第5章-特種機(jī)器人應(yīng)用課件

機(jī)器人技術(shù)雖然以工業(yè)機(jī)器人起步，但隨著近年來(lái)微電子技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料技術(shù)等的迅速發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)已突破了傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的范疇，逐漸轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)用于特殊環(huán)境中特種機(jī)器人技術(shù)的研究。目前國(guó)際上對(duì)非制造領(lǐng)域機(jī)器人（我國(guó)稱(chēng)為特種機(jī)器人）的研究和開(kāi)發(fā)非?；钴S。特種機(jī)器人技術(shù)主要是指非制造業(yè)中的各種先進(jìn)機(jī)器人及其相關(guān)高技術(shù)。特種機(jī)器人是替代人在危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下作業(yè)必不可少的工具,可以輔助完成人類(lèi)無(wú)法完成的如空間與深海作業(yè)、精密操作、管道內(nèi)作業(yè)等。

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.1特種機(jī)器人應(yīng)用與意義機(jī)器人技術(shù)雖然以工業(yè)機(jī)器人起步，但隨著近年來(lái)微電子技1特種機(jī)器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果,代表了高技術(shù)的前沿發(fā)展,它在人類(lèi)生活應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,正引起國(guó)際上重新認(rèn)識(shí)機(jī)器人技術(shù)的作用和影響。正因?yàn)槿绱?，研究和發(fā)展特種機(jī)器人技術(shù)一直受到世界各國(guó)的重視,許多國(guó)家都把特種機(jī)器人技術(shù)列入本國(guó)的高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃或國(guó)家的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。如美國(guó)的“國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)”、“商業(yè)部新興技術(shù)”和“國(guó)防部和能源部關(guān)鍵技術(shù)”計(jì)劃,歐共體的“尤里卡計(jì)劃(EUREKA)”和“信息技術(shù)研究發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃(ESPAIT)”,新加坡、韓國(guó)、巴西等發(fā)展中國(guó)家都有相應(yīng)的計(jì)劃內(nèi)容。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.1特種機(jī)器人應(yīng)用與意義特種機(jī)器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果,代表了高技術(shù)2

與工業(yè)機(jī)器人相比,特種機(jī)器人通常在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下自主工作,且更多地依賴(lài)于對(duì)環(huán)境信息的獲取和智能決策能力，因此特種機(jī)器人更強(qiáng)調(diào)感知、思維和復(fù)雜行動(dòng)能力。特種機(jī)器人從外觀上也遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了最初工業(yè)機(jī)器人所具有的形狀。特種機(jī)器人融合了更多學(xué)科的知識(shí),如機(jī)構(gòu)學(xué)、控制工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、微電子學(xué)、光學(xué)、傳感技術(shù)、材料科學(xué)、仿生學(xué)等,因此,特種機(jī)器人研究不僅能促進(jìn)本學(xué)科的發(fā)展,還可帶動(dòng)其他學(xué)科的進(jìn)步。特種機(jī)器人研究特別強(qiáng)調(diào)智能性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性,使其具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.1特種機(jī)器人應(yīng)用與意義與工業(yè)機(jī)器人相比,特種機(jī)器人通常在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下自主工3

