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晶品特装董事长陈波:特种机器人发展展望

  2023年12月,立德机器人平台(机器人大讲堂)主办的「2023中国机器人行业年会」在浙江·湖州举行。现场数百位院士专家、知名学者、卓越企业家及业内人士汇聚一堂,展示前沿技术成果,通过主旨报告、专题报告、圆桌论坛,分享课题成果,探讨技术难题,共话产业高质量发展,共商机器人产业高水平发展的可持续之路。

  在上午的知名企业家论坛中,晶品特装董事长、南京理工大学特聘教授陈波为大家带来了主题为《特种机器人发展展望》的主旨报告分享。

  以下是晶品特装董事长、南京理工大学特聘教授陈波演讲实录,机器人大讲堂整理删改:

  军用机器人广义而言,涵盖了地面、空中、水面、水下各种应用场景,是一种以全维感知、智能决策、高效执行技术为核心,可以自主、半自主完成预定作战任务的智能化武器装备。

  由于个人专业方向和时间原因,这里主要围绕的地面军用机器人进行详细展开,和大家介绍一下自己从业20余年来的一些心得,不再对特种机器人行业作深度说明。

  从地面军用机器人的分类来说,其分类方式最重要的包含按重量、按功能、按行走方式分类三大主流。

  根据重量的大小,地面军用机器人可分为微型、小型、轻型、中型、重型;根据功能分类,地面军用机器人能分为侦察、排爆/排雷、打击、运输保障、核化检测;按行走方式,地面军用机器人可分为轮式、履带式、轮履复合式、足式、轮足式。

  当然,按照美国和北约军用机器人的分类要求,地面军用机器人也可大致分为履带式、轮式、多用途和复合式。

  按逻辑结构划分,机器人可分为感知、处理、执行和人机交互,按物理构成划分,机器人可分为底盘、任务载荷、数据链路和操控终端。

  地面军用机器人平台和载荷包括很多类型,目前大家普遍比较关注的典型研究平台最重要的包含轮式、履带式、足式和轮足式,典型载荷包括侦察载荷、处置载荷、打击载荷,大多数都用在代替或陪伴士兵完成侦察、处置和打击任务。

  关于军用机器人的相关研究早在20世纪60年代便已开始,截至目前已经历了起步、深入、深化研究、全面发展4个发展阶段的演进。

  在起步阶段(1960年始),军用机器人主要在室内环境中进行机动,使用视频摄像机和激光测距仪,每次仅能运动数米。

  到了深入阶段(1980年始),军用机器人开始具备室外机动能力,采用彩色摄像机和激光扫描仪,速度提升到了20千米每小时。

  在深化研究阶段(1990年始),军用机器人实现了在越野环境中的自主驾驶,并采用了立体视觉系统。这些机器人能在公路上以65千米/小时的速度行驶,在越野环境中则能够达到35千米/小时。它们还能够探测和避让障碍物。

  到了全面发展阶段(2000年至今),军用机器人技术取得了显著进展。出现了多种类型的军用机器人,如蜘蛛无人地面战车、野外感知无人车、“破碎机”无人车、“守护者”MK3自主无人车、“乌兰”-6多功能无人扫雷车、“CRS-I”蝎子机器人等。这些机器人具备更高级的探测和避障功能,半自主行驶速度可达120千米/小时。

  而同样也是在2000年左右,鉴于科索沃战争中无人机应用取得的非凡成绩,以美国为首的军事大国相继开展了关于军用机器人的规模化应用和猎装工作。

  20世纪90年代末,美国首先开始了军用机器人技术装备的研制,并置顶了“未来部队”计划,在该计划框架内,拨出了225亿美元研究经费用于军用机器人技术装备的研制。

  2004年,美国国防部又颁布了美军未来战斗系统(FCS)计划中关键的组成部分——三军联合开发机器人计划(简称JRPMP)。

  2007~2013年间,美国国防部连续发布了4版《无人系统(一体化)路线图》,提出了空中、海上、地面无人系统未来25年一体化发展战略规划。

  2017年,美陆军发布了《美国陆军机器人与自主系统战略》,阐述了自主系统近期、中期、远期阶段性发展目标,并颁布《2017-2042财年无人系统综合路线图》以实现国防部对无人系统在联合部队结构中的扩展应用进行统筹。

  此外,其他发达国家也根据本国的特长制定开发计划,或与美国联合开发部分军用机器人。例如,加拿大、法国、德国、日本均参加了美军联合机器人开发计划。

  相较国外,我国对军用机器人的规模化装备开展时间稍晚,要滞后15年左右,其规模化应用主要在十三五末期开始,目前正处于装备的初期阶段。

  军用机器人作为未来战场新质作战力量和未来陆战的主角,已被西方军事强国大批量装备。

  据报资料,美军共装备了超过1.2万台地面无人装备(以小型地面军用机器人为主),大多数都用在侦察、排爆等作战任务,计划2030年60%的地面作战平台实现智能化、无人化。

