扫雷机器人-邓宏彬

主讲人：邓宏彬北京理工大学湖北汉丹机电有限公司2007年6月汇报提纲一、维和扫雷的国际大背景二、现有扫雷手段简介三、汉丹扫雷机器人简介四、近期部分成果汇报五、感想与建议一、维和扫雷的国际大背景1、雷患问题是一个全球性的国际人道主义问题①由于历史和现实原因，形成了大量“地雷坟场”，给许多国家带来了深重的人道主义灾难；②其中反步兵杀伤地雷的不当使用对平民身体、心理、战后经济恢复等造成的伤害尤其重要。③雷区土地缺乏经济价值，招商引资困难，人民生活贫困，在亚非许多国家出现了有地不敢种，有路不敢走的怪现象。一、维和扫雷的国际大背景2、“地雷坟场”的形成原因：a)地雷战思想弱势国家防御武器的首选。前苏联因素；b)缺乏责任心和雷场管理由于战事紧迫，许多当事国只能随意地布置地雷，由于这些地雷根本没有布置地图，因此布雷区域注定就是地雷坟场。当外国顾问离开之后，许多现役雷场的布置图都淹没在冲突中了，从而形成了许多永久性的地雷坟场；3、地雷的威胁：•全世界每月有2000人死于地雷爆炸，每年约有2～2.6万人因触雷而丧生，25万人致残。•有关资料显示，目前，世界上仍有55个国家生产各种地雷，仅杀伤人员地雷就有300多种，年产量1000万枚以上（非国家组织未计算在内）。•从阿富汉到尼加拉瓜，从安哥拉到柬埔寨，全球68个国家埋有1亿多枚未爆地雷及其它爆炸物，两伊各埋设了500～800万颗；阿富汗有1000万颗；柬埔寨有500～800万颗；安哥拉900万颗；莫桑比克200～300万颗，波黑有300～500万颗，一、维和扫雷的国际大背景一、维和扫雷的国际大背景4、维和扫雷机器人的重要意义：a)珍惜生命•地雷对士兵和平民不具选择性；•地雷分布随机、分散，它让人们随时随地都有致命或致残的危险，工兵扫雷也常有伤亡。b)现有手段扫雷成本高，不利于推广；•地雷成本只有几美元，但据联合国儿童基金会的报告估计，每清除一颗地雷需要花费1000美元左右。•雷患问题已成为联合国国际人道主义援助的核心内容之一。因此大力发展低成本的探雷机器人，尽快批量生产，市场前景广阔。一、维和扫雷的国际大背景c)雷场中地雷种类相对单一，但数量巨大，分布广泛；•现有手段主要依靠人员和扫雷犬，容易疲劳，扫雷速度慢。•以现在的投资与技术，全球平均需要1400年才能清除完毕。而在阿富汗，由于地形复杂，战争残留物众多，联合国估计人工扫雷需要4300年。d)我国政府积极参与解决雷患问题，体现了大国风采，提高了国际地位，维护了国家利益•我国认真履行《特定常规武器公约》和《地雷议定书》的义务，赞成对地雷的使用进行合理的限制。•同时我国积极致力于国际扫雷援助与合作，以建设性态度参与了《战争遗留爆炸物议定书》的谈判缔结。•雷患国家往往资源极其丰富，如伊朗、安哥拉等，我国在这些国家有着巨大的经济利益。一、维和扫雷的国际大背景5、我国积极参与联合国的维和行动a)从1998年至今，通过捐款、援助扫雷装备、扫雷技术培训等方式，积极参与近10个亚、非国家的扫雷工作；•2001年，我国向柬埔寨、安哥拉、纳米比亚、莫桑比克、埃塞俄比亚、卢旺达、厄立特里亚等国家捐赠了大批扫雷器材；•2002~2003年，我国先后两次组织了援外扫雷专家组，赴厄立特里亚指导扫雷行动；•2004年，我国与“国际禁雷运动”澳大利亚分会在昆明联合举办了“人道主义扫雷技术与合作国际研讨会”；•2005年和2006年我国组建了一支国际扫雷专家组，赴雷患严重的泰国、黎巴嫩等国家提供人道主义扫雷援助。一、研究的目的和意义2006年8月中国工兵正在黎巴嫩执行探雷任务（摘自《参考消息》）二、现有扫雷手段简介1、维和扫雷的主要困难在探雷，当前国内外主要探雷技术如下：①金属探测器（metaldetector）；②地面穿透雷达（GroundPenetratingRadar，GPR）；③微波红外法（MicrowaveRadiationandInfraredscanning）；④基于炸药成份的化学探雷（如:NuclearQuadrupoleResonance）。