军用机器人的发展概况

军用机器人的发展概况

摘要：本文从多方面阐述了军用机器人产先进的发展概况。首先从机器人技术的产生与发展描述了军用机器人的发展背景，然背后对现今机器人的做出完整分类，并针对路面机器人举出各国的应用实例。然后针对当今现状描述了军用机器人的发展方向和应用。最后总结了军用机器人的发展趋势。

关键词：军用机器人发展背景分类与应用发展趋势

1、军用机器人的发展背景

1.1 现代机器人的发展

现代机器人是利用先进人工智能技术开发出的能够在无人操作情况下完成智能化任务的设备。例如,无人驾驶战车、无人飞行器、无人潜航器和太空遥控作业机器人等。

机器人出现于20世纪60年代后期,根据功能,至今已发展到第4代。第1代为固定程序和可编程序机器人,主要用于搬运、点焊等繁重的重复性劳动。第2代是具有感知外界信息能力的机器人,它们已具有视觉、触觉、听觉等传感功能,能进行产品装配、电弧焊等这类比较复杂的加工作业。第3代机器人,通常称为“智能机器人”,已具有一定人的智能,它们能按环境的变化或按人的指令进行学习、推理、决策、规划等工作;从80年代中后期至目前,该代机器人已进入特定领域专用机器人的高级发展阶段,例如,在动态环境下进行复杂作业的多传感器机器人,在危险环境下作业的遥控式机器人,以核工业为背景的遥控移动式机器人,用于精密仪器装配作业的装配机器人,用于特定壁面作业的多足爬壁机器人,以及用于空中、地面、水下侦察、监视等军事目的的机器人。这代机器人,已成为美、日、俄、德等国机器人发展的重点,它们的智能与人的智能之间的差距正在日益缩小。第4代为具有人类感情、能思维的机器人,目前正处在发展之中。本文所研究的现代机器人主要是指第3代军用机器人[1]。

1.2 军用机器人发展背景

随着科学技术的发展,以及现代战争的需求,军用机器人已经成为机器人发展的一个重要方向。军用机器人是一种用于军事目的的具有某些拟人功能的机械电子装置。它可以是一个武器系统,如机器人坦克,也可以是武器系统装备上的一个系统或装置,如军用飞机的“副驾驶员”。美国是世界上研究军用机器人最重要的国家, 它起步早、技术先进、规模大、获得的成果多。美国军方列入研究的各类军用机器人有100 多种, 有的已投入实际使用。美国国防部甚至宣布, 即将组建机器人军队, 并计划在陆军建立一个机器人连。军用机器人形态各异, 从外形上看也许根本就没个“人样”。但是它们有一个共同的特征: 具有部分拟人的功能。从用途上军用机器人可以极大地改善作战士兵的作战条件, 提高了作战效率, 因此,军用机器人技术受到各国军政要人的高度重视[2]。

2、军用机器人的分类

军用机器人可以按照传统部队编制来分类,如按陆、海、空、天等分类;也可按照机器人设计功能进行分类,如分为作战与攻击、侦察与探险、排雷与排爆、防御与保安、后勤与维修、防化与防辐射等[1]。

2.1 地面军用机器人

主要是指智能或遥控的轮式和履带式车辆。它又可分为自主车辆和半自主车辆。自主车

辆依靠自身的智能自主导航,躲避障碍物,独立完成各种战斗任务;半自主车辆可在人的监视下自主行使,在遇到困难时操作人员可以进行遥控干预。

地面军用机器人是军用机器人发展得最早的,也是应用得最多的一类机器人。从理论上讲,军用机器人可以完成任何军事任务, 但是受到技术水平等条件的限制, 当今的地面军用机器人主要完成的以下任务: 排队爆炸物、扫雷、清障、侦察以及保安等等[3]。

2.1.1排爆机器人

恐怖事件的频繁发生是排爆机器人发展的主要动力,早在19 世纪60 年代,排除爆炸物的机器人就诞生了,英国军用车辆研究所与皇家陆军军械部队共同研制出履带式“手推车”排爆机器人, Morfax公司获得该机器人的生产权, 已经向50 多个国家的军警售出了500 多台这种Mk7 型手推车,接着又研制了Mk8 型, 在控制部分它比7 型有较大的改进, 用CCD 摄像机取代了普通的摄像机。在此基础上该公司又研制出超级手推车, 这种遥控手推车重

