵察球”的新式裝備，典型代表有以色列ODF Optronics Ltd公司的EyeBall，瑞士Macroswiss公司的SpyEye，新加坡技術(shù)動(dòng)力公司的“視覺(jué)球”。

EyeBall是專(zhuān)門(mén)面向軍事和安全部門(mén)開(kāi)發(fā)的視覺(jué)產(chǎn)品，其重僅0.57kg，大小如同一個(gè)網(wǎng)球，安裝有全向相機(jī)、近紅外發(fā)光二極管照明燈、麥克風(fēng)、聲音記錄器、無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機(jī)、鋰電池等部件，外面包有三層橡膠，因此相當(dāng)堅(jiān)固和結(jié)實(shí)，即使從兩層樓拋下或被擲向混凝土墻時(shí)也不會(huì)受損。EyeBall可以被投擲50m左右，并可承受6m左右的跌落高度。

SpyEye重約0.43公斤，直徑為100毫米，整體分為上下兩部分。下半部分呈圓盤(pán)狀，底部平坦，并集中了偵察球的大部分重量，因此偵察球滾動(dòng)一段距離后可以自動(dòng)使底部著地，從而處于穩(wěn)定狀態(tài)。上半部分呈半球狀，里面裝有CMOS相機(jī)、發(fā)射機(jī)、全向天線(xiàn)、電池、電動(dòng)機(jī)等。

“視覺(jué)球”重約1.5公斤，在球形結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝相機(jī)、無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機(jī)、電池、控制接收單元、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和懸掛系統(tǒng)等部件。球形結(jié)構(gòu)直徑約110毫米，采用輪式驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，可在使用人員遙控下向前、向后、順時(shí)針或逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)?？梢哉f(shuō)它是一個(gè)“兩輪式”的偵查球。由于增加了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所以重量也增加了不少。

2 結(jié)論

通過(guò)以上分析可以看出偵察機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了一定的過(guò)程，種類(lèi)繁多，但各自具有優(yōu)缺點(diǎn)，輪式偵查機(jī)器人由于較難控制體積體重，投擲性能和抗沖擊性能較差;啞鈴式偵查機(jī)器人的投擲性很好，但操作性能差、行駛速度低、反應(yīng)靈敏性較差;偵查球的投擲性能最好，也能抵抗較高的跌落高度，但是運(yùn)動(dòng)能力最差。因此研發(fā)一種各方面性能皆?xún)?yōu)的柔性可拋擲式機(jī)器人迫在眉睫，今后的研究過(guò)程中，不但要考慮機(jī)器人操作性和靈活性，還要從機(jī)器人結(jié)構(gòu)和本體材料等方面入手，力求機(jī)器人小型化、抗沖擊能力強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[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.