[科普中國]-多用途機(jī)器人

定義

多用途機(jī)器人泛指具備不同功能，能夠完成多種任務(wù)的各種類型機(jī)器人，以地面軍用機(jī)器人居多。這類機(jī)器人裝備了各種檢測手段，能夠完成許多對人體有危險(xiǎn)的工作，如地雷的探測與排除、滅火、重要區(qū)域的監(jiān)視、對核放射性污染物的清除等。針對戰(zhàn)場環(huán)境的軍用機(jī)器人技術(shù)在反恐防爆、監(jiān)控檢查、災(zāi)難搜救等警用領(lǐng)域也發(fā)揮了巨大作用。1

基本組成本質(zhì)上，機(jī)器人系統(tǒng)由四部分組成：

機(jī)構(gòu)部分機(jī)構(gòu)部分主要由各種機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成，如工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機(jī)身、手臂、末端操作器三大件組成，每一大件都有若干自由度，構(gòu)成一個(gè)多自由度的機(jī)械系統(tǒng)。若機(jī)身具備行走機(jī)構(gòu)便構(gòu)成行走機(jī)器人；若機(jī)身不具備行走及腰轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，則構(gòu)成單機(jī)器人臂，手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。末端操作器直接裝在手腕上，它可以是二手指或多手指的手爪，也可以是噴漆槍、焊具等作業(yè)工具。2

驅(qū)動部分驅(qū)動部分主要由各種傳動構(gòu)成驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)可以是液壓傳動、氣動傳動、電動傳動，或者把它們結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)；可以直接驅(qū)動或者通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機(jī)構(gòu)進(jìn)行間接驅(qū)動。2

感知部分感知部分由感受系統(tǒng)和機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)組成。感受系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境中有意義的信息。使用智能傳感器可以提高機(jī)器人的機(jī)動性、適應(yīng)性和智能化水準(zhǔn)。盡管人類的感受系統(tǒng)對感知外部世界信息是及其靈巧的，然而對于一些特殊的信息，傳感器比人類的感受系統(tǒng)更為有效。機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。機(jī)器人與外部設(shè)備集成為一個(gè)功能單元，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。2

智能部分智能部分主要由人機(jī)交互系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)組成，人機(jī)交互系統(tǒng)是使操作人員參與機(jī)器人控制以及與機(jī)器人取得聯(lián)系的裝置，控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動和功能。智能機(jī)器人多傳感器信息的融合、運(yùn)動規(guī)劃、環(huán)境建模、智能推理等需要大量的內(nèi)存和高速、實(shí)時(shí)處理能力。馮.諾依曼結(jié)構(gòu)作為智能機(jī)器人的控制器已經(jīng)力不從心。隨著光子計(jì)算機(jī)和并行處理結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，智能機(jī)器人的處理能力會更高，機(jī)器人會具有更高的智能。根據(jù)智能機(jī)器人的任務(wù)分解，在面向設(shè)備的基礎(chǔ)級可以采用常規(guī)的自動控制技術(shù)。在協(xié)調(diào)級和組織級，由于存在不確定性，控制模型無法建立或建立的模型不夠精確，控制效果不盡如人意，因此，需要采用智能控制方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、模糊控制、專家控制及集成智能控制等。2

代表作品MPR-800MPR-800型多用途機(jī)器人由美國OAO公司研制，可用于掃雷、滅火、核生化污染物清除等多項(xiàng)危險(xiǎn)工作。該車重800kg，速度8km/h，爬坡40°，可連續(xù)工作9h。其機(jī)械臂長2.5m，7個(gè)自由度，完全展開時(shí)負(fù)重110kg，臂收起時(shí)負(fù)重220kg。2臺攝像機(jī)，一臺在手臂上，另一臺在可伸縮的桅桿上。此外機(jī)器臂上還可以裝備滑膛槍和各種傳感器。其遙控距離在市內(nèi)為0.8km，在開闊地帶為3km。1