二、现有扫雷手段简介1、利用警犬进行探雷二、现有扫雷手段简介2、利用工兵人工探雷/排雷①最普通、最常用的方法，手持金属地雷探雷器，对工兵的个人技能要求极高；②虚警率高，效率低下，常会造成士兵的伤亡。AN/PSS-14是美国陆军最新研制的探雷装备，它带有辅助目标识别算法，只有当探到地下金属且具有某些雷的特点时，才会发出报警。二、现有扫雷手段简介3、利用火箭布撒器排雷①火箭布撒器本质上是利用火箭弹抛撒的串联子弹药的爆轰效应来实现扫雷，因此在第三世界国家推广这种技术极易导致火箭技术扩散。②军事行动中排雷的首选方案，可在极短的时间内开辟无雷通道，这类装备如直列装药扫雷车等；③成本很高，对地表的建筑和植被具有很强的破坏性，一般的第三世界国家根本无法承受；④扫雷不彻底，仍需工兵进行排查，大面积扫雷即不经济，也不现实；火箭布撒器二、现有扫雷手段简介二、现有扫雷手段简介4、机械化专用扫雷车①专用扫雷车主要是利用锤打和滚压地表、用犁翻挤地表等方式诱发地雷爆炸来实现排雷，但这种扫雷车能耗大、使用和维护成本高，对驾驶员的身体健康影响较大；②近年来，探地雷达、红外成像等探雷设备开始应用，但体积大，成本高，不可能大面积装备到第三世界国家；③在区域排雷时，不可能大面积没有目标地随意“锤打”或“犁地”。而且在现实生活中，许多地雷是布设在隘口和地形不规则地区，专用扫雷车很难直接到达。二、现有扫雷手段简介机械化专用扫雷车二、现有扫雷手段简介5、扫雷机器人（MineSweepingRobot）①扫雷机器人可分为两种：a)探雷机器人（MinesDetectionRobot）b)排雷机器人（MinesRemovalRobot）②新概念扫雷装备，它既可以辅助专用扫雷车，又可以辅助工兵部队，而且成本低廉、安全可靠、地形适应能力强、便于携带和操作；③它是对传统扫雷手段的有益补充，是机器人在危险环境作业领域的延伸，是危险作业机器人走向规模化的契机。二、现有扫雷手段简介④利用传统车辆改装a)加拿大的FORESIGHT公路探雷机器人，配GPR探地雷达、前向红外和金属探测器，现役装备。二、现有扫雷手段简介b)俄罗斯的DIM车载探雷器，由吉普车或军用运输车牵引，配金属探测器。二、现有扫雷手段简介⑤新式探雷机器人a)日本的“彗星2号”机器人。“彗星2号”机器人不但可以探测到普通的地雷，而且采用穿地雷达，可以发现金属探测器无法发现的塑料地雷。日本研发的“彗星2号”探雷机器人二、现有扫雷手段简介b)美国佛罗里达智能机械设计实验室研制的Landminedetectionandmarkingrobot（近距离探雷标示机器人），是一种可探测和标示地雷的机器人，该机器人仍处于实验室作品阶段。二、现有扫雷手段简介⑥新式排雷机器人挪威的compactminecat斯洛伐克Bozena4三、汉丹扫雷机器人简介1、汉丹公司的已有基础与项目背景①“十五”期间，在863计划的大力支持下，汉丹公司与北理工合作，已成功开发了自主产权的防暴弹发射机器人；②“中石化”在伊朗获得了某区域的石油开采权，但该区域属于高危险性的“地雷坟场”，迫切需要我国企业提供扫雷装备；③近来年，我国对安哥拉、泰国等十多个亚非拉国家开展国际人道主义扫雷培训，在传授扫雷技术的同时，也附带提供了大批的传统探雷排雷设备，但难以满足亚非拉国家的实际需要。三、汉丹扫雷机器人简介②第一代“防暴弹发射机器人”三、汉丹扫雷机器人简介③第二代“防暴弹发射机器人”2005年9月20日国家十五重大成就展全国人大副委员长中科院院长路甬祥院士参观展览2005年11月4日第七届上海国际工业博览会2005年9月，在北京武警总部进行的机器人性能测试。越障碍过草地测试过沙滩2005年9月，在北京武警总部进行的机器人性能测试。2006年初探雷机器人在昆明接受联合国维和考察组的检阅，并现场演示！