特種機(jī)器人目前主要有3種控制方式：人機(jī)遙控方式、自主控制方式、遙控自主混合方式。由于環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化和動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)，遙控自主混合方式成為比較廣泛的控制方式，也是一種比較可靠和設(shè)計(jì)上可行的控制方式。特種機(jī)器人大都工作在非結(jié)構(gòu)性環(huán)境中,在現(xiàn)在及可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái),人機(jī)遙控加上局部自治,仍將是一種主要的控制方式。操作者和機(jī)器人可能在同一環(huán)境中,也可能分布在兩處。分布在兩處時(shí),其聯(lián)系的通信時(shí)間,在空間及海中可能長(zhǎng)達(dá)分的數(shù)量級(jí),而其工作環(huán)境,在大多數(shù)的情形下又是未知的。感知、規(guī)劃、行動(dòng)和交互技術(shù)是特種機(jī)器人的共性技術(shù)。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.2特種機(jī)器人系統(tǒng)特種機(jī)器人目前主要有3種控制方式：人機(jī)遙控方式、45.2.1特種機(jī)器人共性技術(shù)特種機(jī)器人各種各樣，在每類(lèi)特種機(jī)器人中都有一些關(guān)鍵技術(shù)，但特種機(jī)器人仍存在以下共性技術(shù)。（1）遙控及監(jiān)控技術(shù)機(jī)器人高水平的半自治功能；多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)；對(duì)有時(shí)延的環(huán)境,克服時(shí)延所造成的控制上的困難；通過(guò)事先對(duì)可能出現(xiàn)的情況及對(duì)策的詳細(xì)研究,進(jìn)行局部自治控制等。（2）人機(jī)接口在包括虛擬環(huán)境的人機(jī)接口方面的研究工作非常活躍,開(kāi)發(fā)出了各式各樣的輸人和輸出裝置,如三維鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套、快門(mén)眼鏡、頭盔等,各種具有更好性能的臨場(chǎng)感方法相繼被提出來(lái),如具有類(lèi)似人的大小的手、臂和雙眼視覺(jué)系統(tǒng)等。利用臨境技術(shù)建立機(jī)器人工作環(huán)境,讓操作者身臨其境的進(jìn)行操作。目前在利用多種傳感器的實(shí)時(shí)信息動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地建立環(huán)境模型方面,有很多問(wèn)題有待研究。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.2特種機(jī)器人系統(tǒng)5.2.1特種機(jī)器人共性技術(shù)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.2特5（3）傳感器和信息融合技術(shù)只有借助于大量的智能傳感器的幫助，特種機(jī)器人才能夠?yàn)檫b控者提供環(huán)境參數(shù)，才能在需要的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)在動(dòng)態(tài)環(huán)境中的自主控制。隨著傳感器系統(tǒng)的復(fù)雜化，如何有效地進(jìn)行傳感信息的分析利用也是特種機(jī)器人設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容。（4）導(dǎo)航和定位問(wèn)題大部分工業(yè)機(jī)器人不存在機(jī)器人本體的導(dǎo)航和定位問(wèn)題，但是對(duì)于大部分特種機(jī)器人而言，導(dǎo)航和定位功能是實(shí)現(xiàn)最終功能的一個(gè)基礎(chǔ)。目前常用的特種機(jī)器人導(dǎo)航定位技術(shù)主要是軌道導(dǎo)航定位、光學(xué)導(dǎo)航定位、感應(yīng)導(dǎo)航定位，新型智能導(dǎo)航定位技術(shù)將給特種機(jī)器人的發(fā)展帶來(lái)新的突破。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.2特種機(jī)器人系統(tǒng)（3）傳感器和信息融合技術(shù)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.2特種6（5）機(jī)器智能特種機(jī)器人大多對(duì)其智能程度有更高的期望,滿(mǎn)足其在未知或部分未知環(huán)境中自主作業(yè)的需要。特種機(jī)器人的智能可以體現(xiàn)在其工作的各個(gè)方面,包括諸如對(duì)環(huán)境的感知、信息的處理、行為決策、與人的協(xié)調(diào)和自學(xué)習(xí)等。傳統(tǒng)的符號(hào)推理系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等都是人們?cè)趯?shí)現(xiàn)人工智能方面的努力。這方面的研究還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到人類(lèi)期望的目標(biāo)。（6）虛擬機(jī)器人技術(shù)許多特種機(jī)器人,在用于空間、水下、地面、地下、農(nóng)業(yè)和食品加工、消防和救援、醫(yī)療和護(hù)理、休閑和娛樂(lè)等時(shí),遙控不失為一個(gè)主要手段?；诙鄠鞲衅鳌⒍嗝襟w和虛擬現(xiàn)實(shí)、臨場(chǎng)感的虛擬遙控操作和人機(jī)交互,成為需要共同發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.2特種機(jī)器人系統(tǒng)（5）機(jī)器智能第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.2特種機(jī)器人系統(tǒng)7（7）機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)協(xié)作現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了人對(duì)機(jī)器人異地控制的進(jìn)步。同時(shí)，隨著功能要求和環(huán)境復(fù)雜程度的提高，多機(jī)器人協(xié)同完成特定任務(wù)成為一種可行的技術(shù)。機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)協(xié)作研究主要包括網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)與裝置、眾多信息組的壓縮與解壓方法及傳輸方法的研究。（8）多智能體協(xié)調(diào)控制技術(shù)包括用于實(shí)現(xiàn)決策和操作自主的多智能體組成的群體行為控制技術(shù)。微型和微小機(jī)器人技術(shù)包括微機(jī)構(gòu)、微傳感及相應(yīng)的微系統(tǒng)集成技術(shù)等。軟機(jī)器人技術(shù)主要研究在未來(lái)眾多的人與機(jī)器人共存的環(huán)境中,機(jī)器人對(duì)人的安全保護(hù)性技術(shù)。仿人與仿生技術(shù)包括機(jī)構(gòu)、傳感控制和系統(tǒng)技術(shù)。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.2特種機(jī)器人系統(tǒng)（7）機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)協(xié)作第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.2特種機(jī)器人85.2.2基于行為的特種機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)對(duì)于特種機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)，布魯克斯(Brooks)提出的包容體系結(jié)構(gòu)是最有名的基于行為的控制體系結(jié)構(gòu)。在基于行為的控制系統(tǒng)中，直接從傳感器的感知數(shù)據(jù)計(jì)算得出特種機(jī)器人的動(dòng)作，系統(tǒng)由一組并行運(yùn)行的行為組成。每個(gè)行為知道如何對(duì)環(huán)境中的事件和狀態(tài)做出反應(yīng)。每個(gè)行為只需接收檢測(cè)到的事件和狀態(tài)所需要的傳感器數(shù)據(jù)，并推算出相應(yīng)的響應(yīng)，從而將傳感器數(shù)據(jù)處理減到最少。此外，每個(gè)行為直接向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送命令，在任一時(shí)刻通過(guò)協(xié)調(diào)行為選擇控制特種機(jī)器人所需要的行為來(lái)執(zhí)行任務(wù)。這種類(lèi)型的控制系統(tǒng)最明顯的優(yōu)點(diǎn)是在環(huán)境空間中運(yùn)行時(shí)能夠及時(shí)地對(duì)環(huán)境中不可預(yù)測(cè)的事件做出反應(yīng)?；谛袨轶w系結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要特點(diǎn)是只需少量的內(nèi)存和簡(jiǎn)單的表示。它沒(méi)有世界模型，系統(tǒng)模塊之間信息流的表示也很簡(jiǎn)單。因?yàn)闆](méi)有表示之間復(fù)雜的變換，也不需要刷新復(fù)雜的模型，這些特點(diǎn)有利于提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)性。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.2特種機(jī)器人系統(tǒng)5.2.2基于行為的特種機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)第5章特種機(jī)器人應(yīng)95.2.3特種機(jī)器人研究關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題針對(duì)21世紀(jì)發(fā)展特種機(jī)器人技術(shù)的戰(zhàn)略性需求,結(jié)合國(guó)際機(jī)器人與自動(dòng)化學(xué)科的前沿發(fā)展,有如下重點(diǎn)研究的科學(xué)問(wèn)題:（1）特種機(jī)器人學(xué)中的擬人智能技術(shù)研究；（2）未知環(huán)境信息獲取、理解和控制的新機(jī)制新理論；（3）復(fù)雜環(huán)境中的機(jī)器人自主工作新方法與新理論；（4）機(jī)器人精確自定位新手段與新技術(shù)；（5）生態(tài)機(jī)器人學(xué)研究,即研究生態(tài)學(xué)原理在特種機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；（6）仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)控制新方法；（7）特種機(jī)器人的人機(jī)交互問(wèn)題研究,包括監(jiān)控技術(shù)、通訊技術(shù)和遠(yuǎn)程操作技術(shù)。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.2特種機(jī)器人系統(tǒng)5.2.3特種機(jī)器人研究關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題第5章特種機(jī)器人應(yīng)用105.3.1水下機(jī)器人水下機(jī)器人誕生于20世紀(jì)50年代初，由于所涉及的新技術(shù)在當(dāng)時(shí)還不夠成熟，同時(shí)電子設(shè)備的故障率高，通信的匹配以及起吊回收等問(wèn)題也未能很好解決，因此發(fā)展不快，沒(méi)有受到人們的重視。到了60年代，國(guó)際上興起兩大開(kāi)發(fā)技術(shù)，即宇宙和海洋開(kāi)發(fā)，促使遠(yuǎn)距離操縱型機(jī)器人得到了很快的發(fā)展。在近幾十年，由于海洋開(kāi)發(fā)與軍事上的需要，同時(shí)水下機(jī)器人本體所需的各種材料及技術(shù)也已得到了較好的解決，因而水下機(jī)器人得到了很大發(fā)展，開(kāi)發(fā)出了一批能工作在不同深度，并進(jìn)行多種作業(yè)的機(jī)器人。這些水下機(jī)器人可用于石油開(kāi)采、海底礦藏調(diào)查、救撈作業(yè)、管道鋪設(shè)和檢查、電纜鋪設(shè)和檢查、海上養(yǎng)殖、江河水庫(kù)的大壩檢查及軍事等領(lǐng)域。因此，有理由相信隨著開(kāi)發(fā)海洋的需要及技術(shù)的進(jìn)步，適應(yīng)各種需要的水下機(jī)器人將會(huì)得到更大的發(fā)展。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例5.3.1水下機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器11與載人潛水器相比，水下機(jī)器人具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）水下連續(xù)作業(yè)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；（2）由于無(wú)需生命維持保障設(shè)備，可以小型化；（3）對(duì)人沒(méi)有危險(xiǎn)性；（4）機(jī)動(dòng)性較大；（5）在許多場(chǎng)合對(duì)氣候條件的依賴(lài)性較小；（6）制造和使用成本較低；（7）能在非專(zhuān)用船上使用。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例與載人潛水器相比，水下機(jī)器人具有以下優(yōu)點(diǎn)：第5章特種機(jī)器人12在1934年,美國(guó)研制出下潛934米的載人潛水器。1953年又研制出無(wú)人有纜遙控潛水器。其后的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段從1953年至1974年為第一階段，主要進(jìn)行潛水器的研制和早期的開(kāi)發(fā)工作。先后研制出20多艘潛水器。其中美國(guó)的CURV系統(tǒng)在西班牙海成功地回收一枚氫彈，引起世界各國(guó)的重視。第二階段1975至1985年是遙控潛水器大發(fā)展時(shí)期。海洋石油和天然氣開(kāi)發(fā)的需要，推動(dòng)了潛水器理論和應(yīng)用的研究，潛水器的數(shù)量和種類(lèi)都有顯著地增長(zhǎng)。載人潛水器和無(wú)人遙控潛水器（包括有纜遙控潛水器、水底爬行潛水器、拖航潛水器、無(wú)纜潛水器）在海洋調(diào)查、海洋石油開(kāi)發(fā)、救撈等方面發(fā)揮了較大的作用。第三階段1985年后，潛水器進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。80年代以來(lái),中國(guó)也開(kāi)展了水下機(jī)器人的研究和開(kāi)發(fā),研制出“海人”1號(hào)(HR-1)水下機(jī)器人,成功地進(jìn)行了水下實(shí)驗(yàn)。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例在1934年,美國(guó)研制出下潛934米的載人潛水器。1953年131.水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)水下機(jī)器人由3個(gè)主要系統(tǒng)組成：執(zhí)行系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。執(zhí)行系統(tǒng)包括機(jī)器人主動(dòng)作用于周?chē)橘|(zhì)的各種裝置，如在水中運(yùn)動(dòng)的裝置、作業(yè)執(zhí)行裝置——機(jī)械手、巖心采樣器和水樣采樣器等。水下機(jī)器人的傳感系統(tǒng)是用來(lái)搜集有關(guān)外界和系統(tǒng)工作全面信息的“感覺(jué)器官”。通過(guò)機(jī)器人這種傳感系統(tǒng)，在與周?chē)h(huán)境進(jìn)行信息交互的過(guò)程中，便可建立外部世界的內(nèi)部模型。水下機(jī)器人的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是處理和分析內(nèi)部和外部各種信息的設(shè)備的綜合系統(tǒng)，根據(jù)這些信息形成對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)的控制功能。水下機(jī)器人在工作時(shí)，不管其獨(dú)立性如何，都必須與操作者保持通信聯(lián)系。（1）水下機(jī)器人載體外形特點(diǎn)和形狀的選擇水下機(jī)器人的大小各不相同，最小的只有幾公斤，最大的則有幾十噸(用于海底管線(xiàn)和通信電纜埋設(shè)的爬行式水下機(jī)器人)。大多數(shù)水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)具有長(zhǎng)方體外形的開(kāi)放式金屬框架，如圖所示，框架大多采用鋁型材。

