國外排爆機器人發展現狀與啟示

唐 杰，李其祥

（1.武警工程大學裝備管理與保障學院，陜西 西安 710086；2.武警工程大學職業教育中心，陜西 西安 710086）

1 引言

隨著科學技術迅猛發展和武器系統升級換代，排爆機器人大量應用于城市反恐、震后救災等行動中，在探測危險物品、排除爆炸物中的出色表現引起了世界各國廣泛關注，極大提升了作戰效率，有助于減少人員傷亡[1]。軍事需求是排爆機器人發展的直接動力，而科技的發展為無人作戰平臺提供了技術保障。當今世界正面臨百年未有之大變局，和平與發展仍然是時代主題，同時區域不穩定不確定性更加突出，恐怖主義、地區熱點問題錯綜復雜。中國應該根據形勢任務，加速我軍新型無人排爆裝備的研發。本文以排爆機器人為研究對象，總結了近年來國內外排爆機器人的演變與發展，基于未來的軍事任務需求，作出發展趨勢判斷，可以為中國排爆機器人的研發使用提供借鑒意義。

2 國外排爆機器人發展狀況

歐美國家研發較早，排爆機器人機動性好、適應性強，相關技術日臻成熟，通過增加了傳感器、控制器、執行器等裝置，代替士兵執行搜索偵察、排雷排爆等軍事任務。目前廣泛列裝于軍警部門，在實踐中取得了一定的成效。根據智能控制方式的不同，可分為遙控式、半自主式和全自主式；根據行駛系的不同，分為輪式、履帶式、輪履結合式和足式；根據承載質量的大小分為小型、中型、重型和超重型。

2.1 英國

2.1.1 MK II

英國P.W.ALLEN 公司生產的MK II 新一代多功能小型排爆機器人，具有體積小、功能強、操作方便的特點。如圖1 所示，MK II 機械臂為6 自由度，可以靈活抓取物品。主攝像頭具有10 倍放大功能。中央操作臺采用筆記本電腦控制，動作準確，操作方便，圖像顯示清晰，結合網絡技術可實現異地操作、異地數據傳輸。防水式雙向數字通訊系統保證將前方聲音清晰傳輸至中央控制臺，具有強抗干擾能力。標準化數字接口，可搭載多種探測傳感器。負載能力80 kg，可在雪地、沙地等復雜路面行駛，續航時間3～5 h，越障高度20 cm，爬坡角度45°，密封等級IP55，最高時速2.25 km。

圖1 MK II 新一代多功能小型排爆機器人

2.1.2 Defender

如圖2 所示，Defender 是一款結實耐用、可靠性強的大型排爆機器人，配有處理核生化裝置、分布式電子結構、擴展的光譜射頻遙感測量裝置，可以線控或無線遙控，采用全向天線，控制半徑達到2 km。車體采用模塊化結構，部件主要材質以鈦為主，配有標準配件[2]。自重275 kg。負載能力180 kg，垂直高度2.56 m，離地間隙10 cm，續航時間5 h以上，可翻越20 cm 障礙并爬行45°的斜坡，最高時速可達3.25 km。

圖2 Defender 大型排爆機器人

2.1.3 “手推車”

“手推車”由英國軍用車輛研究所和英國皇家陸軍共同研發，它也是世界上最負盛名的經典履帶式排爆機器人，廣泛應用于各國軍警部門，有多種型號，包括MK7、MK8、SuperM 等，其中SuperM 是一種可在惡劣環境下工作的遙控車，全車重204 kg，長112 cm，寬169 cm，移動機構采取履帶結構，最大速度為2 km/h，配有無線電控制系統、彩色攝像機、獵槍及爆炸物排除裝置[3]。攝像機可靠近地面工作，方便排查可疑車輛底部。“手推車”經典履帶式排爆機器人如圖3 所示。

圖3 “手推車”經典履帶式排爆機器人

2.2 美國

2.2.1 F6A-J

F6A-J 是美國REMOTEC 公司ANDROS 系列中功能最強大的經典排爆機器人[2]。如圖4 所示，采用活節式履帶輪式結合設計和獨特的前后擺設計，使其能夠適應復雜的地形，行走速度快，機身較窄，可在狹窄的地方靈活操作。三節機械臂，6+1 自由度；肩軸轉動210°，腕軸仰俯210°，抓手最大張度為31 cm 并可連續轉動，各種部件均由獨立開關控制，速度可調節。配有三組攝像頭，對作業現場可進行無死角監控；適應各種天氣；可通過線纜、光纜或無線控制；爬坡能力45°，越壕能力46 cm；完全伸展時，最大抓取質量11 kg，伸展46 cm 時最大抓取質量為27 kg。伸展距離為水平200 cm，垂直240 cm；武器/工具方面配有快速更換工具組件，有兩套控制電路。控制系統固定在一個手提箱里，可以無線、光纜和線纜控制。