三、汉丹扫雷机器人简介2、扫雷机器人研究①指导思想：a)去年，中科院沈阳自动化所主持召开“863计划危险作业机器人战略研讨会”，武警总部、公安部、国家地震局等多家用户单位提出了机器人平台通用化、操作傻瓜化、功能配件专业化、接口标准化的指导精神；b)面向雷患严重的第三世界国家，认真落实探雷和排雷机器人实用、易用、好用、管用的原则；②两种模式：a)手持遥控探雷模式b)已知局部区域自主探雷模式探雷机器人执行探雷巡查探雷机器人仔细搜索是否发现可疑物？YESNO是否可疑物？NO进行可疑物标识（红色）YES继续执行探雷巡查排雷机器人识别可疑物标识是否地雷？启动排雷设备立即引爆进行安全标识（绿色）YESNO排雷机器人前往下一个可疑物标识微小型扫雷机器人作业流程示意图探雷机器人执行探雷巡查探雷机器人执行探雷详查进行可疑物标识排雷机器人自动识别可疑物标识执行排雷任务动作控制系统探雷器附件无线视频系统无线网络系统无线数据传输视觉系统信息处理系统遥控处理器机器人1……无线视频处理无线数据接口手持遥控系统动作控制系统探雷器附件无线视频系统无线网络系统无线数据传输视觉系统信息处理系统机器人n摇杆单个手持摇控操作台控制多个探雷机器人采用半自主方式执行探雷任务无线音视频系统无线网络系统无线数据传输视觉系统金属传感器距离传感器云台控制器高精度数字云台探雷器控制器探雷器附件以太网接口信息处理现场总线接口动作处理画面分割器摄像机1摄像机2摄像机3照明控制照明灯1照明灯2照明灯3数据流管理内部各模块电源管理外部模块电源管理作业附件接口工作电流，电压采集无刷电机数字化驱动器无刷电机数字化驱动器现场总线式传感器采集器倾斜传感器动作处理动作处理动作处理动作处理动作处理动作处理行走动作电机俯仰动作电机前后、左右距离传感器无刷电机数字化驱动器转向动作电机附件摄像机控制接口机器人控制系统遥控处理器无线视频处理无线数据接口手持遥控系统摇杆大功率电机与驱动器可疑物位置判断控制器排雷器附件标记识别摄像机控制接口链锤排雷控制系统结构示意图微小型探雷机器人设计微小型探雷机器人样机排雷机器人设计三、汉丹扫雷机器人简介三、汉丹扫雷机器人简介④低成本防步兵雷专用探雷设备研制a)我军在实战中，采用金属探测器自主摸索出的一套基于“人耳听音”和“操作手法”的，行之有效的经验探雷技法。在这种技法的帮助下，我军多次在国际扫雷比赛中获奖。b)着眼于降低成本、降低虚警和提高扫雷效率，我们提出了运用音频处理手段，结合我军现役的GTL115单兵金属探测器和移动机器人平台，实现士兵探雷技法的机械化、信息化，并最终实现局部区域自主探雷。三、汉丹扫雷机器人简介⑤基于机器人的应用策略研究a)为了确保探雷彻底，维和部队在实战中往往要求较低的探雷速度。如何将高效率和高可靠探雷统一起来是个重要的课题；b)实战中，安全区域往往远大于有可疑物的区域，所以我们采用“宽进严出”的自适应探雷方法，即探雷机器人先巡查，再详查，最后排雷机器人逐一处理，确保扫雷的彻底性；c)探雷机器人可以探出所有地雷，排雷机器人只能排出防步兵地雷。3、探雷机器人主要性能①整机重量：不能压发防步兵地雷②地形适应能力：a)植被:＜10cm的平原、丘陵、沙漠地b)坡度:＜20°③探测性能：金属含量≥8g；④搜测范围：≥1.2m⑤操纵方式：a)无线可视遥控操作b)操作距离≥50m⑥探雷速度：100m/h⑦报警方式：声光报警并停车⑧标识方法：撒白(红)色涂料⑨适应温度：0ºC～+50ºC，具有较好的防潮性能四、近期部分成果汇报2006年10月，武警总部组织的性能测试中，包括防暴弹发射机器人在内多数机器人均未能通过30度斜坡试验四、近期部分成果汇报32度斜坡试验四、近期部分成果汇报35度斜坡试验四、近期部分成果汇报36度斜坡试验四、近期部分成果汇报未知地面通过试验四、近期部分成果汇报探雷动作演示我维和部队出具的加盖联合国公章的应用证明五、感想与建议1.总之，联合国“地雷行动”计划是一个长期的计划，迫切需要世界各国的通力协作，对探雷、排雷设备的需求将越来越大，为我国机器人产业参与国际