徘徊者徘徊者多用途機(jī)器人由美國機(jī)器人防御系統(tǒng)公司設(shè)計(jì)制造，是一種6輪的全地形車輛，車上裝有微型計(jì)算機(jī)，可以遙控操作，也可以半自主式操作，目前已研制出50型、60型、70型三代樣機(jī)。50型用于危險(xiǎn)地區(qū)的無人警戒或目標(biāo)搜索，它裝備旋轉(zhuǎn)式炮塔和輕型武器及多種偵查設(shè)備，能將戰(zhàn)場圖像傳輸回指揮部，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)則發(fā)出警報(bào)，并可根據(jù)指令對目標(biāo)實(shí)施攻擊；60型可用于反恐防爆，也可用于戰(zhàn)場攻擊敵人，它裝備了傳感器系統(tǒng)、自動化目標(biāo)搜索系統(tǒng)和武器火控系統(tǒng)，根據(jù)需要裝備有M60式機(jī)槍、M40A1式106mm無后坐力炮、陶式反坦克導(dǎo)彈及尾刺式防空導(dǎo)彈等武器。1

TOVTOV多功能機(jī)器人是美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)配備的一種地面機(jī)器人車輛系統(tǒng)。它能夠在最遠(yuǎn)30km的地方進(jìn)行遙控。該系統(tǒng)底盤是一種陸軍的快速攻擊車，上面裝有一臺立體攝像機(jī)以提供三維圖像。TOV可以用3種不同的組件投入站場使用：

（1）偵查/監(jiān)視組件，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)視，其傳感器組件包括1根可以升高的桅桿上安裝的晝夜電視攝像機(jī)和激光指示器/測距機(jī)；

（2）地面封鎖組件，包括MK19型槍榴彈發(fā)射器、M2型機(jī)槍、M60型機(jī)槍和帶有相配套的觀察瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，可以完成各種步兵作戰(zhàn)任務(wù)；

（3）反裝甲目標(biāo)組件，包括1個(gè)陶式發(fā)射器及其瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)。1

巡邏兵多用途機(jī)器人巡邏兵多功能機(jī)器人是一種自動運(yùn)送空心裝藥地雷的四輪機(jī)器人機(jī)動車，可以脫離道路高速機(jī)動，能克服多種障礙。其自身重量僅為45kg，由光纖導(dǎo)線進(jìn)行遙控，裝有空心裝藥彈頭，可在自動攻擊中爆炸。在有利地形上，巡邏兵的行駛速度可達(dá)110km以上，比一般的坦克快得多。它最適合于執(zhí)行隱蔽布撒地雷等任務(wù)，也可執(zhí)行警戒、偵察、掃雷、伏擊等任務(wù)。1

多用途通用/后勤車輛多用途通用/后勤裝備（MULE）車輛是美國未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)（FCB）項(xiàng)目的重要一環(huán)。另外兩個(gè)環(huán)節(jié)分別為小型無人地面車輛（SUGV）和武裝偵察車輛（ARV）。MULE車輛重2.5t，采用獨(dú)特的獨(dú)立鉸接式懸掛，每個(gè)車輪由內(nèi)電機(jī)驅(qū)動，共3種車型，分別用于裝備運(yùn)輸、防空和掃雷。1

任務(wù)組件多用途機(jī)器人可以搭載各種工具組件，通過不同的配置以滿足多任務(wù)要求，主要組件如下：

作業(yè)組件作業(yè)組件包括掃雷、排爆機(jī)械手、摧毀器和剪切器等。

偵察/監(jiān)視組件偵察/監(jiān)視組件包括攝像機(jī)、夜視儀、激光指示器/測距機(jī)、紅外、熱成像傳感器等。

檢測傳感器組件檢測傳感器組件包括生化、核污染探測設(shè)備。

攻擊武器組件攻擊武器組件包括MK19型槍榴彈發(fā)射器、M2型機(jī)槍、M60型機(jī)槍和帶有相配套的觀察瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、陶式導(dǎo)彈發(fā)射器及其瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)等。1