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    系统综述 [国外地面军用机器人系统综述]

    时间:2019-07-11 08:31:14来源:佩佩美文网 本文已影响 佩佩美文网手机站
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    由于机器人广泛应用于各个

    国外地面军用机器人系统

    "

    王海彬

    黄永生

    姚丹霖

    国外地面军用机器人系统综述军用地面机器人是一种在地面上运动,以自动车辆为载体,加装各种测量仪器和武器系统的无人作战武器。地面军用机器人可分为自主车辆和半自主车辆。自主车辆能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驶,在其遇到困难时,操作人员可以对其进行遥控干预。

    军用地面机器人在军事上的重要作用包括:!保护士兵生命,减少人员伤亡,补充、加强和支援人员作战。由于各国对自己士兵势下预防车辆交通事故工作发挥了很好的作用。我们要进一步深化活动的开展,采取多种形式、多种措施,继续把“两红”评定和“做遵章守纪模范,树军车良好形象”活动扎实有效地开展下去,进一步增强驾驶员遵章守纪、文明行车、安全行车的自觉性。要通过树立“叫得响、过得硬”的“两红”和“树形象”活动标兵,在全军形成一个学标兵、当标兵的热潮,促进车辆安全管理工作的落实。坚持把预防车辆交通事故工作与抓好部队安全稳定和军事斗争准备工作结合起来,深入、持久、坚持不懈地抓紧抓好,抓出成效。

    坚持抓科学预防,不断提高预防车辆交通事故的科技含量。

    领域,各国也逐步认清了地面机器人在军事领域中的重要价值,因此

    以美国为主,日、英、德等国家早在

    !"世纪0"年代就相继不遗余力地

    对地面机器人技术进行研究探索。

    美国地面机器人的研究开发主要有国防部领导的综合模拟机器人计划和陆军领导的具体开发计划,到目前为止,已经研究开发了几十种地面机器人,其中有的已在科索沃等战争中得到应用并取得了成功。

    的伤亡比以前更加难以承受,而军用地面机器人则能代替人进行侦察、作战,这样可以保持战斗力,减少人员伤亡。"能代替士兵在恶劣、危险或人不可到达的环境下执行军事任务。其主要用途分为:!侦察。战场情报收集、环境观察、战场监视及搜索等。"作战。可以灵活配备各种武器系统,完成预定的作战任务。#攻坚及爆破。可以对火力点和工事进行攻击或自然性破坏。$巡逻与警戒。对防区内的空中和地面进行动态监视,对发现的目标作出相应的反应。%扫雷与排爆。安装在平台上的扫雷或排爆器材可进行扫雷等高危险任务。当前和今后相当长一个时期内,我军面临着机械化和信息化建设双重历史任务,这为我们运用科学的方法和手段做好预防车辆交通事故工作提供了有利条件,也提出了新的要求。我们要抓住机遇,开拓创新,逐步走出一条运用高新科技预防车辆交通事故的路子。在预防观念上,要树立事故必防、防必有效的思想,树立有所作为的观念,消除“事故难免论”、“事故定乾坤”等模糊认识。在预防方法上,要积极学习和借鉴国内、外特别是外军先进的管理思想、管理模式和管理方法,以及部队摸索和总结出来的科学预防车辆交通事故的方法与措施,更新观念,改进管理,完善制度,不断提高科学预防车辆交通事

    $123年1月,美国国防高级研

    究计划局与陆军合作,开始研制世界上第一台地面自主车辆456,总承包商是马丁・马丽埃塔公司。目的是要制造出一辆能自主导航的车辆,它可以在人不干预的情况下自己在道路上行驶甚至越野,从而为研制真正的机器人战车打下了技术基础。由于需要采用高速计算机、三维视觉、先进的传感器和卫星导航等各种当时最新或正在开发的技术,因而研究的难度非常大。$121年,地面自主车辆456样故的水平。在预防手段上,要逐步实现科技化和信息化。目前,发达国家已将大量的科学技术应用到预防车辆交通事故领域。比如,酒精7点火互锁系统(能自动检测驾驶员呼气中的酒精,从而使驾驶员在酒后无法起动车辆。美军使用比较多)、汽车卫星定位安全防护系统和汽车“黑匣子”等等。我们将逐步扩大车辆安全检测范围,所有上路车辆都要经过安全检测,不符合安全要求的不准上路,确保车辆安全可靠。还要在部队逐步推行驾驶员安全适性检测,在驾驶员的选拔、考核、审验等环节,甄别和排除事故倾性人员,以高素质的驾驶人员保证行车安全。!

