機器人技術(shù)基礎(chǔ)課程論文

1、機器人技術(shù)基礎(chǔ)課程論文機器人技術(shù)研究進展報告（課程論文題目）學(xué)生姓名 學(xué)生班級 學(xué)生學(xué)號 手機號碼 華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院軍用機器人的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望摘要： 21 世紀(jì)以來，隨著高科技的飛速發(fā)展，國防軍事領(lǐng)域也隨之發(fā)生了種種變革，其中， 作戰(zhàn)裝備信息化、 智能化、 無人化成了各國軍事發(fā)展的趨勢之一。 作為無人作戰(zhàn)系統(tǒng)實現(xiàn)的 重要一環(huán)， 隨著技術(shù)的逐漸成熟， 各式各樣的軍用作戰(zhàn)機器人逐一問世， 有的甚至已經(jīng)經(jīng)歷 了戰(zhàn)火的考驗。 本文主要介紹了軍用機器人的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀， 并對未來軍用機器人的發(fā)展 趨勢進行了展望。關(guān)鍵詞： 軍用機器人，無人機，無人作戰(zhàn)機器1 引言戰(zhàn)爭環(huán)境總是殘酷而惡劣的，從

2、古時候起，人們就設(shè)想能否制造無人的機器來取代 人進行戰(zhàn)爭， 而中國古代的木牛流馬 （運輸型軍用機器人） 以及古希臘的自動弓箭手 （攻 擊型軍用機器人）等等都是最好的例子。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步與對降低傷亡的需求的增加， 裝備無人化已經(jīng)成為了必然 的趨勢。機器人系統(tǒng)可以執(zhí)行大量重復(fù)性、機械性和其它可以實現(xiàn)自動化、程序化的工 作，可以讓從事這些工作的士兵解放出來，去執(zhí)行其它任務(wù)。機器人已被證明在從事重 復(fù)性或危險的工作時非常高效經(jīng)濟，大大降低人員傷亡。它們在受限作戰(zhàn)環(huán)境執(zhí)行任務(wù) 非常有效，且即使系統(tǒng)失靈也不會帶來災(zāi)難性的人員傷亡。如今，機器人的應(yīng)用越來越 廣泛，各種智能程度高，動作靈活，反應(yīng)快的軍

3、用機器人相繼問世，成為各國國防力量 中不可或缺的一部分。2 軍用機器人的發(fā)展過程軍用機器人的發(fā)展大致分為三個階段：遙控?zé)o人作戰(zhàn)平臺，半自主無人作戰(zhàn)平臺和 自主無人作戰(zhàn)平臺。遙控?zé)o人作戰(zhàn)平臺即遠(yuǎn)距離操縱的無人機器人。半自主地面無人作 戰(zhàn)平臺可在人的監(jiān)視下自主行駛，在遇到困難時操作人員可以進行遙控干預(yù)，能完成偵 察、作戰(zhàn)和后勤支援等任務(wù)。 自主無人作戰(zhàn)平臺依靠自身的智能自主導(dǎo)航， 躲避障礙物， 具有自動搜索、識別和消滅敵方目標(biāo)的功能，能夠獨立完成各種戰(zhàn)斗任務(wù)。20 世紀(jì) 80 年代以前， 因受當(dāng)時圖形處理、 數(shù)據(jù)融合等關(guān)鍵技術(shù)的限制， 無人作戰(zhàn) 機器人的進展緩慢，發(fā)展重點為遙控?zé)o人作戰(zhàn)機器人。20

4、 世紀(jì) 90 年代以來隨著自主控制技術(shù)及其他關(guān)鍵技術(shù)突破性的進展，無人作戰(zhàn)機器人得以進一步發(fā)展，出現(xiàn)各種自主 / 半自主機器人。隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，未來的陸戰(zhàn)部隊將具備全新的作戰(zhàn)能力，地面戰(zhàn)爭的樣式 將會改變，從而大大降低傷亡，增加靈活性和持久能力。可以預(yù)期機器人平臺將同其它無人海陸空設(shè)施、無人地面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)和無線技術(shù)集成，從而通過高度綜合的無縫全球 信息網(wǎng)格，增強一體化作戰(zhàn)能力，使得未來的作戰(zhàn)方式發(fā)生完全的改變。3 軍用機器人的分類與發(fā)展現(xiàn)狀根據(jù)不同的作戰(zhàn)需求，軍用機器人可以分為 5 類：偵查與監(jiān)視偵查與監(jiān)視對于現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭是急為重要的， 誰掌握了戰(zhàn)場信息， 誰就掌握了戰(zhàn) 爭的主動權(quán)。從

