未来无人战车的定义破碎机.docx
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未来无人战车的定义破碎机
破碎机
破碎机的首次亮相是以真正的怪物卡车造型出现的：
两辆原型车进入卡内基梅隆大学的建筑物内，发出响亮的音乐并闪耀着强光。
一辆破碎机待命，同时它的姊妹车轧过成堆的汽车并将它们碾碎。
这堆汽车能使大多数怪物卡车望而却步。
破碎机不是一般的卡车，它可以装载约3,600公斤货物并直接越过1.22米高的垂直墙。
卡内基梅隆大学国家机器人工程中心供图
破碎机无人地面车辆
破碎机是一种无人地面车辆（UGV），由美国国防高级研究计划局（DARPA）投资，卡内基梅隆大学国家机器人工程中心（NREC）设计。
破碎机项目的基础是另一项由NREC设计的称为“蜘蛛”的UGV，因此破碎机有时也称为“蜘蛛2.0版”。
它的研发动力很大程度上与美国目前UGV领域中所有军方投资的研究和开发项目相同：
更高的感知能力、自主性能和耐用性。
这种无人操控、悄无声息的坦克，能够运载任何货物、防范敌人攻击并轻而易举地高速通过能使“悍马”车也会翻车的地形——没有比这更让美国陆军高兴的了。
破碎机可能永远也不会大规模生产。
它的成本将会非常高昂（设计人员甚至无法提出报价）。
它设计为功能原型车，用于测试NREC为称为UPI的计划开发的部分技术。
UPI代表UnmannedGroundCombatVehiclePerceptOR（off-road）Integration（无人地面战斗车辆感知越野综合计划），是由DARPA投资的重要计划，里面包括“评估大型UGV在大范围复杂越野地形的自主操作能力”的试验［参考］。
破碎机重6.5吨，比“蜘蛛”轻约30%，并且能够运载更多货物。
NREC在“蜘蛛”升级中唯一没有考虑的是车辆上下倾覆时仍可继续行驶的能力。
没人解释为何取消这项绝妙的功能，尽管逻辑上推测可能是为了实现破碎机的某些其他升级功能，或者是想减少一项对于UPI的主要任务并不至关重要而又高成本的功能。
那么破碎机能干什么？
这种无人车辆主要设计用于侦察和支援。
由于没有乘员，所以可以生产出一种坚固耐用、灵活并能够运载大量货物的车辆。
例如，破碎机在某些情况下可以不需要装甲，从而运送更多给养。
最重要的是，破碎机能够在包括沟渠、岩石和人为障碍的极端地形上自主前行。
卡内基梅隆大学国家机器人工程中心供图
破碎机可以只依靠电池能量行驶，使运作近乎悄无声息。
破碎机可以携载武器，因此完全可以参与战斗任务。
根据NREC所说，破碎机的技术距离在世界上推广还有6到10年的时间。
虽然更小的、有人操纵的机器人已经投入战场，但像破碎机这样的大型无人操控机器人仍停留在实验阶段。
大型机器人处理未知地形和未知情况所必需的复杂感知系统和控制系统仍处于研发阶段。
破碎机的感知和导航系统都是原型，被计划用作测试平台，以不断创造出地面战斗车辆无需人员输入即可执行任务的新方法。
在下一部分中，我们将介绍其中的某些系统。
由于破碎机是一个首要也是最重要的军事项目，普通人无法获得完整的详细信息，但博闻网还是设法找到了一些有趣的资料。
在破碎机的开发中共有三个主要关注领域：
坚固耐用，即使运载约3,600公斤货物也可以经受极端地形的考验而不降低速度
低噪机动，使其成为能在战场上生存的侦察车辆
自控操作，使其能够自行搜索、侦察甚至战斗，而不必冒生命危险
卡内基梅隆大学国家机器人工程中心供图
破碎机原型车
破碎机的构架由铝和钛制成。
车体为铝质立体构架（一种连杆敞开式结构），使用超级坚固的钛节点连接连杆，来增加在与巨大坚硬物体碰撞时的强度。
车体下面是一块滑板——主要是一块悬吊式防震钢质“减震器”，作为第一层防护，保护车体以免与巨石、树桩和台阶直接接触。
卡内基梅隆大学国家机器人工程中心供图
为了使其能够越过障碍物和一般的崎岖地形，破碎机装备有六轮全轮驱动系统，由一台柴-电混合动力装置提供动力，使其可以近乎悄无声息地操作——这在侦察工作中是一项较好的特性。