圖4 F6A-J 經典排爆機器人

2.2.2 Talon（魔爪）

如圖5 所示，Talon 是一款中型無人排爆車，用于執行偵察檢測、爆炸物拆除工作，模塊化設計，在不裝備爆炸物處理裝置（EOD）和戰斗工程設備的情況下可通過遠程遙控拆除簡易爆炸裝置[4]，載荷為45 kg，可翻越最高43°的臺階、45°的斜面、38 cm 深的雪地及拆遷廢墟[5]。優點在于堅固、承載能力強，操作簡單。

圖5 Talon 中型無人排爆車

2.3 加拿大

2.3.1 MK4

如圖6 所示，MK4 是一款質量達333 kg 的大型排爆機器人，可拖拽680 kg 物體，爬坡能力40°，多輪傳動系統，速度最快可達3.2 km/h。1.4 GHzCOFDM，視頻傳輸距離達1 km，無干擾、手臂收回時可抓取90 kg 重物，手臂伸展時可抓取45 kg 重物。通過CCU 操控單元對機器人的行進速度、觀察平臺進行精確控制。38 cm 彩色液晶觸摸顯示屏不管是在亮光還是在暗光下都能清晰顯示七組攝像頭的圖像。配備有重型抓手、雙路多轉向水炮槍底座。模塊化設計使現場臨時根據任務需求更換配件。四組48 VDC 快速充電電池保證機器人連續使用時間達到5 h。

圖6 MK4 大型排爆機器人

2.3.2 Avenger

如圖7 所示，Avenger 排爆機器人機械臂整體7 個自由度，采取三段式設計。全新強固式操作平臺，X500 型軍品級操作平臺；雙電池供電，三種通訊方式，搖桿控制運動和PTZ 相機。符合MIL-STD 810G，MIL-STD-461F 標準，IP65防護等級。模塊化設計方面，預留接口可與爆炸物銷毀裝置、便攜式X 光機、核生化探測等設備無縫連接。

圖7 Avenger 排爆機器人

2.4 其他國家排爆機器人發展現狀

2.4.1 德國

如圖8 所示，Telemax PRO EOD 是一款設計精巧、靈活的多功能排爆機器人。越障能力50 cm，機械臂可一鍵操作完成規定動作，輕松抓取物體；履帶和輪式結合的移動結構使其具有良好的靈活性；配有兩個可自動交換工具的工具庫；鎳鎘或鋰電池供電，連續續航時間最長可達5 h；接口可配多種爆炸可疑物摧毀器。良好的NBC 防御功能，傳感器可探測到混合在爆炸物中的放射性、有毒有害化學物質；使用環境溫度范圍為-20～60 ℃；具有防水防震功能；1 000 m 內可無線電操控，光纖操控最遠達200 m。

圖8 設計精巧、靈活的排爆機器人——Telemax PRO EOD

2.4.2 俄羅斯“烏蘭”-6 型

如圖9 所示，“烏蘭”-6 型排爆機器人結構緊湊，外觀低矮，車頭前方安裝掃雷連枷，車頂安裝有攝像頭、天線等設備，自帶的掃雷工具組件包括掃雷輥、推土鏟、夾爪、叉車和機械臂等，同時還配備了不同類型的車載儀表以及4個全方位攝像頭[6]。操控性好，適用于極寒環境，維護保養方便。

圖9 “烏蘭”-6 型排爆機器人

3 國外排爆機器人主要特征及發展趨勢

從技術發展角度來看，國外排爆機器人呈現以下特點：①模塊化設計。通過加裝不同武器系統，最大化增強排爆機器人作戰能力。②具有良好的越障能力和環境適應性。爬坡越障等山地越野性能出色，能夠適應崎嶇山地、城市廢墟、灘涂斜坡等不同地形環境，防水抗低溫高溫設計也極大增強了戰場生存能力。③結構上具有大型化、小型化、輕量化、簡約化的特點，并在總體布置上多采用整體平臺式結構，以滿足多種軍事任務的要求[7]。④操控控制系統智能化水平較高，具備智能控制、環境感知、人機互動、執行任務等強大性能。