5、小到幾厘米，能輕易轉(zhuǎn)入下水道、通風(fēng)口的美軍單兵機器人 - 蝎子， 到大到翼展米，長米，高米，能在高空自主飛行 41 個小時的偵查飛機 全球鷹。各式各樣的偵查機器人從戰(zhàn)術(shù)到戰(zhàn)略層面上， 充當(dāng)了現(xiàn)代戰(zhàn)爭的眼睛， 提供了各種危險而 寶貴的信息。 1999 年科索沃戰(zhàn)爭中 , 美國等北約國家的無人偵察機紛紛大顯身手。其中 美國投入 12?架“捕食者”無人機 , 在戰(zhàn)區(qū)上空晝夜不停地偵察和監(jiān)視, 為北約部隊提供了大量實時情報信息。道路清理 道路清理包括路障，地雷，炸彈，水雷的清理。簡易爆炸裝置，地雷等爆炸物在現(xiàn) 代戰(zhàn)爭中是主要的對單兵威脅。這些裝置價格低廉，戰(zhàn)術(shù)阻礙效果好，往往被大量用于 現(xiàn)代戰(zhàn)爭，這就

6、誕生了相應(yīng)的機器人，并在實戰(zhàn)中大量應(yīng)用。例如：英國軍用車輛研究 所與皇家陸軍軍械部隊共同研制出履帶式 “手推車” 排爆機器人 . 馬島戰(zhàn)爭中 , 英軍用之 清除殘留的炮彈、 炸彈和地雷 , 取得了良好的效果。 沙特阿拉伯、 科威特及西班牙均購買 了它。北約聯(lián)合部隊在波黑的掃雷行動中 , 豹式掃雷車在 2 天之內(nèi)掃除了 71 顆殺傷地雷。 該機器人在6 h內(nèi)的掃雷面積相當(dāng)于 30個有經(jīng)驗的工兵同期內(nèi)掃雷面積的1520倍。海灣戰(zhàn)爭后 ,美軍處理爆炸物工作隊所使用的18 臺清理作業(yè)機器人 , 對清除伊軍留下的爆炸裝置、啞彈、地雷和建筑物與油井內(nèi)的炸彈起到 了重要作用。運輸 正所謂兵馬未動糧草先行，后

7、勤保障一直都是戰(zhàn)爭中的重點話題?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭中，各 種現(xiàn)代化裝置的維修保養(yǎng)，大量彈藥燃油補給的繁重需求使得機器人也有了用武之地。 為此，美國專門研制了類似中國古代木牛流馬的“大狗”四足無人運輸機器人，以及卡 曼K-MAX無人運輸直升機等一系列運輸機器人。中國也在加緊類似機器人的研制。3.4 攻擊進攻往往是戰(zhàn)爭中最危險的一環(huán)，比起脆弱的人類，機器人在反應(yīng)速度，靈活性， 承受能力等多個方面存在著巨大的優(yōu)勢，將機器人用于攻擊是各國軍用機器人發(fā)展的核 心方向。在阿富汗戰(zhàn)爭中，美軍首次使用“捕食者”無人機發(fā)射“海爾法”導(dǎo)彈，摧毀 了一輛塔利班的坦克，揭開了武裝無人機參加實戰(zhàn)的序幕。首開無人機使用精確制導(dǎo)武

8、器攻擊地面目標(biāo)之先河。 2001年11月14日美軍出動攜帶 “海爾法”反坦克導(dǎo)彈的“捕 食者”無人機擊斃了本拉登的助手阿提夫。中國在攻擊機器人方面發(fā)展迅速，近年來有“長虹”、“長空”、AW- 4 “鯊魚”、“隼鷹”、WZ 2000等多架攻擊無人機問世。3.5 特殊任務(wù) 如自動布雷機能夠在指定區(qū)域自動部署地雷，導(dǎo)彈指引機器人能夠潛入敵軍陣地為 導(dǎo)彈攻擊提供引導(dǎo)與修正。4 現(xiàn)代軍用機器人的作用延伸作戰(zhàn)領(lǐng)域空間 , 降低人員傷亡現(xiàn)代軍用機器人由于融入人工智能技術(shù) , 在不少方面具備了自治作戰(zhàn)的能力，能夠 承擔(dān)那些對人來說無法涉足的最危險、 最艱苦的戰(zhàn)斗任務(wù)。 隨著自治無人駕駛飛機、 無 人潛艇、 太