204Kg, 电驱动, 采用橡胶履带,无线电控制, 长1. 2m , 宽0. 69m , 最大高度1. 32m ,最快速度3. 3Km / h ,装有彩色摄像机及两个爆炸物排除装置。马岛战争中, 英军用之清除残留的炮弹、炸弹和地雷,取得了良好的效果。沙特阿拉伯、科威特及西班牙均购买了它。

美国海军研究的遥控爆炸物销毁系统( RONS)是联合机器人总计划的一个项目,该机器人是一辆履带式遥控车, 装备有CCD 摄像机, 无线电及光纤通信设备及三轴腕关节的7 功能机械手,可提起45 kg的重物, 它使用柴油机及蓄电池驱动,可爬45 °楼梯和爬越6m 高

45 °的斜坡。美国1999 年开始采购,采购持续到2003 年,现在已经采购了60 个系统,最终将购买160 个RONS系统[4]。

此外,德国Telerob 公司研制的MV4 系列机器人,长130 cm ,宽67 cm ,高92 cm ,全重295 kg,德国联邦军在索马里执行维和任务时, 装备了MV494机器人车。法国DM 公司研制的RM35 机器人系列,法国公司的TRS200 机器人, 都是这种排爆机器人[5]。

2.1.2扫雷机器人

早期的扫雷机器人是用现有的军用车辆加以改装而成,它们的体积较大。例如豹式扫雷车,就是将M60 的炮塔去掉,在它的底盘上加上了一个Omnitech 公司研制的标准机器人系统( SYS) , 车前有扫雷钢式滚筒, 用来清扫反坦克地雷。美国正在研制的豹II式扫雷车, 用的是M1 坦克的底盘,豹式扫雷车参加了波黑及科索活的扫雷行动。2002 年美军装备了名叫地雷猎手及杀手的机器人,它的目标是将机器人探雷及扫雷装置集成到标准的战术车辆上。该车可在道路及开阔地上搜索750 多种直径在15. 22 cm 以上的地雷, 一分钟内可投放好引爆物,扫雷的成功率在90%。它的最低平均探雷速度为4 km / h , 最低平均扫雷速度0. 8 cm / h ,扫雷宽度2. 74m。扫完30 颗地雷后停下来补充引爆物。机器人可在沙地、碎石地、粘土及有机土等各种地面上作业。现在美国又提出一种新的扫雷方案, 陆军正在研究轻步兵用的基本的未爆炸物搜集系统(BUGS) 的机器人,它实际上是一种子母机器人, 母车是一辆自主或半自主的侦察车, 它带有若干个一次性使用的子机器人。母车可对所发现的弹药或地雷定位, 并将定位数据传送给子车,子车很轻,可以搜索及引爆弹药及地雷。该车用来清除圈套地区的爆炸物。此外较为典型的扫雷机器人还有德国的“清道夫”2000 (Minebreaker2000 ) 扫雷车, 美国Mini- Flail 小型遥控无人扫雷车[5]。

2.1.3工程机器人车

清障机器人车是战时部队清除障碍的重要工具,在索马里的美军就曾因为清除公路上的障碍物而中计,使特种部队受到重创。从那以后美国就开始研制工程机器人。1998 年末美国国防部与Omnitech 机器人公司签订合同, 利用该公司研制的标准化机器人系统( SRS) , 使各种工程车辆机器人化, 在2001 年生产出D7G推土机,M9Ace装甲作战挖掘机及T3Deuce 推土机的遥控系统,使这些车辆可在雷区及工程作业中扫除障碍。空军新研制的多用途机器人运输系统(ARTS) 是美军第二代的工程车辆,它比第一代车辆小了很多,该车长2. 87m ,宽1.