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例1.水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人14（2）推進(jìn)模式除個(gè)別水下機(jī)器人采用噴水推進(jìn)外，大多浮游式水下機(jī)器人采用螺旋槳推進(jìn)（如圖所示）。一般在螺旋槳外還加導(dǎo)管，以保證在高滑脫情況下提高推力。推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)方式一般有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)兩種，小型ROV和AUV多采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，大功率、作業(yè)型水下機(jī)器人推進(jìn)器通常采用液壓驅(qū)動(dòng)。水下機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)水下空間的6自由度運(yùn)動(dòng)，即3個(gè)平移運(yùn)動(dòng)(推進(jìn)、升沉、橫移)和3個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)首、縱傾、橫搖)。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例（2）推進(jìn)模式第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)15（3）密封及耐壓殼體結(jié)構(gòu)水下機(jī)器人密閉容器如電子艙通常采用常壓封裝，相對(duì)于環(huán)境壓力的密封通常采用O形圈密封，與陸地密封條件不同的是水下為外壓密封，在設(shè)計(jì)中要特殊考慮。壓力補(bǔ)償技術(shù)是水下機(jī)器人常用的耐壓密封技術(shù)，水下機(jī)器人設(shè)備(如液壓系統(tǒng)、分線(xiàn)盒)內(nèi)部充滿(mǎn)介質(zhì)(液壓油、變壓器油、硅脂等)，另設(shè)一個(gè)帶有彈簧的補(bǔ)償器與設(shè)備艙體用一個(gè)管路連接，補(bǔ)償器的外部與水連通，內(nèi)部壓力始終高于外部壓力。帶有補(bǔ)償器可使水下容器的密封和耐壓變得簡(jiǎn)單可靠，且重量輕。浮游式水下機(jī)器人采用浮力材料來(lái)為載體提供浮力，以保證水下的靈活運(yùn)動(dòng)。浮力材料通常采用高分子復(fù)合材料(樹(shù)脂發(fā)泡或玻璃微珠)。浮力材料要求密度小、耐壓強(qiáng)度高、變形小、吸水率小?？紤]到流體運(yùn)動(dòng)的阻力和重量與排水量的比例等因素，潛水器耐壓殼體的形狀大致有如下幾種：球形、橢圓形和圓筒形。其各自的優(yōu)缺點(diǎn)如表所示。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例（3）密封及耐壓殼體結(jié)構(gòu)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)16第5章特種機(jī)器人應(yīng)用耐壓殼體形狀優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)球形①具有最佳的質(zhì)量—排水量比②容易進(jìn)行應(yīng)力分析而且較正確①不便于內(nèi)部布置②流體運(yùn)動(dòng)阻力大橢圓形①具有較好的質(zhì)量—排水量比②能較好地利用內(nèi)部空間③容易安裝客體貫穿體①制造費(fèi)用高②結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析較困難圓筒形①最容易加工制造②內(nèi)部空間利用率最高③流體運(yùn)動(dòng)阻力?、儋|(zhì)量—排水量比值最高②內(nèi)部需要用加強(qiáng)肋加強(qiáng)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用耐壓殼體形狀優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)球形①具有最佳的質(zhì)17（4）水下機(jī)器人觀測(cè)、照明布置主要是攝像儀器及照明設(shè)備的布置。攝像是整個(gè)設(shè)備的核心，是作業(yè)人員獲取信息與控制潛水器的重要依據(jù)。照明是輔助攝像的設(shè)備，照明質(zhì)量的好壞直接影響攝像的質(zhì)量，因此采用發(fā)光強(qiáng)度高，穿透能力強(qiáng)的鹵素?zé)糇鳛楦哔|(zhì)量攝像的保障。攝像裝置一般放在整個(gè)裝置的最前端，這樣放置的理由有二：一是便于觀察，能夠及時(shí)對(duì)勘探現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；二是便于整體結(jié)構(gòu)的平衡，由于推進(jìn)電動(dòng)機(jī)在整個(gè)裝置的尾部，需要有一定的重力使其在水中平衡。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例（4）水下機(jī)器人觀測(cè)、照明布置第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3182．水下機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)（1）電力目前，自治水下機(jī)器人通常采用鉛酸或銀鉛充電電池，水下機(jī)器人的水下作業(yè)時(shí)間只有幾小時(shí)，不能滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)航行的要求。鋰鈷二氧化物、鋁鋅氧化物和鉛氫過(guò)氧化物為新型的充電電池，其能量密度為銀鋅電池的3～l0倍，使用這種新型電池能使自治水下機(jī)器人的作業(yè)時(shí)間達(dá)48h，因而是候選能源系統(tǒng)。燃料電池和熱功發(fā)電機(jī)目前可供自治水下機(jī)器人作業(yè)數(shù)天，通過(guò)不斷的研制，可望為自治水下機(jī)器人提供數(shù)周作業(yè)時(shí)間所需的能源，是自治水下機(jī)器人比較理想的能源系統(tǒng)。電力雖然在水下環(huán)境中有缺點(diǎn)，但大多數(shù)的現(xiàn)代水下機(jī)器人都是靠電力或液壓系統(tǒng)推進(jìn)驅(qū)動(dòng)的。蓄電池是載人水下機(jī)器人和無(wú)人無(wú)纜水下機(jī)器人的主要?jiǎng)恿υ?，而帶纜水下機(jī)器人則由水面電源供電。大部分無(wú)人水下機(jī)器人的動(dòng)力源都使用鉛酸、鎳鉻或銀鋅電池。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例2．水下機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人192．水下機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)（2）電動(dòng)機(jī)盡管在水下，普通電動(dòng)機(jī)的使用受到限制，但采取一定的保護(hù)措施、經(jīng)過(guò)改裝或?qū)ｉT(mén)的設(shè)計(jì)，電動(dòng)機(jī)仍廣泛應(yīng)用于水下機(jī)器人。事實(shí)上，絕大多數(shù)水下機(jī)器人（載人的或無(wú)人的，帶纜的或無(wú)纜的）推進(jìn)都是以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源的。電動(dòng)機(jī)與推進(jìn)裝置連接，可以直接通過(guò)回轉(zhuǎn)軸，也可以通過(guò)液壓泵、磁性連接軸等間接形式?？晒┻x擇的電動(dòng)機(jī)電流形式有直流和交流兩種。一般以蓄電池組為電源的大多數(shù)自治水下機(jī)器人采用直流電動(dòng)機(jī)。置于舷外海水中的推進(jìn)(推力)器用的電動(dòng)機(jī)有三種基本結(jié)構(gòu)：敞開(kāi)式、壓力補(bǔ)償式和封閉式。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例2．水下機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人202．水下機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)（3）水下機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)水下機(jī)器人的電能供給方法，在很大程度上決定于水下機(jī)器人的類(lèi)型。目前水下機(jī)器人有以下三種供電方式:獨(dú)立的機(jī)載電源，通過(guò)電纜遠(yuǎn)程供電，綜合供電。1）獨(dú)立的機(jī)載電源用于無(wú)纜水下裝置，有時(shí)也用于拖曳式水下裝置。通常都采用蓄電池(酸性電池、銀鋅電池、堿性電池)作電源。2）通過(guò)電纜遠(yuǎn)程供電用于拖曳式和遙控式水下作業(yè)裝置。一般都是沿電纜的動(dòng)力芯線(xiàn)將電能輸送給水下作業(yè)裝置。根據(jù)電纜的長(zhǎng)度選擇母船供給的電壓值。通常采用交流電源，經(jīng)過(guò)變壓、整流再送到潛水器里。3）采用綜合供電方式時(shí)，母船通過(guò)同軸電纜與水下機(jī)器人聯(lián)系。在母船和水下機(jī)器人之間，在直接靠近機(jī)器人處，安有一個(gè)特殊的動(dòng)力錨。通過(guò)這種裝置可完成下述動(dòng)作：在海底定點(diǎn)，消除海面波浪對(duì)水下機(jī)器人的影響，消除主電纜對(duì)水下機(jī)器人的影響。此外，還可以在動(dòng)力錨上安裝蓄電池或者其他所需功率的電源，這樣可以大大減少電纜傳輸?shù)碾姽β?。?章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例2．水下機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人213.水下機(jī)器人的導(dǎo)航與定位系統(tǒng)水面船舶的導(dǎo)航發(fā)展成一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，但是這種導(dǎo)航是二維導(dǎo)航，或稱(chēng)為平面導(dǎo)航。軍用潛艇的出現(xiàn)，并沒(méi)有從根本上改變這種平面導(dǎo)航的概念。這是因?yàn)槟壳皾撏У幕顒?dòng)深度不大，最大亦只有500m，這實(shí)際上只活動(dòng)在海洋容積的2%之內(nèi)。由于潛水器征服了所有的海洋深度，可以活動(dòng)在任何海域，因此潛水器的導(dǎo)航是一種三維的立體導(dǎo)航。由于目前的潛水器活動(dòng)大多依賴(lài)于母船，同時(shí)受潛水器自身尺寸和重量的限制，因此可以把潛水器的導(dǎo)航分為水面導(dǎo)航和水下導(dǎo)航兩部分。前者通常由水面母船來(lái)完成，即確定母船相對(duì)于地球坐標(biāo)的位置，而水下導(dǎo)航則往往是相對(duì)于水面母船而言，將母船作為一個(gè)水面方位點(diǎn)來(lái)確定潛水器的水下相對(duì)位置。而潛水器的水下導(dǎo)航概念又大致可以分解為大面積搜索和小面積定位兩個(gè)方面。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3.水下機(jī)器人的導(dǎo)航與定位系統(tǒng)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.322對(duì)于深海導(dǎo)航，幾種常規(guī)導(dǎo)航方法基本上都不理想。電磁波在海水中的衰減十分迅速，10kHz的電磁波每米衰減達(dá)3dB，這使所有無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航和雷達(dá)都無(wú)法在深海使用。因此，通常水下機(jī)器人有效的定位方法是航位推算法和聲學(xué)方法。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例潛水器用的多普勒導(dǎo)航聲吶原理圖對(duì)于深海導(dǎo)航，幾種常規(guī)導(dǎo)航方法基本上都不理想。電磁波在海水中23潛水器的導(dǎo)航定位最常見(jiàn)的是利用水聲設(shè)備來(lái)完成。過(guò)去作戰(zhàn)潛艇用的“主動(dòng)式聲吶”，可以利用目標(biāo)的反射來(lái)確定它相對(duì)于主動(dòng)式聲吶的方位和距離。由于潛水器實(shí)際上是一只金屬的耐壓球，因此，是一個(gè)很好的聲波反射器，如果利用母船上安裝的“主動(dòng)式聲吶”亦可以測(cè)到潛水器相對(duì)位置，并對(duì)潛水器進(jìn)行跟蹤。這種“主動(dòng)式聲吶”中性能比較好的都往往由軍事部門(mén)控制。由于上述原因，這種系統(tǒng)并沒(méi)有在潛水器導(dǎo)航上獲得更多的應(yīng)用。短基線(xiàn)系統(tǒng)是確定潛水器相對(duì)于輔助母船位置的最精確的系統(tǒng)。在精確水面定位系統(tǒng)的配合下，該系統(tǒng)可提供相當(dāng)精確的地理坐標(biāo)和很高的再現(xiàn)性。一般短基線(xiàn)系統(tǒng)的原理如圖所示。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例潛水器的導(dǎo)航定位最常見(jiàn)的是利用水聲設(shè)備來(lái)完成。過(guò)去作戰(zhàn)潛艇用243.水下機(jī)器人的導(dǎo)航與定位系統(tǒng)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例短基線(xiàn)系統(tǒng)原理3.水下機(jī)器人的導(dǎo)航與定位系統(tǒng)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3254．終端導(dǎo)航裝備潛水器執(zhí)行各種各樣的任務(wù)，必須要以某種方式去觸及目標(biāo)。在這之前，潛水器的導(dǎo)航系統(tǒng)只能把潛水器引導(dǎo)到目標(biāo)附近，而這兩者之間還需要有一個(gè)橋梁，這就是終端導(dǎo)航。潛水器目前最常用的終端導(dǎo)航設(shè)備是聲成像聲吶、水下電視和帶水下照明的觀察窗。如圖所示為T(mén)ritech推出的Gemini多束海底成像聲納。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例Gemini多束海底成像聲納4．終端導(dǎo)航裝備第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用265.水下機(jī)器人的作業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)近年來(lái)，隨著海洋事業(yè)的發(fā)展，水下機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。但水下機(jī)器人本身僅是一種運(yùn)載工具，如進(jìn)行水下作業(yè)，則必須攜帶水下作業(yè)工具?？梢哉f(shuō)，水下作業(yè)系統(tǒng)是水下機(jī)器人工作系統(tǒng)的核心，沒(méi)有它，水下機(jī)器人充其量只是個(gè)觀察臺(tái)架而已。因此，水下機(jī)器人的作業(yè)系統(tǒng)從20世紀(jì)50年代末期第一次應(yīng)用在CURV-1水下機(jī)器人中時(shí)起，便與水下機(jī)器人一道得以迅速發(fā)展。特別是近10年來(lái)軍事方面的用途和海洋石油開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步促進(jìn)了作業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展。攜帶水下作業(yè)系統(tǒng)使水下機(jī)器人擴(kuò)大了使用范圍，增強(qiáng)了實(shí)用性?，F(xiàn)有水下機(jī)器人的作業(yè)系統(tǒng)包括1～2個(gè)多功能遙控機(jī)械手和各種水下作業(yè)工具包。2010年4月20日，英國(guó)石油公司租賃的位于美國(guó)墨西哥灣的一座半潛式鉆井平臺(tái)爆炸起火。鉆井平臺(tái)底部油井漏油不止并引發(fā)了大規(guī)模原油污染，已成為美國(guó)歷史上最嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)難。英國(guó)石油公司就曾利用機(jī)械手切割海底石油管用以堵住海平面下1千多米深處的漏油管道，如圖所示。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例5.水下機(jī)器人的作業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3275.水下機(jī)器人的作業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例英國(guó)石油公司利用機(jī)械手切割海底石油管5.水下機(jī)器人的作業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3286．水下機(jī)器人實(shí)例（1）國(guó)外水下機(jī)器人美國(guó)SeaBotix公司研制的觀察型ROVLBV150，如圖所示，在空氣中質(zhì)量為1014kg，最大下潛深度150m，有2700掃描聲納，2個(gè)攝像頭，測(cè)深器工作水深50m。另一種相似的ROVLBV300，如圖所示，在空氣中質(zhì)量為1316kg，工作水深100m，主要用在淺水港灣警視、監(jiān)視，還可對(duì)堤壩進(jìn)行質(zhì)量和安全性檢測(cè)，目前該機(jī)器人產(chǎn)品已進(jìn)入市場(chǎng)。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例LBV150遙控水下機(jī)器人LBV300遙控水下機(jī)器人6．水下機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)296．水下機(jī)器人實(shí)例日本研制的MARCAS－2500型履帶式海底行走機(jī)器人（如圖5所示）可在水下2500m的海域?qū)嵤└鞣N作業(yè)：埋設(shè)或挖出電纜上的障礙物、探測(cè)海底電纜的故障點(diǎn)、切斷或回收海底電纜、勘測(cè)海底等。

