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机器人技术基础课程论文

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机器人技术基础课程论文

《机器人技术基础》课程论文

机器人技术研究进展报告（课程论文题目）

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华中科技大学材料科学与工程学院

军用机器人的应用现状及展望

摘要：

21世纪以来，随着高科技的飞速发展，国防军事领域也随之发生了种种变革，其中，作战装备信息化、智能化、无人化成了各国军事发展的趋势之一。

作为无人作战系统实现的重要一环，随着技术的逐渐成熟，各式各样的军用作战机器人逐一问世，有的甚至已经经历了战火的考验。

本文主要介绍了军用机器人的发展历史与现状，并对未来军用机器人的发展趋势进行了展望。

关键词：

军用机器人，无人机，无人作战机器

1引言

战争环境总是残酷而恶劣的，从古时候起，人们就设想能否制造无人的机器来取代人进行战争，而中国古代的木牛流马（运输型军用机器人）以及古希腊的自动弓箭手（攻击型军用机器人）等等都是最好的例子。

随着科学技术的不断进步与对降低伤亡的需求的增加，装备无人化已经成为了必然的趋势。

机器人系统可以执行大量重复性、机械性和其它可以实现自动化、程序化的工作，可以让从事这些工作的士兵解放出来，去执行其它任务。

机器人已被证明在从事重复性或危险的工作时非常高效经济，大大降低人员伤亡。

它们在受限作战环境执行任务非常有效，且即使系统失灵也不会带来灾难性的人员伤亡。

如今，机器人的应用越来越广泛，各种智能程度高，动作灵活，反应快的军用机器人相继问世，成为各国国防力量中不可或缺的一部分。

2军用机器人的发展过程

军用机器人的发展大致分为三个阶段：

遥控无人作战平台，半自主无人作战平台和自主无人作战平台。

遥控无人作战平台即远距离操纵的无人机器人。

半自主地面无人作战平台可在人的监视下自主行驶，在遇到困难时操作人员可以进行遥控干预，能完成侦察、作战和后勤支援等任务。

自主无人作战平台依靠自身的智能自主导航，躲避障碍物，具有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能，能够独立完成各种战斗任务。

20世纪80年代以前，因受当时图形处理、数据融合等关键技术的限制，无人作战机器人的进展缓慢，发展重点为遥控无人作战机器人。

20世纪90年代以来随着自主控制技术及其他关键技术突破性的进展，无人作战机器人得以进一步发展，出现各种自主/半自主机器人。

随着机器人技术的发展，未来的陆战部队将具备全新的作战能力，地面战争的样式将会改变，从而大大降低伤亡，增加灵活性和持久能力。

可以预期机器人平台将同其它无人海陆空设施、无人地面传感器网络和无线技术集成，从而通过高度综合的无缝全球信息网格，增强一体化作战能力，使得未来的作战方式发生完全的改变。

3军用机器人的分类与发展现状

根据不同的作战需求，军用机器人可以分为5类：

侦查与监视

侦查与监视对于现代信息化战争是急为重要的，谁掌握了战场信息，谁就掌握了战争的主动权。

从小到几厘米，能轻易转入下水道、通风口的美军单兵机器人---蝎子，到大到翼展米，长米，高米，能在高空自主飞行41个小时的侦查飞机----全球鹰。

各式各样的侦查机器人从战术到战略层面上，充当了现代战争的眼睛，提供了各种危险而宝贵的信息。

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。

道路清理

道路清理包括路障，地雷，炸弹，水雷的清理。

简易爆炸装置，地雷等爆炸物在现代战争中是主要的对单兵威胁。

这些装置价格低廉，战术阻碍效果好，往往被大量用于现代战争，这就诞生了相应的机器人，并在实战中大量应用。

例如：

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.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。

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6h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。