68m , 高1. 98m , 但功能却增加了不少。这种机器人是王国遥控的全地形履带车,带有各种工具,如6 向推土铲,前端铲斗反铲,码垛叉, 吹雪机, 割草机等。其液压臂可负重908 kg, 车速8 km / h , 挖掘尝试13m , 遥控距离4. 8km ,它的电视系统可使操作人员在22. 86m 的距离上识别直径12. 7 cm 高10. 16 cm 的目标。英国未来工程坦克( FET) 将以“挑战者”

2 主战坦克底盘为基础, 有“泰坦”架桥车和“特洛伊人”清障/ 扫雷车两种车型, 它们将取代“奇伏坦”装甲工程车和扫雷车, 首批车辆已于2005 年交付。另外英国的“小猎犬”战斗工程牵引车( CET ) 具有在危险作业中遥控操作的能力, 预计2007 年开始部署。

2.1.4侦察机器人

美国第一代侦察机器人是在海军阵地战部队的支持下,由海洋系统中心研制, 它是由

M113 装甲人员运输车改装的, 车上装有15 台微处理器,GPS接收机, 临场感传感器, 激光测距机, 罗盘及摄像机等。为了在城市作战中隐蔽性更好, 海军陆战队正在研制研制第二代机器人Sarge。目前已完成了部队的用户评价, 正在提高样机的可靠性。该车是在一辆雅马哈125 全地形车上, 装上5 台不同的摄像机和夜视装置构成的。它的体积小,隐蔽性好,适合昼夜侦察。发现单个人的距离是1 km ,发现车辆的距离是5 km。它的控制器有全球定位系统。2003 年陆军的半自主侦察机器人TUV 将装备部队, 它主要有3 种系列产品, 一

种是轻步兵用的便携式系统, 第二代是908 -1362 kg的自主侦察车, 第三种是名叫追随者的间接射击的机器人武器平台, 它是由前面的有人车辆控制[6]。

2.1.5保安机器人

美国研制的MDAR3 保安机器人是联合总计划的重点应用项目, 它可分为室内和室外两种型号,它可以同时控制8 台机器人。1999 年MDAR- 1 室内型机器人生产出了完整的工程发展样机,MDARS - 1 机器人的最低速度是3 km / h , 它可在360 度范围内发现10 米远的物体。在仓库内巡逻时,可发现烟、火及入侵者, 这种机器人还可确定所存物品的状况及位置, 发现问题及时发出警报。公司与陆军签订了一项为期7 年的生产合同,生产MDAR - 1 室内机器人系统, 用在全美国18 个不同的军用仓库中, 它的主要用户是国防部的后勤局及陆军器材司令部的各个供应及维修部门。2000 年初,MDARS - E 室外机器人进行技术可行性试验,同年夏天进行中期检查后,工程进入制造发展阶段,陆军打算购买6 套系统,每套系统包括4 台机器人车,用于18 个国防部门。主要用它在物资仓库、兵工厂、储油区、机场、铁路枢纽及港口等地进行室外巡逻。军用机器人的应用范围远远不止这些, 美国情报部门正在考虑发展室内外的间谍机器人,DARPA 计划中还包括生产一种水陆两用机器人等等。机器人技术在军事上的应用可能改变未来战场的作战方式。我国应对此产生了极大的关注,积极应对新的技术革命对现代战争的影响,发展我国的军用机器人[7]。

2.2 空中无人飞行器

一种有动力的飞行器,它不载有操作人员,由空气动力装置提供提升动力,采用自主飞行或遥控驾驶方式,可以一次性使用或重复使用,并能够携带各种任务载荷。广义的军用无人机系统不仅仅指一个飞行平台,它是一种复杂的综合系统设备,主要由飞行器、任务载荷、数传/通信系统和地面站等4个部分组成。

2.3 水下军用机器人

即无人潜水器。它是一个水下高技术仪器设备的集成体,除集成有水下机器人载体的推进、控制、动力电源、导航等仪器、设备外,还需根据应用目的的不同,配备声、光、电等不同类型的探测仪器。它可适于长时间、大范围的侦察、维修、攻击和排险等军事任务。

2.4 太空机器人

是一种轻型遥控机器人,可在行星的大气环境中导航及飞行。它能在一个不断变化的三维环境中运动并自主导航,能够实时确定空间的位置及状态,需要对它的垂直运动进行控制,并要为它的星际飞行预测及规划路径。