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例6．水下機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)306．水下機(jī)器人實(shí)例（2）中國(guó)水下機(jī)器人我國(guó)從二十世紀(jì)七十年代開(kāi)始較大規(guī)模地開(kāi)展?jié)撍餮兄乒ぷ?，先后研制成功以援潛救生為主?103艇（有纜有人)、Ⅰ型救生艇（有纜有人）、QSZ單人常壓潛水器（有纜有人）、8A4水下機(jī)器人ROV(有纜無(wú)人)和軍民兩用的HR-01ROV，RECONIVROV及CR-016000m水下機(jī)器人AUV（如圖所示）等，使我國(guó)潛水器研制達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例6．水下機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)316．水下機(jī)器人實(shí)例作為我國(guó)“863”計(jì)劃重大專(zhuān)項(xiàng)，由中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司702研究所研制成功的7000米潛水器長(zhǎng)8米、高3.4米、寬3米，如圖5-13所示。該潛水器由特殊的鈦合金材料制成，在7000米的深海能承受710噸的重壓，運(yùn)用了當(dāng)前世界上最先進(jìn)的高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)載體性能和作業(yè)要求的一體化；與世界上現(xiàn)有的載人深潛器相比，具有7000米的最大工作深度和懸停定位能力，可到達(dá)世界99.8％的洋底。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例6．水下機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)325.3.2地面移動(dòng)機(jī)器人地面移動(dòng)機(jī)器人是脫離人的直接控制，采用遙控、自主或半自主等方式在地面運(yùn)動(dòng)的物體。地面移動(dòng)機(jī)器人的研究最早可追溯到二十世紀(jì)五十年代初，美國(guó)BarrettElectronics公司研究開(kāi)發(fā)出世界第一臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)輛系統(tǒng)。由于當(dāng)時(shí)電子領(lǐng)域尚處于晶體管時(shí)代，該車(chē)功能有限，僅在特定小范圍運(yùn)動(dòng)，目的是提高運(yùn)輸自動(dòng)化水平。到了六、七十年代，美國(guó)仙童公司研制出集成電路，隨后出現(xiàn)集成微處理器，為控制電路小型化奠定了硬件基礎(chǔ)。到了八十年代，國(guó)外掀起了智能機(jī)器人研究熱潮，其中具有廣闊應(yīng)用前景和軍事價(jià)值的移動(dòng)機(jī)器人受到西方各國(guó)的普遍關(guān)注。在移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展中，出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器人大國(guó)，一個(gè)是日本，另一個(gè)是美國(guó)。時(shí)至今日，各種類(lèi)型的地面移動(dòng)機(jī)器人紛紛研制出來(lái)，其應(yīng)用范圍從民用、工業(yè)用到警用、軍用。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例5.3.2地面移動(dòng)機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種335.3.2地面移動(dòng)機(jī)器人1．地面移動(dòng)機(jī)器人的概念、結(jié)構(gòu)形式針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域、不同的操作需要,移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式也大相徑庭。但基本上,可以分為輪式移動(dòng)機(jī)器人、履帶式移動(dòng)機(jī)器人、仿生足式移動(dòng)機(jī)器人和蠕動(dòng)爬行移動(dòng)機(jī)器人幾種結(jié)構(gòu)形式。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例

