[科普中国]-多用途机器人

定义

多用途机器人泛指具备不同功能，能够完成多种任务的各种类型机器人，以地面军用机器人居多。这类机器人装备了各种检测手段，能够完成许多对人体有危险的工作，如地雷的探测与排除、灭火、重要区域的监视、对核放射性污染物的清除等。针对战场环境的军用机器人技术在反恐防爆、监控检查、灾难搜救等警用领域也发挥了巨大作用。1

基本组成本质上，机器人系统由四部分组成：

机构部分机构部分主要由各种机械结构系统组成，如工业机器人的机械结构系统由机身、手臂、末端操作器三大件组成，每一大件都有若干自由度，构成一个多自由度的机械系统。若机身具备行走机构便构成行走机器人；若机身不具备行走及腰转机构，则构成单机器人臂，手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端操作器直接装在手腕上，它可以是二手指或多手指的手爪，也可以是喷漆枪、焊具等作业工具。2

驱动部分驱动部分主要由各种传动构成驱动系统。驱动系统可以是液压传动、气动传动、电动传动，或者把它们结合起来应用的综合系统；可以直接驱动或者通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机构进行间接驱动。2

感知部分感知部分由感受系统和机器人-环境交互系统组成。感受系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境中有意义的信息。使用智能传感器可以提高机器人的机动性、适应性和智能化水准。尽管人类的感受系统对感知外部世界信息是及其灵巧的，然而对于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更为有效。机器人-环境交互系统，是实现机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配单元等。2

智能部分智能部分主要由人机交互系统和智能控制系统组成，人机交互系统是使操作人员参与机器人控制以及与机器人取得联系的装置，控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。智能机器人多传感器信息的融合、运动规划、环境建模、智能推理等需要大量的内存和高速、实时处理能力。冯.诺依曼结构作为智能机器人的控制器已经力不从心。随着光子计算机和并行处理结构的出现，智能机器人的处理能力会更高，机器人会具有更高的智能。根据智能机器人的任务分解，在面向设备的基础级可以采用常规的自动控制技术。在协调级和组织级，由于存在不确定性，控制模型无法建立或建立的模型不够精确，控制效果不尽如人意，因此，需要采用智能控制方法，如神经网络方法、模糊控制、专家控制及集成智能控制等。2

代表作品MPR-800MPR-800型多用途机器人由美国OAO公司研制，可用于扫雷、灭火、核生化污染物清除等多项危险工作。该车重800kg，速度8km/h，爬坡40°，可连续工作9h。其机械臂长2.5m，7个自由度，完全展开时负重110kg，臂收起时负重220kg。2台摄像机，一台在手臂上，另一台在可伸缩的桅杆上。此外机器臂上还可以装备滑膛枪和各种传感器。其遥控距离在市内为0.8km，在开阔地带为3km。1

徘徊者徘徊者多用途机器人由美国机器人防御系统公司设计制造，是一种6轮的全地形车辆，车上装有微型计算机，可以遥控操作，也可以半自主式操作，目前已研制出50型、60型、70型三代样机。50型用于危险地区的无人警戒或目标搜索，它装备旋转式炮塔和轻型武器及多种侦查设备，能将战场图像传输回指挥部，发现目标则发出警报，并可根据指令对目标实施攻击；60型可用于反恐防爆，也可用于战场攻击敌人，它装备了传感器系统、自动化目标搜索系统和武器火控系统，根据需要装备有M60式机枪、M40A1式106mm无后坐力炮、陶式反坦克导弹及尾刺式防空导弹等武器。1

TOVTOV多功能机器人是美国海军陆战队配备的一种地面机器人车辆系统。它能够在最远30km的地方进行遥控。该系统底盘是一种陆军的快速攻击车，上面装有一台立体摄像机以提供三维图像。TOV可以用3种不同的组件投入站场使用：

（1）侦查/监视组件，能够进行远距离监视，其传感器组件包括1根可以升高的桅杆上安装的昼夜电视摄像机和激光指示器/测距机；

（2）地面封锁组件，包括MK19型枪榴弹发射器、M2型机枪、M60型机枪和带有相配套的观察瞄准系统，可以完成各种步兵作战任务；

（3）反装甲目标组件，包括1个陶式发射器及其瞄准跟踪系统。1

巡逻兵多用途机器人巡逻兵多功能机器人是一种自动运送空心装药地雷的四轮机器人机动车，可以脱离道路高速机动，能克服多种障碍。其自身重量仅为45kg，由光纤导线进行遥控，装有空心装药弹头，可在自动攻击中爆炸。在有利地形上，巡逻兵的行驶速度可达110km以上，比一般的坦克快得多。它最适合于执行隐蔽布撒地雷等任务，也可执行警戒、侦察、扫雷、伏击等任务。1

多用途通用/后勤车辆多用途通用/后勤装备（MULE）车辆是美国未来战斗系统（FCB）项目的重要一环。另外两个环节分别为小型无人地面车辆（SUGV）和武装侦察车辆（ARV）。MULE车辆重2.5t，采用独特的独立铰接式悬挂，每个车轮由内电机驱动，共3种车型，分别用于装备运输、防空和扫雷。1

任务组件多用途机器人可以搭载各种工具组件，通过不同的配置以满足多任务要求，主要组件如下：

作业组件作业组件包括扫雷、排爆机械手、摧毁器和剪切器等。

侦察/监视组件侦察/监视组件包括摄像机、夜视仪、激光指示器/测距机、红外、热成像传感器等。

检测传感器组件检测传感器组件包括生化、核污染探测设备。

攻击武器组件攻击武器组件包括MK19型枪榴弹发射器、M2型机枪、M60型机枪和带有相配套的观察瞄准系统、陶式导弹发射器及其瞄准跟踪系统等。1