9、空機器人相繼開發(fā)與應(yīng)用 , 作戰(zhàn)范圍已擴大到高空、 深海和太空等領(lǐng)域 , 因此促進了世界各軍事大國在軍事領(lǐng)域競相發(fā)展和使用 , 并作為作戰(zhàn)力量的一部分編入 軍隊之中 , 用來代替人完成部分作戰(zhàn)任務(wù)。顯著提升作戰(zhàn)效能 , 降低作戰(zhàn)成本無人戰(zhàn)爭不僅可以極大地減少人員傷亡和資源浪費, 同時有可能達到有人戰(zhàn)爭無法實現(xiàn)的效果。 這不但能遠(yuǎn)距離實施無人打擊 , 而且能打敵要害 , 戰(zhàn)敵死穴 ; 不僅可以打擊 敵人戰(zhàn)術(shù)目標(biāo) , 而且可以超視距打擊敵人的戰(zhàn)役、 戰(zhàn)略縱深內(nèi)的重要目標(biāo)。增強作戰(zhàn)部隊的靈活性和機動性 , 適應(yīng)反恐特殊作戰(zhàn)現(xiàn)代機器人門類品種繁多 , 戰(zhàn)場適應(yīng)能力強 , 而且各種環(huán)境都能使用 , 各種

10、類型戰(zhàn) 爭都能使用 , 既可以硬殺傷又可以軟殺傷 , 既可以獨立作戰(zhàn)也可以協(xié)同作戰(zhàn) , 既可以單 個突防又可以集群突防、 密集突防 , 而且具有全天候、 全天時、 全方位打擊的能力。 城市巷戰(zhàn)的主要特點是敵我雙方無明顯的戰(zhàn)線 , 膠著、 僵持、 割據(jù)使戰(zhàn)爭的態(tài)勢變得 錯綜復(fù)雜。 無人偵察機、 無人作戰(zhàn)機器人的出現(xiàn)和戰(zhàn)場應(yīng)用使擁有大量無人武器裝備和 先進偵察裝備的一方 , 基本實現(xiàn)巷戰(zhàn)作戰(zhàn)態(tài)勢的單向透明 , 減少了城市巷戰(zhàn)中不可回避 的大量人員傷亡 , 對消滅敵方的有效抵抗、 形成巨大的心理震撼都有非常重要的作用。提升常規(guī)武器的綜合威懾力現(xiàn)代機器人的軍事應(yīng)用廣泛 , 戰(zhàn)場偵察、 通信中繼、 電子

11、對抗、 戰(zhàn)損評估、 作戰(zhàn)攻擊、 防御安保、 防爆排險等 , 幾乎涵蓋了作戰(zhàn)需求的全部領(lǐng)域。 隨著其平臺控制的智能化、 綜合化、 一體化和標(biāo)準(zhǔn)化 , 軍用機器人集群的作戰(zhàn)構(gòu)想已不是海市蜃樓。 特別是利用無人飛機集群進入敵方縱深、 惡劣環(huán)境下的突擊作戰(zhàn) , 可起到出奇制勝的 威懾作用。 這種作戰(zhàn)方式適應(yīng)瞬息萬變的戰(zhàn)場態(tài)勢, 可對敵方的大規(guī)模軍事行動進行偵察、 定位、 攻擊引導(dǎo)、 精確打擊和評估 , 可極大地提高遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的命中率 , 對敵方 士兵產(chǎn)生巨大的心理威懾力量 , 其效果并不亞于核威懾。 它的出現(xiàn)與發(fā)展必將對未來戰(zhàn) 場的作戰(zhàn)方式和特征產(chǎn)生重大影響。5 軍用機器人發(fā)展的困難與挑戰(zhàn) 從無人作戰(zhàn)軍

12、用機器人的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向來看，地面無人作戰(zhàn)軍用機器人還有 很大的發(fā)展?jié)摿?，大有一舉顛覆地面戰(zhàn)傳統(tǒng)戰(zhàn)法的勢頭。不過機器人技術(shù)作為一個學(xué)科 還不算很成熟，相當(dāng)多的理論和關(guān)鍵技術(shù)尚未突破，仍存在許多技術(shù)上的困難與挑戰(zhàn)， 它們主要體現(xiàn)在以下幾個方面。通信技術(shù)通信對于所有類型機器人都是至關(guān)重要的。 在大多數(shù)情況下， 尤其在使用多機器 人系統(tǒng)時， 多個機器人需要以自主方式進行相互合作， 這就需要無線通信來實現(xiàn)較高 的靈活性。 對于多機器人系統(tǒng)之間要進行相互合作，因此對通信系統(tǒng)有多種不同的要 求。如何實現(xiàn)機器人間的快速穩(wěn)定的通信是個難題。傳感器與世界模型任何一輛機器人能夠成功完成任務(wù)， 在很大程度上取決