輪式履帶式仿生足式蛇形5.3.2地面移動(dòng)機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種345.3.2地面移動(dòng)機(jī)器人在輪式地面移動(dòng)機(jī)器人中，車(chē)輪的形狀或結(jié)構(gòu)形式取決于地面的性質(zhì)和車(chē)輛的承載能力。在軌道上運(yùn)行的多采用實(shí)心鋼輪，室外路面行駛的采用充氣輪胎，室內(nèi)平坦地面上的可采用實(shí)心輪胎。車(chē)輪形狀如圖所示。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例5.3.2地面移動(dòng)機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種355.3.2地面移動(dòng)機(jī)器人履帶機(jī)構(gòu)的常見(jiàn)形狀如圖所示。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例5.3.2地面移動(dòng)機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種365.3.2地面移動(dòng)機(jī)器人根據(jù)實(shí)際使用場(chǎng)合的要求，履帶也有采取其他形狀的，如形狀可變履帶。所謂形狀可變履帶，是指該機(jī)器人所用履帶的構(gòu)形可以根據(jù)地形條件和作業(yè)要求進(jìn)行適當(dāng)變化。

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例5.3.2地面移動(dòng)機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種372.地面機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)地面移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)一般包括機(jī)構(gòu)環(huán)節(jié)、驅(qū)動(dòng)控制環(huán)節(jié)、全局反饋環(huán)節(jié)。其中高性能驅(qū)動(dòng)控制器、多傳感器數(shù)據(jù)融合、運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)求解理論等已成為地面移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。（1）離線(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)離線(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制存在兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。1)研制功重比高的動(dòng)力源；2)研制小型、大功率、集成化的新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元。在解決動(dòng)力源方面,研究人員一般采用聚合物鋰離子動(dòng)力電池,取得了一定成效。在驅(qū)動(dòng)控制單元方面,隨著DSP技術(shù)以及SOC(systemonchip)和SIP(systeminpackage)的發(fā)展,將復(fù)雜的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制算法與單電機(jī)控制算法融為一體,將多個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片掛靠在同一控制微處理器上,同時(shí)將多個(gè)這樣的單元以總線(xiàn)的形式互連,從而構(gòu)成集成化的控制系統(tǒng)是研究中采用的主要思路。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例2.地面機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)382.地面機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)（2）多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)（3）運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)理論目前制約足式移動(dòng)機(jī)器人廣泛應(yīng)用的主要問(wèn)題是其穩(wěn)定性問(wèn)題。作為一種步行機(jī)械,足式移動(dòng)機(jī)器人不僅是多鏈結(jié)構(gòu)而且具有時(shí)變的運(yùn)動(dòng)拓?fù)?此外還是冗余驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),其運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)比起工業(yè)上固定基座式機(jī)器人要復(fù)雜得多。迄今為止仍然缺乏足式移動(dòng)機(jī)器人爬行運(yùn)動(dòng)學(xué)的系統(tǒng)研究,特別是很少有將該機(jī)器人視為一整體運(yùn)動(dòng)鏈的正運(yùn)動(dòng)學(xué)研究成果發(fā)表。該機(jī)器人在進(jìn)行快速移動(dòng)、慢速移動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)彎等一系列姿態(tài)變換過(guò)程中,對(duì)其平穩(wěn)性及運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性要求是很高的,必須時(shí)刻保持最佳的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。因此利用并串聯(lián)機(jī)器人技術(shù)的研究來(lái)達(dá)到多種運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的實(shí)現(xiàn)和調(diào)整,就成為足式移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例2.地面機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)393.地面移動(dòng)機(jī)器人實(shí)例（1）地面?zhèn)刹鞕C(jī)器人地面?zhèn)刹鞕C(jī)器人是軍用機(jī)器人中發(fā)展最早，應(yīng)用最為廣泛的一類(lèi)機(jī)器人，也是從軍事領(lǐng)域轉(zhuǎn)到警用領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛、最成熟的類(lèi)型。它們往往被要求工作在諸如丘陵、山地、叢林等開(kāi)闊地形的野外環(huán)境中，所以必須具有比較強(qiáng)的地形適應(yīng)能力及通過(guò)能力。1）輕型地面?zhèn)刹鞕C(jī)器人Packbot機(jī)器人由美國(guó)著名的軍用及特種機(jī)器人公司IRobot開(kāi)發(fā)。PACKBOT的意思是背包機(jī)器人，其大小跟一只鞋盒差不多，高度不足20cm，自身質(zhì)量18kg。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3.地面移動(dòng)機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)403.地面移動(dòng)機(jī)器人實(shí)例PACKBOT的可變形履帶結(jié)構(gòu)及模塊化的設(shè)計(jì)都成為了移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)中的經(jīng)典，很多國(guó)內(nèi)外研究單位和公司都參照PACKBOT的樣式開(kāi)發(fā)了許多類(lèi)似平臺(tái)。Packbot機(jī)器人目前有3種型號(hào)：偵察型、探險(xiǎn)型和處理爆炸裝置型。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3.地面移動(dòng)機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)413.地面移動(dòng)機(jī)器人實(shí)例IRobot公司及DARPA在PACKBOT成功的基礎(chǔ)上又開(kāi)始了下一代SUGV（SmallUnmannedGroundVehicle)的研究，如圖所示。新機(jī)器人更加小型化，具有更輕的重量，但是保持了原有的機(jī)動(dòng)性和通過(guò)能力。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3.地面移動(dòng)機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)423.地面移動(dòng)機(jī)器人實(shí)例2）布控式地面?zhèn)刹鞕C(jī)器人“龍行者”（dragonrunner）是一種微小型四輪地面?zhèn)刹鞕C(jī)器人，由美國(guó)賓夕法尼亞州匹茲堡的卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)機(jī)器人技術(shù)研究所聯(lián)合美國(guó)弗吉尼亞海軍研究實(shí)驗(yàn)室共同研制。它實(shí)際上是一種新型的便攜式地面?zhèn)鞲衅鳎ㄟ^(guò)建立偵察、監(jiān)測(cè)、搜索及目標(biāo)信息獲取的傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以為特種單兵等提供視野之外的戰(zhàn)場(chǎng)情況信息，協(xié)助單兵執(zhí)行危險(xiǎn)的軍事行動(dòng)或者充當(dāng)崗哨監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)。尤其在城市戰(zhàn)中，士兵可以事先拋擲這種機(jī)器人到窗外、樓梯上或者墻后、街道拐角處等可能有敵人隱蔽埋伏的潛在危險(xiǎn)場(chǎng)所，偵察搜集現(xiàn)場(chǎng)信息，從而實(shí)施精確打擊，減少傷亡。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3.地面移動(dòng)機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)433.地面移動(dòng)機(jī)器人實(shí)例3）安檢機(jī)器人隨著國(guó)際恐怖活動(dòng)的日益加劇和局部戰(zhàn)爭(zhēng)的不斷爆發(fā)，世界各國(guó)都加大了反恐力度。在這種形勢(shì)下，針對(duì)反恐及戰(zhàn)場(chǎng)需求的危險(xiǎn)品檢查機(jī)器人成為許多國(guó)家，特別是西方發(fā)達(dá)國(guó)家研究的重點(diǎn)之一。綜合排爆、偵察、檢測(cè)等功能，機(jī)器人安全檢測(cè)系統(tǒng)在各種軍事基地、軍需倉(cāng)庫(kù)、機(jī)場(chǎng)、公交、港口及大型活動(dòng)場(chǎng)所中得以大顯身手。