3、军事机器人的发展方向

3.1 延伸作战领域空间,降低人员伤亡

现代军用机器人由于融入人工智能技术,在不少方面具备了自治作战的能力,能够承担那些对人来说无法涉足的最危险、最艰苦的战斗任务。随着自治无人驾驶飞机、无人潜艇、太空机器人相继开发与应用,作战范围已扩大到高空、深海和太空等领域,因此促进了世界各军事大国在军事领域竞相发展和使用,并作为作战力量的一部分编入军队之中,用来代替人完成部分作战任务。

3.2 显著提升作战效能,降低作战成本

所谓无人,即武器系统不载人,指挥、控制和决策人员将在战场外通过C4 ISR网络控制战争的进程。无人战争不仅可以极大地减少人员伤亡和资源浪费,同时有可能达到有人战争无法实现的效果。这不但能远距离实施无人打击,而且能打敌要害,战敌死穴;不仅可以打击敌人战术目标,而且可以超视距打击敌人的战役、战略纵深内的重要目标。

3.3 增强作战部队的灵活性和机动性,适应反恐特

殊作战现代机器人门类品种繁多,战场适应能力强,而且各种环境都能使用,各种类型战争都能使用,既可以硬杀伤又可以软杀伤,既可以独立作战也可以协同作战,既可以单个突防又可以集群突防、密集突防,而且具有全天候、全天时、全方位打击的能力。城市巷战的主要特点是敌我双方无明显的战线,胶着、僵持、割据使战争的态势变得错综复杂。无人侦察机、无人作战机器人的出现和战场应用使拥有大量无人武器装备和先进侦察装备的一方,基本实现巷战作战态势的单向透明,减少了城市巷战中不可回避的大量人员伤亡,对消灭敌方的有效抵抗、形成巨大的心理震撼都有非常重要的作用。

3.4 提升常规武器的综合威慑力

现代机器人的军事应用广泛,战场侦察、通信中继、电子对抗、战损评估、作战攻击、防御安保、防爆排险等,几乎涵盖了作战需求的全部领域。随着其平台控制的智能化、综合化、一体化和标准化,军用机器人集群的作战构想已不是海市蜃楼。特别是利用无人飞机集群进入敌方纵深、恶劣环境下的突击作战,可起到出奇制胜的威慑作用。这种作战方式适应瞬息万变的战场态势,可对敌方的大规模军事行动进行侦察、定位、攻击引导、精确打击和评估,可极大地提高远程导弹的命中率,对敌方士兵产生巨大的心理威慑力量,其效果并不亚于核威慑。它的出现与发展必将对未来战场的作战方式和特征产生重大影响。

3.5 推动武器装备的智能化

现代军用机器人无疑是智能武器的代表,在其开发应用的过程中可以不断产生新的技术和知识,移植到其他武器装备上,推动它们向智能化发展。可以预期,随着军用机器人的智能化技术的不断创新,必将带动整个军用无人控制系统的智能化发展,也将推动有人控制系统武器装备的进步,使武器装备的自主控制能力达到一个新水平。

4、现代机器人发展与应用现状

4.1 现代机器人(智能机器人)已进入实战应用,显示威力

例如,北约联合部队在波黑的扫雷行动中,豹式扫雷车在2天之内扫除了71颗杀伤地雷。该机器人在6 h内的扫雷面积相当于30个有经验的工兵同期内扫雷面积的15～20倍。海湾战争后,美军处理爆炸物工作队所使用的18台清理作业机器人,对清除伊军留下的爆炸装置、哑弹、地雷和建筑物与油井内的炸弹起到

了重要作用。1999年科索沃战争中,美国等北约国家的无人侦察机纷纷大显身手。其中,美国投入12 架“捕食者”无人机,在战区上空昼夜不停地侦察和监视,为北约部队提供了大量实时情报信息。