一台78马力的涡轮增压柴油发动机作为该系统的发电机，可持续输出58千瓦动力，为破碎机300伏特、18.7千瓦锂离子蓄电池组充电。
这些蓄电池依次驱动分别位于六个车轮轮毂中的六台210千瓦电动机。
每台电动机可产生282匹马力。
与多数混合动力电动系统一样，破碎机也使用再生制动技术在每次减速时向蓄电池返回一些能量（有关再生制动技术的信息，请参见混合动力车探秘）。
根据速度和载货量，该车可以单独依靠蓄电池动力无声行驶3到16公里。
由于每个车轮都是单独提供动力，所以即使一两个轮子失灵，破碎机仍可继续行进。
只需六个轮子中有四个正常，即可保持其各项功能。
如果该车突然发现需要转向——假如三面都是不可逾越的障碍——则可以使用其滑动转向能力（一种转弯半径为零的技术）迅速向后转而根本无需回旋空间。
为了适应低垂的障碍、岩石地形或更好地隐蔽以免敌人发现，破碎机可在0到76厘米范围内调整行驶高度。
除此以外，破碎机的悬挂系统行程约为76厘米，可以吸收震动，并调整硬度以适应不同地面状况。
我们可以揭开“蜘蛛”（破碎机的前身）的神秘面纱——不要忘记破碎机是“蜘蛛1.0”的升级版：
破碎机升级了行驶高度调整、悬挂系统行程、
车重和载货量方面的功能。
破碎机强有力的车架、六轮驱动装置和极佳的悬挂系统性能使UGV能够高速行驶，目前最高可达42公里/小时，在跨越崎岖地形，克服诸如沟渠、巨石、陡坡等障碍以及最高约1.22米的垂直障碍时也丝毫不会减慢速度。
虽然坚固耐用、动力十足、无声无息使得破碎机成为一种理想的搜索工具，但问题主要是DARPA迄今为止已经花费了3,500万美元来开发的UGV自主系统，。
NREC尚未发布多少有关UPI系统的详细信息，但他们说“该技术使整个车辆遍布感知能力，可以帮助平衡其感知，还可以支持某些可能不太好感知环境的车身区域。
（感知）软件还可以让破碎机‘学习’先前收集的信息并应用到对新的障碍的处理上”。
我们知道硬件感知主要包含激光雷达（激光探测和测距）装置和相机阵列。
激光雷达装置发出激光束扫描某一区域并测量激光束反射回到该装置的激光传感器所需的时间。
破碎机有八套这种装置——四套用于水平扫描环境，另外四套用于垂直扫描。
它使用六对立体视觉摄像机进行深度感知，并使用四台彩色摄像机将彩色像素应用于由激光雷达传感器确定的距离上的每个点。
破碎机感知系统的早期版本
破碎机最新实现的功能是约5.5米长的伸缩式机架，用于从更高的有利位置收集数据。
该机架可以与上面看到的激光雷达和照相装置的部件结合在一起，也可以仅为感知系统增加一组额外的传感器。
卡内基梅隆大学国家机器人工程中心供图
将所有激光雷达和摄像机数据结合起来后，破碎机的车载CPU即可创建其正在行驶地形的三维图像。
CPU为700MHz奔腾Ⅲ，用于控制破碎机机械运动并运行执行传感器数据处理的导航软件。
惯性测量装置（IMU）结合使用加速度计（倾角传感器）和陀螺仪来探测破碎机的海拔高度、位置和移动方向，以使破碎机始终知道自己相对于地形的运动和位置。
UGV还有一台内置GPS接收机和基于计算机的GPS数据库，其中包括预先编程的地形数据。
迄今为止，场地试验表明破碎机正在逐步实现真正的自动化。
在测试中，破碎机在没有任何外部操控的情况下，可以从一个GPS位点移动到另一个相距超过1公里的GPS位点。
利用感知系统和导航系统，破碎机可在行驶过程中对障碍物做出反应——在撞到某些物体时不需要操作人员告诉它怎么做。
自带的决策制定功能使它可以攀爬超过40度的陡坡，驶过约1.22米的台阶，并跃过约2米深的壕沟。
跃沟能力尤其出色——破碎机的轮胎以特殊方式安装，当车辆跨越壕沟时可以下降以支撑车辆。
卡内基梅隆大学国家机器人工程中心供图
破碎机的规格：
空车重：
5,990公斤
最大载荷：
3,600公斤
长度：
510厘米
宽度：
260厘米
车高（离地距离41厘米时）：
152厘米
离地距离：
0到76厘米
轮胎直径：
125.7厘米
