各国军队都在大力开发各种无人平台,那么我国这方面的情况又如何呢?带着这个问题,本刊记者来到北京亦庄经济技术开发区,采访了北京驰意无人数字感知技术有限公司总经理、高级工程师杨宏斌。
国际合作,奋起直追
驰意无人数字感知技术有限公司是一家国际化合资企业,由中国兵器工业集团北京华北光学仪器有限公司、中国兵器工业集团系统总体部、德国RoboWatch公司等多家单位共同出资组建。
从杨宏斌总经理的介绍中我们得知,根据产品特性和使用领域,目前我国将地面无人平台中的硬件分为无人车和机器人两大类。在军事、防务方面重点以无人车为主体形式出现,在工业及特种功能高度集成方面重点以机器人为主体。其中无人车又分遥控式、半自主式和全自主式三个大类。根据其在作战中的用途,主要分为指挥平台、侦察平台、突击平台、保障平台、特种平台,目前使用较多的领域有侦察战场情报信息、核生化区域探测、无人战斗和特种多功能工程(如排雷、运输、通信网络中继等)。
由于我国技术基础薄弱、研究工作起步较晚,在某些重要的基础学科,如特种传感、视觉导航等理论与技术方面与国外某些国家存在着较大的差距。
目前全球无人智能车辆平台的前三甲是美国洛克希德·马丁公司。以色列埃尔比特公司、德国RoboWatch公司。洛马公司长于平台结构体的设计,埃尔比特公司长于控制系统的设计,德国公司则长于导航技术和人工智能技术。RoboWatch公司最负盛名的便是地面无人车系统的自主导航技术。近几年有关无人平台的防务展中,该公司都是被盛邀参加的对象。他们将人工智能、GPS+INS、运动学、激光测距、雷达探测、超声探测、控制等技术进行综合应用研究,在国际上首先实现了GPS信号不可用情况下的无人平台自主导航。
中国兵器集团通过与其合作,在无人车辆的系统设计、产品集成、技术开发、基础工艺平台建设等方面都会获得快速提高,并能带动国内相关领域和产品的研发深度和研发速度,目前已经达到国际先进技术水平。
在我们对公司有了总体了解后,杨总带我们来到生产车间。走访一下驰意公司正在生产的“五兄弟”。杨总还顺便告诉我们,虽然这“五兄弟”都已经有订货,马上就将开始生产,但暂时还是外国用户购买的,因此只有外国名字,也许《兵器知识》的热心读者们能够为它们起个朗朗上口的中文名。
MOSRO,不倦的巡逻兵
生产车间里,最先进入我们视野的是一个瘦高个,长得像柱子的家伙。我们刚一靠近,它就“说话”了:“您好,欢迎来到驰意无人数字感知技术有限公司。”杨总介绍说,它是一款用于室内监控的机器人,名叫MOSRO,可以代替警卫人员在仓库、机场、停车场,以及重要场馆的VIP通道、会议室等地方执勤。为它的语音库输入更多资料后,它还能完成更加复杂的对话。
MOSRO长0.36米,宽0.48米,高1.18米,重25千克,上面安装有各种传感器。它能自动感知探测周围的墙壁、障碍物,从而在室内自由行走,最大行进速度4千米/小时,可爬13°的坡。电池充电时间为4小时,连续工作时间14-16小时。MOSRO的红外传感器能自动探测和跟踪12米内的人员,雷达传感器的作用距离为30米。发现可疑人员后,它还能自动转身,将头部的摄像机对准目标。
各种探测数据、视频图像能通过多种形式的通信网络,传输给控制站,比如无线通信网卡。杨总在一台普通的商用笔记本电脑上键入一个IP地址,就像把计算机联入普通局域网那样,启动了一台MOSRO。然后命令它分别用红外、雷达跟踪我们这几个“外来者”,整个过程非常简单。
MOSRO还可以选装气体/温度传感器、毒气检测装置等。它能在15%到+40℃的环境下正常工作。这些功能对于军队后勤部门来说,还是非常有用的,不仅能减少后勤人员的工作量,还能在一些特殊场合里完成一些危险性的检查工作,比如弹药库、燃料库。
ASENDRO,双胞小兄弟
在MOSRO旁,蹲着两个像手提箱的机器人。它们的外形几乎一模一样,只是“腿脚”区别很大。
前后伸出四个尖角的是模块式排爆机器人(ASENDRO EOD)。它长约0.6米,宽高0.4米,两侧各有一个提手,包括电池时重45千克。这个方箱子里主要是电池、驱动系统、通信设备、控制系统。ASENDRO机器人使用直流电动机驱动系统动作,最大行驶速度可达10千米/小时。电源系统使用24V/27A蓄电池。机器人混合操作时电源工作时间可达4小时。由于电池的模块化设计,更换起来很方便,短短一分钟就可以完成。