13、于其傳感器和世界模型。 傳 感器收集信息的質(zhì)量對于將信息直接傳遞給操作人員的遙控型機器人很重要，但對于那 些完全自主型的機器人來說， 信息的質(zhì)量更加重要。 因為自主型機器人必須利用自身 傳感器的信息進行自主導(dǎo)航以及各種類型的信息收集任務(wù)。 一個好的世界模型對于自主 型機器人來說是必不可少的， 因為世界模型是這種機器人對外部情況的全部見解， 因 此也是其隨后的導(dǎo)航和執(zhí)行任務(wù)的基礎(chǔ)。就軍用機器人的傳感器和世界模型來說，目前 還存在以下不足：障礙規(guī)避和處理，地形建模和分類， 以及常規(guī)導(dǎo)航運輸。 這些方面 對于機器人極為重要， 因為它們決定了機器人導(dǎo)航的基本能力。 而這些不足只能在不 久的將來得到部分

14、解決。 地雷探測、 排雷以及生化物質(zhì)的感知。環(huán)境勘察、 低能見度條 件下的傳感器融合、 態(tài)勢感知以及人員和車輛的探測與識別。智能化算法智能算法包括圖象處理算法，任務(wù)執(zhí)行算法，路徑規(guī)劃算法等等。算法是軍事機器人的靈魂，缺少好的算法，再好的機器人也只是一堆硬件堆成的廢鐵。5.4 多機器人系統(tǒng) 多機器人系統(tǒng)，顧名思義，是由多個機器人組成的。在多機器人系統(tǒng)內(nèi)，不同的機 器人共同完成任務(wù)。 這種任務(wù)共享既可以是簡單的工作量分擔(dān)、 分布式感知， 也可 以是更加復(fù)雜的配合或合作行動。 多機器人系統(tǒng)的組織體系既可以是完全分布式的， 也可以是分等級的指揮和控制結(jié)構(gòu)。多機器人系統(tǒng)可在偵察與監(jiān)視、 掃雷和運輸任務(wù)中

15、使用， 能否解決以下技術(shù)問題 至關(guān)重要：執(zhí)行不同任務(wù)的機器人之間的互動；和執(zhí)行相同任務(wù)的機器人之間的配合； 和多個機器人合作執(zhí)行任務(wù)；在多個機器人之間自動劃分任務(wù)；合作感知 (如集體識 別目標(biāo)并共享數(shù)據(jù)的能力) ；自動管理和區(qū)分事件優(yōu)先次序的能力。6 論文結(jié)論與展望從軍事變革的趨勢來看， 裝備無人化乃大勢所趨， 軍事機器人的發(fā)展象征著一個國 家國防，經(jīng)濟，科技等各個方面的綜合實力。軍事機器人將向著如下幾個方向發(fā)展：1、一體化，機器人將像多功能一體化發(fā)展，同一款機器人平臺，通過換裝不同的功能模塊，能夠執(zhí)行偵察，掃雷，運輸，攻擊等多種用途。2、網(wǎng)絡(luò)化，多個相同或不同種類的機器人將通過通信連成網(wǎng)絡(luò)共同完成任務(wù)。3、智能化，未來的軍事機器人將越來越智能，自動辨別目標(biāo)，自動采取合適的行動， 自動檢修減少人員的管理負(fù)擔(dān)。4、隱形化，尤其體現(xiàn)在無人機上，由于無人機不需載人，能做到最好的外形優(yōu)化， 擁有比載人飛機更好的隱形能力。5、空天化，未來的戰(zhàn)場有可能從傳統(tǒng)的陸?？找恢毖永m(xù)到太空中，在失重?zé)o氧強輻射的太空環(huán)境中，軍事機器人無疑將取代人類戰(zhàn)斗。參考文獻列表1 何發(fā)昌，全小平 . 機器人發(fā)展概況與展望 D. 杭州電子工業(yè)學(xué)院機器人研究所 杭州市文一路2 李穗平 . 軍用機器人的發(fā)