最大速度：
7秒内加速到42公里/小时
载荷体积（有两个内部货舱时）：
1.6立方米
可能的控制模式：
遥控
基于位点的导航
完全自主
这样的尺寸和重量规格意味着一架C-130H运输机可将两辆破碎机运载到世界任何位置的战场。
在2006年8月，破碎机已经配备Rafael迷您台风装备，并携带一支12.7毫米口径枪械。
这说明在军用车辆的自主技术开发中，战斗任务可能成为日益突出的焦点。
在下一部分中，我们将介绍破碎机原型车的未来，并探讨其如何顺应军事研发的整体趋势。
到2006年，美国军方已经部署大约4,000台战斗机器人投入实际使用。
军方使用这些机器人主要进行“嗅探”炸弹以及清理建筑物和其他封闭结构的任务。
陆军的未来战斗系统（FCS）计划准备花费3亿美元资助研究扩展战场机器人的职能。
FCS正在寻求能够运载货物和部队穿越崎岖地形的机器骡子，以及可在无人输入指令的情况下可以行进的无人车辆，用以搜索地域和巡逻边境，并将重要数据发回部队。
如果这些大型自主车辆还能运载大量载荷穿越崎岖地形而不降低速度，那将是意外收获。
破碎机或其他类似产品将是后一项任务的理想选择。
卡内基梅隆大学国家机器人工程中心供图
破碎机自身可能不会部署行动。
它主要是一个研究项目，对它的测试和试验将进行到2008年。
到那时，NREC会将破碎机的技术移交给DARPA，以便将其应用在大部分属于未来战斗系统领域的相关项目。
FCS正在进行相关开发计划。
例如，武装侦察车辆（ARV）项目，主要目的在于实现完全自主的、能够完成侦察任务的战备车辆；以及自主导航系统（ANS），一个要为各种军用机器人开发通用平台自主功能的综合项目。
FCS的整体目标是将有人操控车辆和无人车辆、地面和空中平台无缝集成到统一结构中，并通过简单的、类似网络的控制系统进行管理。
有了FCS，我们将会看到类似破碎机的车辆支持部队在5到10年内投入战斗行动。
它们极有可能先从事侦察任务，然后过渡到战斗中，支持部队而并非代替部队。
但破碎机的尖端自主技术并不属于军方。
NREC在构想——并且已经在计划——相关的研究项目，以便将为破碎机开发的系统应用于民用领域。
在十年内，我们可能会看到自主车辆在诸如农业、采矿和建筑等领域执行危险作业，最终将人类在这些领域内面对的某些危险转移到可代替作业的、感觉不到痛苦的机器人身上。
美军最新无人战车面世为未来无人战车做出定义
军备专家早就预测无人战车将在未来军队中扮演重要角色，但技术上的限制使人们还未看到无人车大规模装备军队的迹象。
要想成为战斗中的主角，无人战车必须再改进自主性能。
如今，研究者的努力已经有了更新的成果，美国军事工程师研制的“破碎机”无人战车于日前面世，以验证最新的自主导航和决策技术，如果成功，无人战车取代士兵成为战场的主角将为时不远。
相对于无人战机近年来的迅猛发展，无人战车的发展脚步相对缓慢。
军备专家早就预测无人战车将在未来军队中扮演重要角色，在执行一些类似拆弹的危险任务时，无人战车将是士兵手、眼、耳的延伸。
但一直以来，技术上的限制使人们还没有看到无人战车大规模装备军队的迹象，要想成为战斗中的主角，无人战车必须在自主导航和通讯互动方面作出更多改进。
如今，无人战车研究者的努力已经有了更新的成果，美国科学家研制的“破碎机”无人战车于日前面世，以验证相关的最新技术。
现有无人车类似骑马
目前的无人战车多由人工远程遥控，不具备自主执行任务的能力。
指挥者通常通过电视屏幕监视无人车周围的环境，并对其发出适当指令，命令其前进、后退或者开火。
在指挥官看来，这就类似于骑马，如果你不发出命令，马儿就不会行动。
由于远程指挥需要占据大量通信带宽，一旦通信网络不畅或者遇到死角，无人战车就会变成一堆不知所措的废铁。
虽然远程指挥也可通过无线电波和光纤实现，但这两种技术非常容易受到干扰和破坏。
半自主的无人车系统具备感知碰撞和障碍的
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