ASENDRO EOD的行走装置,我们在伊拉克战场上的美军机器人里经常见到,它的爬坡和越障性能优良,最大爬坡度可以达到40°,可越过0.15~0.2米高的障碍物,执行爬楼梯动作。它还使用了先进的控制算法,可以执行精确慢速动作,这在排爆作业中非常重要。
该机器人采用2 400兆赫通信频率,同时具有433兆赫安全数据无线通信功能,可传输视频和数据。其控制站、操作界面和MOSRO几乎一样,也非常简洁、方便、实用。在野外无线电遥控时,有效半径可达2千米。它还可选用200米长的光导电缆(光导电缆盘,可拉长至500米),用于复杂环境的探测与灾难救援。
ASENDRO EOD的上方将安装精密的操作臂,标准长度约1.6米,最长可伸长到2.2米。操作臂顶端是立体摄像机和平行爪,用来抓取未爆炸弹等危险物。平行爪开度约10厘米,操作臂的承载能力可达到5千克。
如果说ASENDRO EOD排爆机器人是一个文静的大哥,那么ASENDROSCOUT侦察机器人,就是一个风风火火的小弟了。它的基本结构、控制站都与ASENDRO EOD一样,只是把上方的平行爪、立体摄像机,换成了宽角彩色和热成像摄像机。它最大光学变焦18倍,可以工作在7~14微米波段,镜头视角达50°×35°。这套侦察设备还具备运动识别能力。它的行走装置还可以快速更换为四个轮胎,这样更便于在野外执行任务。
ASENDRO模块式机器人在行走方式、任务载荷方面能够随意进行调整,因此有很强的环境适应性,也大大方便了后勤保障。在反恐、排爆、侦察、救灾行动中,它都能大展身手。更换不同的探测装置、工作模块、传感器,它还可以完成地雷探测与排险等任务。甚至还可以安装滑膛枪等武器装备,作为“战士”参加警戒巡逻。
OFRO,微型坦克车
OFRO移动侦察车长1.12米,宽0.7米,高0.4米,重54千克,载重40千克。橡胶链轨式行走装置,让它看起来像一辆微型坦克。它也采用电池为能源,6小时就可以充满,可以连续工作12小时,速度可以达到7.2千米/小时。抗冲击的外壳保护它免受雨雪的侵袭,工作温度在-20℃+60℃。车上安装有超声测距传感器、红外传感器、DGPS接收器、GSM/GPRS/UMTS通信模块等设备,既能自主巡逻,也可以遥控操纵。桅杆顶部装有能360。旋转的宽视角热成像摄像机、CCD摄像机。
OFRO移动侦察车拥有多项功能,只要安装不同的任务设备即可。值得一提的是,现在公司生产的OFRO+detect型机器人上配备了性能可靠且通过认证的气体探测器,能够探测出目前所有的军事、工业用有毒气体,比如硫代氰酸、神经毒气、芥子气等,数秒钟内给出确切的分析结果。
OFRO能够广泛用于军事基地、机场、临时仓库、油库等场所,执行安防监控、化学武器探测等任务。由于它的控制软件、界面与ASENDRO基本一样。而且平台本身也是模块化的,因此在上面安装武器、排爆等设备,同样没有问题。
CHRYSOR,无人大“莽汉”
随着上面几款机器人的演示,我们来到了生产车间的一角。这里有一辆八轮车吸引了记者的注意力。它有一个船形的底盘,中间装有一台发动机,驾驶座椅在前部。记者还没有发问,杨总就告诉我们,这是正在组装的一辆GHRYSOR无人车,是他们公司最“大”的产品,长2.92米,宽1.64米,高1.92米(巡视探头顶高),净重950千克,地面最大载重为680千克,水上最大载重为300千克。
全地形车在军事领域,已经得到越来越广泛的应用,作为大型无人车的底盘也非常适合。CHRYSOR的底部车身采用高-密度聚乙烯材料,抽真空整体制成船形,耐酸碱,耐腐蚀,适用于-40℃+50℃之间。发动机功率31马力(22.79千瓦),采用链条将动力从变速箱传递到八个车轮,结构尺寸很小。通过静液传动泵和马达控制变速箱,它能实现差速转向和原地转向。CHRYSOR公路最大行驶速度达45千米/小时,水中达4千米/小x时,最大爬坡度大于37°,最大抗侧翻角大于40°,可越过0.4米高的垂直障碍、1米宽的壕沟。油箱容积可达48升,在一般路面上可以持续行进工作12小时。