    栏目编辑:王广仁

    .-/

    和$具枪榴弹发射器,也可根据执行的任务安装其它武器系统。

    美国海军陆战队的=.>机器人是一种地面系统,它能够在最远该系统底6"公里的地方进行遥控。盘是一种陆军的快速攻击车,在

    排爆机器人的

    车问世,它利用路标识别技术导航,在较平坦的越野环境中,以$"公里0小时的速度自主行驶了!"公里。

    各类军用地面机器人简介排爆机器人

    代表是英国最有名的“手推车”。它是$1%!年发明的,用了$#年时间才装备部队,现在有2种型号,销往#"多个国家,已使用2""多台。其中342型行驶速度2公里0小时,以蓄电池5电机为动力,能上、下楼梯,一面装有!台摄像机,$名机械手操纵便能处理爆炸物,也可以安装霰弹枪,击毁、引爆爆炸物。英国曾用它在英阿马岛战争中清除残留的炸弹、炮弹等。

    以后,英国又将“手推车”加以优化,并研制出“土拨鼠”及“野牛”两种排爆机器人,其中“土拨鼠”自身质量6#公斤,在桅杆上装“野牛”自身质量有!台摄像机;

    可携带$""公斤负载。两!$"公斤,

    者均采用无线电控制系统,遥控距离约为$公里。

    英国还有一种名叫“7鼠”的机器人计划,机器人可在地下打洞,挖出爆炸物,以免爆炸物爆炸后破坏道路。埋在田间的爆炸物容易处理,如果爆炸物位于住宅区,处理起来就必须非常小心,所用的排爆装备必须是非磁性的、无振动的。若用“7鼠”时,还必须装有金属探测器、雷达或其它接近探测器。

    作战机器人

    美国军用

    “89.:;*9”可以执行巡逻任务。它是一辆

    $!台摄像机、$具枪榴弹发射器和$

    挺霰弹枪。执行任务时,它通过摄像机向操作者传输图像,操作者则通过操纵杆控制它蹲下、站起,翻越石块或通过雷区或其他危险地带。

    美国陆军研究办!""$年$$月,

    公室采用通用动力公司的试验型无人驾驶地面车辆完成了地面机器人的第三次演示。试验型无人驾驶地面车辆是一种小型?轮自主型地面机器人,自身质量为$?#"公斤,安装了探测障碍用的激光扫探器、立体红外和可见光摄像机。

    为了研究未来陆军用的战术移动机器人,$11%年,美国国防部启动了@ABC!计划。该计划是自地面自主车辆计划以来最重要的半自主机器人计划,其研制的主要目的是执行危险地带的巡逻任务,它可以应用于有路或无路情况下的单车或车队的自动行驶。

    其实,早在$126年,美国国防高级研究计划局就计划在$"年内研制出自主地面车辆,重点研究自主地面导航能力。$11!年,美国国防高级研究计划局及国防部长办公室联合机器人计划处资助了

    =.>上装有$台立体摄像机,提供

    三维图像,任何会驾驶汽车的人在第一次戴上头盔$"分钟内就能够操纵=.>越野行驶。=.>可以用6种不同的组件投入战场使用:侦察0监视组件———能进行远距离监视。其传感器组件包括在$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0测距机;地区—包括34$1型枪榴弹封锁组件——

    发射器、3!型机枪、3

    “巡逻兵”则是一种自动运送空心装药地雷的机器人,可以脱离道路高速机动,能克服多种障碍。其自身质量仅为?#公斤,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$$"公里0小时以上,比一般的坦克快得多。它最适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。

    侦察监视机器人

    在!""$年

    的阿富汗战争中,美军第2!空降师在离阿富汗霍斯特市约6"公里处的一个地区执行搜索任务时,首次动用了“赫耳墨斯”机器人辅助搜查。“赫耳墨斯”自身质量$1公斤,足以踏响搜索区内的地雷。它的高度也能绊到人体脚部高度的地雷绊索,即使稍高一点的地方有敌人设下的任何花样,它也能通过摄像机发出报告。这个6"厘米高、$米长、价值?万美元的小家伙可携带

    @ABC计划,研究高速遥控及简单

    的“学习”功能等近期技术,如自动返回能力等;$11

    @ABC"计划,演示了越野自主机

    动性,它采用立体视觉探测障碍物,车辆行驶速度达$!D1公里0小时。

    @ABC!系统装备有!种雷达,

    一种是用于远距离测障的%%千兆

    赫兹雷达,另一种是用于透过植物丛并发现其中隐藏的障碍物的!千兆赫兹的雷达。另外还装备了立体视觉系统,包括彩色摄像机、单色摄像机、红外线摄像机以及后视摄像机,这些摄像机都带有焦点控制功能。该车在公路上的行驶速度为