运输

正所谓兵马未动粮草先行，后勤保障一直都是战争中的重点话题。

现代战争中，各种现代化装置的维修保养，大量弹药燃油补给的繁重需求使得机器人也有了用武之地。

为此，美国专门研制了类似中国古代木牛流马的“大狗”四足无人运输机器人，以及卡曼K-MAX无人运输直升机等一系列运输机器人。

中国也在加紧类似机器人的研制。

3.4攻击

进攻往往是战争中最危险的一环，比起脆弱的人类，机器人在反应速度，灵活性，承受能力等多个方面存在着巨大的优势，将机器人用于攻击是各国军用机器人发展的核心方向。

在阿富汗战争中，美军首次使用“捕食者”无人机发射“海尔法”导弹，摧毁了一辆塔利班的坦克，揭开了武装无人机参加实战的序幕。

首开无人机使用精确制导武器攻击地面目标之先河。

2001年11月14日美军出动携带“海尔法”反坦克导弹的“捕食者”无人机击毙了本拉登的助手阿提夫。

中国在攻击机器人方面发展迅速，近年来有“长虹”、“长空”、AW－4“鲨鱼”、“隼鹰”、WZ－2000等多架攻击无人机问世。

3.5特殊任务

如自动布雷机能够在指定区域自动部署地雷，导弹指引机器人能够潜入敌军阵地为导弹攻击提供引导与修正。

4现代军用机器人的作用

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。

显着提升作战效能,降低作战成本

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。

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。

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。

5军用机器人发展的困难与挑战

从无人作战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。

不过机器人技术作为一个学科还不算很成熟，相当多的理论和关键技术尚未突破，仍存在许多技术上的困难与挑战，它们主要体现在以下几个方面。

通信技术

通信对于所有类型机器人都是至关重要的。

在大多数情况下，尤其在使用多机器人系统时，多个机器人需要以自主方式进行相互合作，这就需要无线通信来实现较高的灵活性。

对于多机器人系统之间要进行相互合作，因此对通信系统有多种不同的要求。

如何实现机器人间的快速稳定的通信是个难题。

传感器与世界模型

任何一辆机器人能够成功完成任务，在很大程度上取决于其传感器和世界模型。

传感器收集信息的质量对于将信息直接传递给操作人员的遥控型机器人很重要，但对于那些完全自主型的机器人来说，信息的质量更加重要。

因为自主型机器人必须利用自身传感器的信息进行自主导航以及各种类型的信息收集任务。

一个好的世界模型对于自主型机器人来说是必不可少的，因为世界模型是这种机器人对外部情况的全部见解，因此也是其随后的导航和执行任务的基础。

就军用机器人的传感器和世界模型来说，目前还存在以下不足：

障碍规避和处理，地形建模和分类，以及常规导航运输。

这些方面对于机器人极为重要，因为它们决定了机器人导航的基本能力。

而这些不足只能在不久的将来得到部分解决。

地雷探测、排雷以及生化物质的感知。

环境勘察、低能见度条件下的传感器融合、态势感知以及人员和车辆的探测与识别。

智能化算法

智能算法包括图象处理算法，任务执行算法，路径规划算法等等。

算法是军事机器人的灵魂，缺少好的算法，再好的机器人也只是一堆硬件堆成的废铁。

5.4多机器人系统

多机器人系统，顾名思义，是由多个机器人组成的。

在多机器人系统内，不同的机器人共同完成任务。

这种任务共享既可以是简单的工作量分担、分布式感知，也可以是更加复杂的配合或合作行动。

多机器人系统的组织体系既可以是完全分布式的，也可以是分等级的指挥和控制结构。

多机器人系统可在侦察与监视、扫雷和运输任务中使用，能否解决以下技术问题至关重要：

执行不同任务的机器人之间的互动；和执行相同任务的机器人之间的配合；和多个机器人合作执行任务；在多个机器人之间自动划分任务；合作感知（如集体识别目标并共享数据的能力）；自动管理和区分事件优先次序的能力。

6论文结论与展望

从军事变革的趋势来看，装备无人化乃大势所趋，军事机器人的发展象征着一个国家国防，经济，科技等各个方面的综合实力。

军事机器人将向着如下几个方向发展：

1、一体化，机器人将像多功能一体化发展，同一款机器人平台，通过换装不同的功能模块，能够执行侦察，扫雷，运输，攻击等多种用途。

2、网络化，多个相同或不同种类的机器人将通过通信连成网络共同完成任务。

3、智能化，未来的军事机器人将越来越智能，自动辨别目标，自动采取合适的行动，自动检修减少人员的管理负担。

4、隐形化，尤其体现在无人机上，由于无人机不需载人，能做到最好的外形优化，拥有比载人飞机更好的隐形能力。

5、空天化，未来的战场有可能从传统的陆海空一直延续到太空中，在失重无氧强辐射的太空环境中，军事机器人无疑将取代人类战斗。

参考文献列表

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