4.2 实战效果示范作用得到军事大国的青睐,纷纷制定长期发展规划

美国国防部2002年公布了《2002～2027 年无人机发展线路图》,计划最终目标是开发能自主承担作战任务的智能化无人机。2004年3月美国国防部又颁布了三军联合开发机器人计划(简称JRPMP) ,该计划是作为美军未来战斗系统( FCS)计划中关键的组成部分。另外,美国海军也于2004年11月公布了无人深海潜艇开发计划(UUV) ,该计划同样是以提升美国海军作战能力为主要目标,以支撑美国国防转型为发展战略,保持世界最强大海上军事力量。美国航天局(NASA)从1997年开始就执行一个10年的空间机器人开发计划,现已取得多项成果。此外,其他发达国家也根据本国的特长制定开发计划,或与美国联合开发部分军用机器人。例如,加拿大、法国、德国、日本均参加了美军联合机器人开发计划。

4.3 从“概念研究”进入到“实战开发”

20世纪80年代前,军用机器人的研究大多仍局限在“概念武器”范畴,随着计算机智能技术和传感器技术的发展, 80年代后期开始开发用于空中、地面、水下侦察、监视等军事目的的机器人。这类机器人已成为美、日、俄、德等国机器人发展的重点,它们的智能与人的智能之间的差距正在日益缩小。例如:在陆上有用于弹药搬运、装卸、站岗、放哨、警戒、巡逻、侦察用机器人;用于在恶劣地形与危险情况下抢救、防化、布雷、排雷和处理爆炸物的机器人;用于在核、生物、化学战等环境下维修车辆、驾驶坦克和其他战斗车辆进行战斗的机器人;在海上有用于深水打捞、水下探测、海上救援、海上巡逻、布设水雷和排除水雷的机器人;在空中有用于情报侦察、照相、电子战、对地攻击和执行试验等任务的机器人(一般称为无人驾驶飞行器) ;在航__天领域有用于月球探测,在轨道上修理或回收人造卫星的遥控机器人等。现代军用机器人已从“概念研究”进入到“实战开发”阶段。

4.4 科研管理工程化、产品开发标准化、生产制造

规模化现代军用机器人开发涉及众多高科技领域,是一项包含很多基础学科的大科学工程,不但需要坚实的技术基础,也需要强有力的科研管理与决策,这对保证一项系统工程的成功是非常必须的。例如,美军成立了联合机器人项目协调员的组织,负责监督国防部的联合机器人项目实施,并对跨军种的实施机器人研究开发工作进行监督、投资以及项目指导。美军为加快开发进程的一项重大措施就是实施标准化设计。目前,军用机器人是在美军新军事变革大背景下,以提高作战能力为宗旨的指导思想推动下开展大规模研制和生产准备。例如,波音公司正在按照“作战能力”的要求进行重组,以适应能够规模化制造各种陆地和空中平台(包括无人平台)需求。

4.5 美国军用机器人技术独领风骚,其他发达国家

各显其能目前,美国军用机器人技术无论是在基础技术、系统开发、生产配套方面,还是

在技术转化和实战应用经验上都处于世界超前领先地位。其特征表现以下几个方面:开发理念超前,适应新军事变革发展;美国军用机器人开发与应用涵盖陆、海、空、天等各兵种,是世界唯一具有综合开发、试验和实战应用能力的国家。

5、未来发展趋势[1]

从新军事变革对未来战场对军用机器人的应用要求来看,军用机器人未来发展趋势是:其一,陆、海、空、天协同作战,即要求在各军种分层次立体化发展;其二,非对称作战,灵活多变战术,即一方面要求其微型化以便适合于单兵使用,另一方面则要求大型化以便能携带足够多

的任务载荷适应多种战术需要;其三,获取“制信息权”,即对机器人在功能上要求从传感器一直到武器投放整个战争链环节无所不包,并能形成网络组成机器人作战群。总之,就是要求它们充斥在战场的各个角落,既能独立执行任务,又能协同进行作战,同时还要保证有足够的自主能力、足够的可靠性和足够的抗毁性。综合起来说,就是军用无人平台的智能化、微型化、大型化、武器化和一体化发展。

6、结束语[2]

从国外地面无人作战平台军用机器人的发展现状和发展方向来看, 地面无人作战军用

机器人还有很大的发展潜力, 大有一举颠覆地面战传统战法的势头,在未来的战争中将起到至关重要的作用。因此,世界各国都在致力发展各种军用机器人,为了能在世界军事竞争中获取一定的优势,我国也必须大力发展我国的军用机器人。

参考文献

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