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3.地面移動(dòng)機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)443.地面移動(dòng)機(jī)器人實(shí)例2003年，具有室外安全檢查功能的地面?zhèn)刹鞕C(jī)器人OFRO投入使用。它由德國(guó)的ROBOWATCH公司研制，長(zhǎng)104cm，寬70cm，高140cm，重54kg，負(fù)載20kg，爬坡角度300，工作時(shí)間12h，最大移動(dòng)速度O.7m/s。OFRO機(jī)器人擁有一個(gè)紅外攝像機(jī)、一個(gè)CCD攝像機(jī)和一個(gè)麥克風(fēng)，可以在白天、夜間進(jìn)行不間斷偵察。在2006年德國(guó)世界杯期間，德國(guó)政府采用20臺(tái)該種機(jī)器人進(jìn)行反恐偵察，其中包括核生化偵察。如圖5所示，在德國(guó)法蘭克福機(jī)場(chǎng)，兩名旅客從負(fù)責(zé)安全檢查的OFRO機(jī)器人旁走過(guò)。

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3.地面移動(dòng)機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)454）地面武裝偵察車(chē)輛徘徊者（Prowler）車(chē)是美國(guó)機(jī)器人防務(wù)系統(tǒng)公司設(shè)計(jì)的美國(guó)陸軍首輛“真正”的軍用機(jī)器人車(chē)。PROWLER是英文ProgrammableRobotObserverwithLogicalEnemyResponse的縮略語(yǔ)，意即具有邏輯對(duì)敵響應(yīng)能力的可編程機(jī)器人觀察車(chē)。該車(chē)作為一種全地形輪式車(chē)輛，主要任務(wù)是用于執(zhí)行重要區(qū)域邊界上的巡邏任務(wù)。該機(jī)器人采用一種（6×6）輪式全地形車(chē)輛，采用柴油機(jī)作為動(dòng)力，裝在車(chē)輛后部，能在最高速度27km/h的情況下載重907kg。它采用低壓輪胎，具有輪式車(chē)輛的優(yōu)點(diǎn)，車(chē)速高，造價(jià)低，且維修較少，6個(gè)車(chē)輪均采用液壓閉鎖裝置和剎車(chē)防滑系統(tǒng)，行程為250km。

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例4）地面武裝偵察車(chē)輛第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人46（2）排爆機(jī)器人在西方國(guó)家中，恐怖活動(dòng)始終是個(gè)令當(dāng)局頭疼的問(wèn)題，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家為了維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定和政治需求，對(duì)反恐防爆的技術(shù)和裝備的研發(fā)給予了極大的重視和較多的投入。尤其是“911”以來(lái)，各國(guó)更加強(qiáng)了對(duì)反恐排爆機(jī)器人的研制工作。其中，以色列、美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本等國(guó)家處于領(lǐng)先地位。目前，反恐排爆機(jī)器人移動(dòng)載體主要有履帶式、輪式以及兩者的組合等幾種方式。1）MR-5型排爆機(jī)器人MR-5為一款新一代排爆機(jī)器人(簡(jiǎn)稱(chēng)EODR)，具有卓越的靈巧性與敏捷度，可以用于監(jiān)測(cè)、勘察、及處理危險(xiǎn)品（如土制爆炸品、危險(xiǎn)性化學(xué)品、及放射線(xiàn)物質(zhì)等）。警隊(duì)、軍隊(duì)、緊急救援隊(duì)伍、消防隊(duì)及其他從事危險(xiǎn)性工作的工作人員都可以使用多功能的MR-5。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例（2）排爆機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用472）Andros排爆機(jī)器人美國(guó)Remotec公司的Andros系列機(jī)器人受到各國(guó)軍警部門(mén)的歡迎，白宮及國(guó)會(huì)大廈的警察局都購(gòu)買(mǎi)了這種機(jī)器人。在南非總統(tǒng)選舉之前，警方購(gòu)買(mǎi)了四臺(tái)AndrosVIA型機(jī)器人，它們?cè)谶x舉過(guò)程中總共執(zhí)行了100多次任務(wù)。Andros機(jī)器人可用于小型隨機(jī)爆炸物的處理，它是美國(guó)空軍客機(jī)及客車(chē)上使用的唯一的機(jī)器人。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)后，美國(guó)海軍也曾用這種機(jī)器人在沙特阿拉伯和科威特的空軍基地清理地雷及未爆炸的彈藥。美國(guó)空軍還派出5臺(tái)Andros機(jī)器人前往科索沃，用于爆炸物及炮彈的清理?？哲娒總€(gè)現(xiàn)役排爆小隊(duì)及航空救援中心都裝備有一臺(tái)AndrosVI。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例2）Andros排爆機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種483）國(guó)產(chǎn)靈蜥排爆機(jī)器人“靈蜥”系列機(jī)器人是在國(guó)家“863”計(jì)劃支持下，并先后研制出A型、B型、H型、HW型等靈蜥系列機(jī)器人，具有探測(cè)及排爆多種作業(yè)功能，可廣泛應(yīng)用于公安、武警系統(tǒng)。它由履帶復(fù)合移動(dòng)部分、多功能作業(yè)機(jī)械手、機(jī)械控制部分、（無(wú)線(xiàn)）及有線(xiàn)圖像數(shù)據(jù)傳輸部分組成。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3）國(guó)產(chǎn)靈蜥排爆機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器49（3）消防機(jī)器人消防機(jī)器人作為特種消防設(shè)備可代替消防隊(duì)員接近火場(chǎng)實(shí)施有效的滅火救援、化學(xué)檢驗(yàn)和火場(chǎng)偵察。它的應(yīng)用將提高消防部隊(duì)撲滅特大惡性火災(zāi)的實(shí)戰(zhàn)能力，對(duì)減少?lài)?guó)家財(cái)產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡將產(chǎn)生重要的作用。在深圳清水河火爆炸、南京金陵石化火災(zāi)、北京東方化工廠罐區(qū)火災(zāi)等事件發(fā)生后，國(guó)內(nèi)消防部隊(duì)要求研制、配備消防機(jī)器人的呼聲越來(lái)越高。一旦發(fā)生災(zāi)害事故，消防員面對(duì)高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環(huán)境時(shí)，若沒(méi)有相應(yīng)的設(shè)備貿(mào)然沖進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，不僅不能完成任務(wù)，還會(huì)徒增人員傷亡，這方面公安消防部隊(duì)已歷經(jīng)諸多血的教訓(xùn)。尤其是當(dāng)新消防法出臺(tái)后，搶險(xiǎn)救援已成為公安消防部隊(duì)的法定任務(wù)，面對(duì)新時(shí)期面臨的新情況新任務(wù)，也為了更好地解決前述難題，消防機(jī)器人的配備顯得日益重要。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例（3）消防機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用501）LUF60滅火水霧機(jī)器人德國(guó)研發(fā)的履帶式遙控“LUF60”滅火水霧機(jī)器人集排煙、稀釋、冷卻等功能于一體，可在300米距離內(nèi)進(jìn)行遙控操作，主要用于隧道、地下倉(cāng)庫(kù)等封閉環(huán)境內(nèi)的搶險(xiǎn)救援。這臺(tái)滅火水霧機(jī)器人共有360個(gè)噴嘴，從這些噴嘴中噴出的水霧，射程可達(dá)到60米，噴霧的覆蓋面積相當(dāng)于普通水槍的3～5倍，在處理危險(xiǎn)化學(xué)品事故時(shí)，比普通水槍噴出的水柱具有更好的稀釋和冷卻效果，同時(shí)還能有效減少用水量和水漬損失。

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例1）LUF60滅火水霧機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特512）FFR-1消防機(jī)器人美國(guó)的InRobTech公司生產(chǎn)的消防機(jī)器人FFR-1在高溫環(huán)境中具有頑強(qiáng)的生命力，它的冷卻系統(tǒng)可以在6000℃的高溫環(huán)境下使機(jī)器人保持在600℃。該機(jī)器人長(zhǎng)162cm，寬114cm，高380cm，重940kg。主要系統(tǒng)屬性：無(wú)線(xiàn)控制，自帶推進(jìn)電池，2個(gè)CCD視頻攝像機(jī)。行駛速度3～4km/h，可爬坡角度30°，能跨越障礙物高度20cm.