作为无人车,最关键的还是它的脑、耳、眼,否则就无法自主或遥控行驶。CHRYSOR的车身中部有一台高性能的车载人工智能电脑。负责处理全部数据,最终设计行车路线并调整车速,发出控制执行指令。其运算处理速度相当于几台高性能的商用电脑。
“耳朵”是指它先进的无线通信系统。它可使用WLAN无线局域网技术,或者基于GSM、GPRS、CDMA等公用移动通信网的无线通信技术。杨总和两名工作人员带了一台笔记本电脑。控制一辆CHRYSOR来到车间外,开始为我们演示。笔记本屏幕上,地图、行驶路线,以及众多摄像机传回的图像都显示在一起,让操作员对无人车的状况一目了然。制定路线,下达指令后。CHRYSOR就开始“自由”行动了。GPS和惯导装置安装在车身中部,用来确定车的行进状态和位置,保证车辆按照预定的路线行驶,防止偏离行驶路线。
但仅仅依靠GPS和惯导设备,还不能应付复杂的外部环境。遍布车身的各种传感器就是CHRYSOR的“眼睛”。车体头部扁平的喇叭口内是激光雷达,专门视察前方路况。一旦发现路面障碍物,无人车就会自动绕开。杨总介绍说,刚开始在厂区内试验时,很多工人常常被这辆比轿车还大、还威风的家伙吓一跳。但是大家很快发现,这家伙虽然对高坡、台阶如履平地,但其实并非“莽汉”,根本不会撞到人,现在连女工都不躲避它了。车身周围按照一定角度还安装了10部摄像头,能将周围状况尽收眼里。图像数据传回笔记本后,能自动拼接为一幅连贯的全景图像,显示在屏幕上。
CHRYSOR在车体前部左侧,还保留了一个座椅和简单的驾驶设备。杨总介绍说,在这种大型无人车上,必要的人工驾驶功能还是必须保留的,不仅能在受损等特殊情况下备用,还能在出发、回收时减少制定路线的工作量。
CHRYSOR后部的货舱可以安装各种任务载荷,比如现在车上安装的就是一套光电侦察系统。它有一个升降支撑臂(最高可升到2.5米),顶部安装了高清晰摄像机、热像仪,可360°旋转,实时提供周围环境的高清晰图像。它还能安装烟雾探测仪、声响探测仪、震动探测仪、运动物体探测仪等多种侦察仪器。由于地面最大载重可达680千克,因此更换任务模块后,CHRYSOR还可以作为营救车、核生化侦察车、自主运输车、通信中继车或攻击武器等使用。甚至可以在货舱里搭载几辆小兄弟,比如前面介绍的ASENDRO,或者OFRO,到达目的地后卸下,组成机器人战场任务小分队。
无人装备,科学发展
杨总介绍完这几款产品后,又跟我们聊起了他们对无人车的展望。现在世界各国、各军都在大力发展无人机、无人车装备,无人的战场已经不再只是理想。但是在大家纷纷开发各种型号的局面下,如何抓住技术关键。如何形成配套成熟的产品,如何开发和占领市场,就显得非常关键了。
虽然和国外相比,我国在某些高技术研究、基础技术领域还有差距,但在工业化生产、系统集成等方面,又具备一定的优势。中国兵器工业集团正是利用这一点,大胆地与国外合作,快速提高了自己的技术水平。从MOSRO到CHRYSOR,四种大小不一的模块化无人车,既有比较统一的核心控制系统,减少了生产使用难度,又能组合成十几种型号。它们这一完整的配套系列,能完成从前线战场侦察、运输、救援、作战、扫雷,到后勤保障、基地警戒、反恐排爆,等等各种任务,涵盖了大多数军事、准军事领域。与单一地开发一两种型号相比,这显然具备更高的效费比。通过组建合资公司,华北光学仪器有限公司还顺利地打开了产品市场,通过出口积累资金和生产经验,一旦国内市场有需求,就能迅速提供成熟产品,快速提高我国、我军的无人化装备水平。
在杨总介绍时,记者注意到车间里的一块黑板上写满了名字,“侦察兵”、“敢探号”、“睿利”、“睿奇”、“探险神兵”、“奥福”……“这是不是你们给这几款无人车起的名字?”记者好奇地问。“对,我们的职工正在集思广益呢。也许你们的读者朋友愿意帮帮我们的忙?”“嗯,是应该起个好听的中文名字,不然等到我们国内装备这些聪明的小家伙时。还‘摸索’、‘奥弗洛’地叫,确实别扭。”“不错,我们这些国防工业者,也和你们的读者一样,希望我们的国防日益强大。我们也会为此加倍努力!”