    &’()*+

    在野外环境下行驶0#公里1小时,

    速度可以达到2#公里1小时。军用地面机器人的关键技术综述

    地面自主军用机器人是一个组成结构非常复杂的系统,它不仅具有加速、减速、前进、后退以及转弯等常规的汽车功能,而且还具有任务分析、路径规划、路径跟踪、信息感知、自主决策等类似人类智能行为的人工智能。因此按照其功能划分,地面机器人可以看作是由机械装置、行为控制器、知识库及传感器系统组成的相互联系、相互作用的复杂动态系统。地面机器人的研究涉及机械、控制、传感器、人工智能等技术,其中关键的技术为数字地图技术、路径规划与车体控制技术、机器人视觉信息的实时处理技术以及多传感器信息的集成与融合技术等。

    数字地图技术

    该技术主要

    应用于环境建模。地面机器人得到定位信息之后,需要地图信息来确定自身所处的位置与目的地之间的关系,并根据地理环境信息和路径规划准则得到最优的行驶路径。在数字地图技术方面,需要着重考虑地理信息系统组织形式,即数据建模。地理信息数据通常有基于几何的观点和基于特征的观点。地面自主机器人的导航需要综合两种观点的优点来建立一种综合的数据模型。

    视觉技术

    应用于地面自主

    机器人的视觉技术需要具备实时性、鲁棒性和实用性等特点。实时性是指视觉系统的处理能力必须与车辆的行驶同步进行;鲁棒性是指在不同的气候条件下,对不同的道路环境都具有良好的适应能力;实用性是指具有优良的性能价格比,可以为普通的用户所接受。地面自主机器人的视觉技

    术主要应用于路径的识别和跟踪。在应用过程中,由于数据的处理量大,实时性问题比较突出。解决的途径是使用高性能的硬件和高效的算法。

    地面自主机器人导航定位系统的一般工作原理是机器人在运动的过程中利用自身的视觉传感器,确定其在工作环境中的位置和姿态。这样,当目标位置已知的情况下,机器人就可自主规划运动,完成预定的任务。这种定位属于绝对定位。

    根据工作环境的不同要求,地面自主机器人导航定位系统采用的方法也不同。如果工作环境为非结构化的,通常采用双目立体视觉系统。对于结构化的工作环境,通常采用彩色摄像机视觉系统等。由于地面自主机器人通常工作在非结构化的环境中,所以双目立体视觉系统具有一定的代表性。它是在地面自主机器人上安装!台((3摄像机来完成环境特征的三维信息提取,包括人工标记的识别与匹配,然后计算出机器人相对作业目标的位姿关系,导引机器人向目标运行。这个系统的主要特点是通过坐标系转换来确定目标的位置参数。因此计算量比较大,由两部分组成:视觉传感器的标定和机器人绝对位姿的计算。

    传感器信息融合技术

    在地

    面自主机器人的定位和导航系统中,使用单一的传感器不能为系统提供足够的信息,需要使用多传感器相互补偿,甚至是冗余的定位和导航信息。各个传感器信息在时间和空间上的冗余和互补性可以为系统提供额外的益处,如稳定的可操作性、扩展的空间覆盖、扩展的时间覆盖和增强的可信度等。

    路径规划技术

    地面自主机

    器人的路径规划能力是自主机器

    人智能水平的重要体现。但是复杂环境下的路径规划一直是地面自主机器人技术中的一项技术难题。

    路径规划问题可以分为!种:一种是基于环境先验完全信息的全局路径规划,另一种是基于传感器信息的局部路径规划。在全局路径规划方面,已经提出的方法有可视图法、图搜索法、人工势场法等。有人研究还提出了一种神经网络路径规划算法,引入了网络和退火算法,能够避免某些局部极值,对人工势场法做出了较大的推动。在局部路径规划方面,也出现了一些有效的算法。势场法就是其中的一种,它包括早期的虚力场法,其基本思想是把地面自主机器人的运动视为一种抽象的人造受力场中的运动。随后有人研究指出,由于势场法把所有信息压缩为单个的合力,因此某些有价值的障碍物分布信息被抛弃掉了。随着研究的不断深入,路径规划技术也在逐渐地趋于完善。

    地面自主机器人的未来发展趋势

    编队控制和集团作战

    目前

    地面自主机器人的研究主要是针对单车系统的,但从未来应用的角度来看,机器人编队系统的研究将会占据主导地位。交通运输系统中自主机器人编队的整体控制、军用自主机器人编队的集团化协调作战等,都有着非常广阔的应用前景。

    人工智能技术的广泛应用

    工智能技术包括神经网络、模糊控制等,已经在地面自主机器人中得到了应用,但是应用范围和其控制的效果都还没有达到理想的程度。在未来的地面自主机器人中,这些人工智能技术将会充分发挥自己的优势,在自主机器人系统中发挥主导作用。!

    栏目编辑:王广仁

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