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例2）FFR-1消防機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)523）“安娜·康達(dá)”的蛇形機(jī)器人挪威SINTEF研究基金會(huì)的波爾·利爾杰貝克等人研制成功了一種形似蟒蛇的消防機(jī)器人?！鞍材取た颠_(dá)”蛇形機(jī)器人長(zhǎng)度為3米，重量約70公斤。它可以與標(biāo)準(zhǔn)的消防水龍帶相接并牽著它們進(jìn)入那些消防隊(duì)員無(wú)法到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行滅火。據(jù)悉，“安娜·康達(dá)”的行動(dòng)非常靈活，可以非常迅速地穿過(guò)倒塌的墻壁，代替消防員進(jìn)入那些高溫和充滿(mǎn)有毒氣體的危險(xiǎn)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3）“安娜·康達(dá)”的蛇形機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3534）消防救援機(jī)器人消防救援機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，日本最為領(lǐng)先，其次是美國(guó)、英國(guó)和俄羅斯等發(fā)達(dá)國(guó)家。日本的救護(hù)機(jī)器人于1994年第一次投入使用，機(jī)器人能夠?qū)⑹軅藛T轉(zhuǎn)移到安全地帶。機(jī)器人長(zhǎng)4m，寬1.74m，高1.89m，重3860kg。它裝有橡膠履帶，最高速度為4km/h。它有信息收集裝置，如電視攝像機(jī)、易燃?xì)怏w檢測(cè)儀、超聲波探測(cè)器等；具有2只機(jī)械手，最大抓舉力為90kg。機(jī)械手可將受傷人員舉起送到救護(hù)平臺(tái)上

。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例4）消防救援機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)545.3.3空中機(jī)器人（無(wú)人機(jī)）無(wú)人機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)UAV）是一個(gè)許多國(guó)家用于描述最新一代無(wú)人駕駛飛機(jī)的術(shù)語(yǔ)。近年來(lái)在軍用機(jī)器人家族中，無(wú)人機(jī)是科研活動(dòng)最活躍、技術(shù)進(jìn)步最大、研究及采購(gòu)經(jīng)費(fèi)投入最多、實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)最豐富的領(lǐng)域。80多年來(lái)，世界無(wú)人機(jī)的發(fā)展基本上是以美國(guó)為主線(xiàn)向前推進(jìn)的，無(wú)論從技術(shù)水平還是無(wú)人機(jī)的種類(lèi)和數(shù)量來(lái)看，美國(guó)均居世界之首位?？罩袡C(jī)器人是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,涉及航空理論、計(jì)算機(jī)、控制、電子、機(jī)械、材料和系統(tǒng)工程等多個(gè)學(xué)科。在具體的問(wèn)題中,又涉及飛行器的設(shè)計(jì)與制作、控制系統(tǒng)和算法的設(shè)計(jì)、傳感器應(yīng)用與融合、導(dǎo)航制導(dǎo)、數(shù)據(jù)通信、圖像識(shí)別和信號(hào)處理等多方面的知識(shí)。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例5.3.3空中機(jī)器人（無(wú)人機(jī)）第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3551.空中機(jī)器人的系統(tǒng)組成及特點(diǎn)無(wú)人機(jī)是具有自主程序控制、可進(jìn)行無(wú)線(xiàn)遙控飛行的空中飛行器，可與遙控人員協(xié)作完成半自主控制，也可在無(wú)人駕駛、控制的狀態(tài)下自主操作。無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)靈巧，空間利用率高，可重復(fù)使用，實(shí)際用途十分廣泛。（1）空中機(jī)器人系統(tǒng)組成無(wú)人機(jī)主要包括飛機(jī)機(jī)體、飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、發(fā)射回收系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等。飛控系統(tǒng)又稱(chēng)為飛行管理與控制系統(tǒng)，相當(dāng)于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的“心臟”部分，對(duì)無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、精確度、實(shí)時(shí)性等都有重要影響，對(duì)其飛行性能起決定性的作用；數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)可以保證對(duì)遙控指令的準(zhǔn)確傳輸，以及無(wú)人機(jī)接收、發(fā)送信息的實(shí)時(shí)性和可靠性，以保證信息反饋的及時(shí)有效性和順利、準(zhǔn)確的完成任務(wù)。發(fā)射回收系統(tǒng)保證無(wú)人機(jī)順利升空以達(dá)到安全的高度和速度飛行，并在執(zhí)行完任務(wù)后從天空安全回落到地面。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)組成如圖所示。

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例1.空中機(jī)器人的系統(tǒng)組成及特點(diǎn)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3561.空中機(jī)器人的系統(tǒng)組成及特點(diǎn)（2）空中機(jī)器人系統(tǒng)特點(diǎn)1)機(jī)體靈活性好，體積小、重量輕。2)可擔(dān)負(fù)多載荷任務(wù)并進(jìn)行遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航。3)隱身性能好，生存能力強(qiáng)，費(fèi)用低廉。與載重量相當(dāng)?shù)挠腥笋{駛飛機(jī)相比，無(wú)人機(jī)造型小巧，機(jī)體靈活，可采用雷達(dá)反射特征不敏感的材料制造以達(dá)到較好的隱身效果，從而躲避敵人的探測(cè)。目前，大部分中小型無(wú)人機(jī)的價(jià)格已降至有人駕駛飛機(jī)的1/10左右，而小型無(wú)人機(jī)更是價(jià)格低廉。4)安全系數(shù)高，自主控制能力強(qiáng)。無(wú)人機(jī)最大的特點(diǎn)就是機(jī)上無(wú)人駕駛，使其可以擔(dān)負(fù)許多有人機(jī)無(wú)法執(zhí)行的特殊、危險(xiǎn)且艱巨的任務(wù)。如：核污染區(qū)的勘測(cè)、生化危險(xiǎn)區(qū)的工作以及新武器試驗(yàn)等。既擴(kuò)大了執(zhí)行任務(wù)范圍，又減少了不必要的人員傷亡，增強(qiáng)了安全可靠性。無(wú)人機(jī)具有極強(qiáng)的自主控制能力，可以在地面站的操作人員控制下進(jìn)行遙控飛行，也可根據(jù)預(yù)編程序進(jìn)行自主控制飛行，同時(shí)能與指揮中心進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例1.空中機(jī)器人的系統(tǒng)組成及特點(diǎn)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3572.空中機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)（1）隱身技術(shù)在現(xiàn)代化的戰(zhàn)爭(zhēng)中，無(wú)人機(jī)主要是在敵方上空完成作戰(zhàn)任務(wù)，生存環(huán)境惡劣、易于被發(fā)現(xiàn)。因此，隱身技術(shù)的應(yīng)用對(duì)提高無(wú)人機(jī)的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力具有至關(guān)重要的作用。無(wú)人機(jī)主要通過(guò)對(duì)機(jī)身表面材料的改進(jìn)和對(duì)機(jī)體構(gòu)造的設(shè)計(jì)來(lái)降低雷達(dá)信號(hào)的反射。通常，無(wú)人機(jī)機(jī)體表面采用降低反射雷達(dá)信號(hào)波能量的復(fù)合材料構(gòu)造，使用雷達(dá)吸波材料。雷達(dá)散射截面積（RadarCross-Section，簡(jiǎn)稱(chēng)RCS），目標(biāo)向雷達(dá)接受方散射電磁波的能力就越弱，目標(biāo)的生存性能就越好。同時(shí)，無(wú)人機(jī)也盡量采用減小電磁波反射的機(jī)身構(gòu)造，即在機(jī)身各部分的連接處進(jìn)行光滑處理，避免形成角度增強(qiáng)反射，并在凹口處采取相應(yīng)的隱身措施。