排爆機器人作為特種機器人的重要應用方向，其應用價值被各國普遍認同。操作智能化、功能模塊化、任務集群化已經成為未來排爆裝備發展的主流方向。具體體現在以下幾個方面：①從環境適應性上看，排爆機器人在防護功能、防水抗低溫高溫上的良好表現，使其能夠在震后救援、敵火控制范圍、疫情爆發區、核生化污染區等多種人員不宜直接進入的復雜環境下，代替排爆人員完成搜救、排爆、清除、偵察等危險作業，表現出色。此類作業環境往往對人身有極大威脅，貿然進入疫情污染區有可能造成病毒擴散蔓延，帶來不可控制的影響。②從智能程度上看，排爆機器人將從遙控式、半自主式向完全自主式發展，單體智能向多智能體協同發展[8]。結合大數據分析技術、精確定位技術、多傳感器信息融合技術、導航和定位技術、生命探測、核生化探測等先進技術[9]，實現一鍵操作、路徑優化、自主導航、爆炸物識別拆除等功能，更好地實現人機互動，可保證作業人員和作業工具的分離，對作業人員起到了很好的保護作用。③從發展形態上看，排爆機器人將向系列化、多元化、隱形化方向發展。瞬息萬變的未來戰場對排爆機器人的發展提出更高要求。城市巷戰、交通工具走廊等狹窄區域適宜小型排爆機器人，開闊地帶適合大中型排爆機器人作業，反恐維穩行動中則更需要隱形排爆機器人。④從研發設計上看，標準化、模塊化設計將是未來的一個必然發展趨勢，通過優化機械接口、電氣接口和液壓接口的集約化設計[10]，提高裝備之間的兼容性，依據不同任務靈活拆裝不同模塊，在作業現場迅速實現功能切換，有效應對復雜多變的戰場環境，提高作戰效率。⑤從擔負功能來看，排爆機器人作為光機電一體化的復雜集成體，涉及到機械、電子、自動控制、計算機、人工智能、腦科學、傳感器、通訊及網絡等多個學科領域[11]，未來通過搭載各種武器載荷，排爆機器人將從單純現場偵查排爆向遂行多樣化任務轉變[12]，可廣泛應用于主要用于情報搜集、巡邏與偵察、排雷排爆、軍事運輸、火力攻擊等任務。

4 對中國排爆機器人發展的啟示

近年來中國在引進國外先進技術的基礎上，排爆裝備快速發展，排爆機器人在危險物偵查、探測救援、減少作戰力量傷亡方面的出色表現引起了社會各界廣泛的關注，具有相當廣闊的應用前景和社會效益。相比國外，中國排爆機器人研發起步較晚，尚處于模仿學習階段，整體結構功能上都有所欠缺，在發展理念、技術創新上和國外還存在不小的差距，如何發揮后發優勢，借鑒外國研發經驗，突破關鍵技術瓶頸，加快研發適合中國的排爆機器人刻不容緩。

從國外情況可以看出，排爆機器人逐漸從擔負單一任務過渡到智能化、多模塊領域，任務載荷也從模塊小載荷逐漸向高集成化大載荷方向發展。機、電、光、聲、化的多學科、多技術融合給無人化排爆裝備提供了全新的開拓思路和探索方向。美國排爆機器人的研發在頂層設計上，采用“一體化發展、螺旋式推進和持續性改造”模式[13]，要求前瞻性考慮下一階段裝備發展需求，鼓勵根據任務需求大膽創新。由于中國國情和工業技術基礎與外國不同，不能盲目照搬照抄[14]。應該認識到，中國排爆機器人智能化程度還比較低，仍處在半機械化向信息化過渡的階段，遠遠無法滿足未來戰爭的要求，已成為制約戰斗力生成的薄弱環節，迫切需要升級換代。

中國要在穩步落實頂層設計的同時，要注重“產、學、研、用”相結合，盡快形成實戰效能。目前，排爆機器人的研發還處于各自為政的狀態，產品模塊規格不一，要推動技術通用化、結構模塊化發展，采用模塊化的結構，提高系統的可靠性和兼容性。強調研發的技術繼承性，降低研究風險，節約研制經費，提高無人化排爆裝備的作用可靠性，搞好機器產品的系列化。