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例2.空中機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)582.空中機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)（2）飛控技術(shù)飛控技術(shù)包括傳感技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)、飛行控制律設(shè)計(jì)等。隨著作戰(zhàn)任務(wù)的不同，如偵察、校射、運(yùn)輸、空中格斗等，無(wú)人機(jī)控制規(guī)律各不相同。尤其是一機(jī)多用時(shí)，無(wú)人機(jī)的控制任務(wù)也要隨之改變，這就對(duì)飛行控制提出了更高要求，飛行控制律的設(shè)計(jì)成為難點(diǎn)。飛行控制律是解決無(wú)人機(jī)的核心系統(tǒng)與已建立的對(duì)象模型及各傳感器間匹配的控制規(guī)律。目前，多模型的方法是處理不確定問(wèn)題的重要方法，多模型的自適應(yīng)控制技術(shù)是比較適合的。將設(shè)計(jì)模型與在線(xiàn)識(shí)別和決策相結(jié)合，可根據(jù)情況的變化自主地在已建立的模型集中選擇適合當(dāng)前工作狀態(tài)的模型及與之匹配的控制器，形成實(shí)時(shí)的、具有高魯棒性的控制系統(tǒng)，降低決策和控制的復(fù)雜程度，使總體性能達(dá)到最佳。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例2.空中機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)592.空中機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)（3）動(dòng)力技術(shù)由于無(wú)人機(jī)具有承載任務(wù)多、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中就需要有較好的動(dòng)力推動(dòng)技術(shù)和低油耗、高可靠性的發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)前，無(wú)人機(jī)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)主要有活塞式、渦輪式、轉(zhuǎn)子式、太陽(yáng)能式等。其中，太陽(yáng)能式發(fā)動(dòng)機(jī)能有效利用能源，滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)的長(zhǎng)滯空需要，前景看好。（4）數(shù)據(jù)鏈技術(shù)無(wú)人機(jī)要實(shí)現(xiàn)智能的自主控制飛行，最關(guān)鍵的技術(shù)是數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)陌踩涂煽繂?wèn)題。寬帶、大數(shù)據(jù)量的傳輸是無(wú)人機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和必然要求。目前，無(wú)人機(jī)主要采用Ku/Ka波段、C/X波段和L波段進(jìn)行通信。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例2.空中機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)602.空中機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)（5）發(fā)射、回收技術(shù)發(fā)射系統(tǒng)按其發(fā)射點(diǎn)位置來(lái)區(qū)分，主要包括陸（或雪、冰）上發(fā)射、水（艦）上發(fā)射和空中發(fā)射。陸上發(fā)射又可根據(jù)發(fā)射方式分為發(fā)射架發(fā)射、起落架起飛、滑跑車(chē)起飛和垂直起飛等；空中發(fā)射主要是指母機(jī)投放，即由母機(jī)運(yùn)載到空中指定位置后進(jìn)行點(diǎn)火投放，以提高無(wú)人機(jī)的使用壽命，降低傷亡率，但對(duì)母機(jī)的設(shè)計(jì)要求較高，同時(shí)應(yīng)用的環(huán)境較受限制。按回收地點(diǎn)可將回收分為空中回收、陸上回收、水上或艦上回收；（5）自主加油技術(shù)自主加油能力的研究工作已經(jīng)取得重大進(jìn)展。最終成果是，無(wú)人機(jī)靠近加油機(jī)，使用不同傳感器將輸油管插入加油機(jī)油箱當(dāng)中。無(wú)人機(jī)利用新開(kāi)發(fā)的光學(xué)探針成功探測(cè)到了加油機(jī)錐套的位置。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例2.空中機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)613．空中機(jī)器人實(shí)例（1）固定翼無(wú)人偵察機(jī)美國(guó)捕食者無(wú)人偵察機(jī)是美軍首次裝備實(shí)用型合成孔徑雷達(dá)的無(wú)人偵察機(jī)。美國(guó)軍方于1994年開(kāi)始研制，目前已裝備部隊(duì)。該機(jī)最大速度240公里/小時(shí)，活動(dòng)半徑925公里，裝備有先進(jìn)的電/紅外傳感器、可見(jiàn)光攝像機(jī)2臺(tái)、紅外攝像機(jī)1臺(tái)、激光測(cè)距儀1臺(tái)，作用距離10公里。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3．空中機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)623．空中機(jī)器人實(shí)例美國(guó)全球鷹無(wú)人機(jī)是一種高空高速長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人偵察機(jī)，如圖所示。主要用于低、中強(qiáng)度沖突中實(shí)施大范圍的連續(xù)偵察與監(jiān)視。長(zhǎng)13.4m，翼展35.5m，最大起飛重量11610kg，最大載油量6577kg，有效載荷900kg。一臺(tái)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)置于機(jī)身上方，最大飛行速度740km/h，巡航速度635km/h，航程26000km，續(xù)航時(shí)間42h。可從美國(guó)本土起飛到達(dá)全球任何地點(diǎn)進(jìn)行偵察，或者在距基地5500km的目標(biāo)上空連續(xù)偵察監(jiān)視24h，然后返回基地。

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3．空中機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)633．空中機(jī)器人實(shí)例以色列“蒼鷺”無(wú)人偵察機(jī)的翼展為16.6米，每次升空能以225公里的時(shí)速在9000米高空持續(xù)飛行30個(gè)小時(shí)，已被用于搜尋真主黨武裝和指引空中打擊?！吧n鷺”無(wú)人機(jī)偵察精度超過(guò)了以往的偵察機(jī)，它能分辨出地面上的人，并且確定這個(gè)人是軍人還是平民。

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3．空中機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)643．空中機(jī)器人實(shí)例中國(guó)“翔龍”無(wú)人偵察機(jī)全機(jī)長(zhǎng)14.33米，翼展24.86米，機(jī)高5.413米，正常起飛重量6800公斤，任務(wù)載荷600公斤，機(jī)體壽命暫定為2500Fh。該機(jī)巡航高度為18000米～20000米，巡航速度大于700公里/小時(shí)；作戰(zhàn)半徑2000～2500公里，續(xù)航時(shí)間最大10小時(shí)，起飛滑跑距離350米，著陸滑跑距離500米。中國(guó)使用這種無(wú)人機(jī)，從大陸起飛可直達(dá)關(guān)島的西太平洋一線(xiàn)進(jìn)行偵察。

第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3．空中機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)653．空中機(jī)器人實(shí)例（2）旋翼式無(wú)人直升機(jī)與固定翼無(wú)人機(jī)相比，旋翼無(wú)人直升機(jī)可垂直起降、空中懸停，朝任意方向飛行，其起飛著陸場(chǎng)地小，不必配備像固定翼無(wú)人機(jī)那樣復(fù)雜、大體積的發(fā)射回收系統(tǒng)。在軍用方面，旋翼無(wú)人直升機(jī)既能執(zhí)行各種非殺傷性任務(wù)，又能執(zhí)行各種軟硬殺傷性任務(wù)，包括偵察、監(jiān)視、目標(biāo)截獲、誘餌、攻擊、通信中繼等。在民用方面，旋翼無(wú)人直升機(jī)在警用偵察、大氣監(jiān)測(cè)、交通監(jiān)控、資源勘探、電力線(xiàn)路檢測(cè)、森林防火等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。旋翼無(wú)人直升機(jī)大致分成三類(lèi)：一是常規(guī)單旋翼式；二是共軸反轉(zhuǎn)雙旋翼式；三是非常規(guī)雙旋翼式或其他形式。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3．空中機(jī)器人實(shí)例第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)665.3.4空間機(jī)器人自古以來(lái)人類(lèi)便對(duì)神秘的字宙充滿(mǎn)著遐想，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類(lèi)邀游宇宙的夢(mèng)想正在逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。1957年10月4日前蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星。1961年4月12日，世界上第一名航天員加加林乘飛船在太空環(huán)地球飛行l(wèi)圈，歷時(shí)108min后返回地球，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)載人航天的新紀(jì)元。1969年7月人類(lèi)登月成功。人類(lèi)的空間活動(dòng)進(jìn)入了一個(gè)新的階段?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，地球人口的不斷增加以及資源的日益減少，都使得人類(lèi)的空間活動(dòng)不再局限于單純對(duì)太空進(jìn)行探索和考察，而向著開(kāi)發(fā)和利用太空的方向邁進(jìn)。但是，就當(dāng)前的技術(shù)水平來(lái)看，由于太空環(huán)境具有微重力、高真空、溫差大、強(qiáng)輻射、照明差等特點(diǎn)，使宇航員在空間的作業(yè)具有較大的危險(xiǎn)性，而且耗資也非常巨大。第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例5.3.4空間機(jī)器人第5章特種機(jī)器人應(yīng)用5.3特種機(jī)器671.空間機(jī)器人用途空間機(jī)器人是特種機(jī)器人的一種，從廣義上講，一切航天器都可以稱(chēng)為空間機(jī)器人，如宇宙飛船、航天飛機(jī)、人造衛(wèi)星、空間站等。但航天界對(duì)空間機(jī)