  目前,国外军队装备的军用机器人主要有抛投型机器人、便携式多用途机器人、扫雷排爆机器人、作战机器人、保障型机器人几种类型。

  其中,抛投型机器人全重一般不超过5千克,可通过人工抛投、弹射等方式,快速、隐蔽地进入目标区域实施侦察监视,至少可抗3米垂直坠落冲击。典型产品有美国FirstLook 110、美国Dragon Runner、法国NERVA-LG、以色列Roboteam-Iris等。

  便携式多用途机器人全重一般不超过20千克,通信距离约1000米,具备高度机动性和隐蔽性,能够加载不同任务载荷,提供侦察、监视、危险品转移等多种功能。典型产品有美国iRobot-SUGV、俄罗斯 RS1A3 Min Rex、以色列MTGR和Elbit Viper等。

  扫雷排爆机器人大多数都用在危险品转移、爆炸物现场排除等任务,级别涵盖轻型、中型及重型。 典型产品有美国Talon、CRS-H、、HDT Protector,英国Defender等。

  作战机器人加装武器站,可携带枪械、火箭弹、导弹等多种火力,执行直接打击任务。典型产品有以色列DOGO、美国Sword及Black Knight、俄罗斯Uran等。

  保障型机器人主要承担物资运输、伴随保障等任务。例如,美国S-MET班组支援保障机器人采用多轮独立驱动,具有全地形的适应能力,主要实现伴随运输功能,可承载整个班组的物资装备,伴随步兵执行任务,同时还可以为其他装备提供充电补给。

  ▍从机器人的迭代更新来看,目前地面军用机器人的发展的三大趋势已逐渐显现:

  趋势一:提高单体自主能力。这一点的实现需要(1)增强机器人环境智能感知,结构分割及识别,建模的能力;(2)实现机器人复杂环境自主导航定位;(3)提升机器人侦察情报自主处理;(4)实现机器人运行路径、任务自主规划;(5)完善机器人自主决策功能。

  趋势二:强机协同能力。这需要(1)实现机器人自主伴随功能;(2)增强机器人对人类意图的感知和理解能力;(3)优化机器人智能协同规划能力;(4)探索机器人沉浸操控技术。

  趋势三:发展集群技术,融入作战体系。这需要(1)建立机器人地面异构集群;(2)实现机器人空地集群协同;(3)提升机器人高速组网通讯;(4)实现机器人分布式态势情报自主处理;(5)优化机器人任务自主规划及分配;(6)完善机器人自主毁伤效能评估 。

  晶品特装作为我国军工领域特种装备研发和制造的国家级高新技术企业自成立以来深耕军工信息化、智能化、无人化技术领域,是国家军用机器人整机及核心设备和光电侦察设备的重要供应商。

  目前晶品特装已自主研发并储备了系列化(侦察/排爆/核化/作战)机器人、系列化轮式/履带式无人车、系列化光电雷达侦察设备、系列化高精密吊舱、系列化遥控武器站以及特战班组模拟训练系统等相关的技术及样机产品。

  其中多型装备在公开实物比测中名列前茅,并批产列装部队,其卓越性能有力支撑了用户履行使命任务的能力。

  晶品特装之所以能在竞标、竞赛中取得如此优异成绩,则与其发展军用机器人的底层逻辑密切相关。

  传感器、控制器和执行器是机器人的三大核心,也是决定机器人性能的关键,对于军用机器人来说亦是如此。

  军用机器人是小众市场,因此晶品特装极少能在市场层面寻找到能提供专用配件的零部件。对这种情况,为了追求机器人性能的极致性,晶品从整机出发对机器人的部件/组件以及器件/卡板等核心部件的核心配套进行了自主研发。在此过程中,晶品逐渐掌握了机器人的核心一级配套、二级配套。

  同时,为发展整机和分系统,晶品特装也对软件研发方面做了涉猎,并组建了超百人规模的算法工程师团队来

  基于以上整机和一级配套的核心能力,晶品特装的产品可满足质量可控、性能最优,成本可控、效率提升。当研发一款新品时,包括加工制造与一个月装调时间在内,晶品特装可在一个季度完成全系统更新,实现高效高速迭代更新。

  在产品研制过程中,晶品特装也基于自身的军用机器人一级配套、感知处理和执行进行了应用尝试与延伸,并在无人机方面取得良好效果。

  通过将核心部件进行应用扩展,晶品特装成功实现了对无人机吊舱、导弹导引头、单兵能力增强的一级配套。

  在实现核心一级配套的同时,晶品特装也掌握了一些相关的智能机器人核心技术,突破并构建了光电侦察设备、军用机器人领域涉及的七大核心技术群,形成“智能感知”+“机器人” 两大业务板块。

  智能感知是机器人系统的核心关键技术,也是机器人实现智能化和自主化的物理基础。智能感知最重要的包含全维感知和智能决策两个板块,前者涉及传感系统,后者涉及AI,利用传感器探测声、光、电磁、运动等多维信息,经智能处理后其可为机器人提供侦察、导引、定位导航等功能。晶品特装经长期大投入研发,已掌握智能感知领域的较为完备的技术体系。

  侦查技术所涉及到的声、光电、雷达等相关模组;多源图像融合处理系统、便携式操控终端控制管理系统等核心板卡;固态微光相机、低照度全彩相机等数字成像机芯;AR/VR显示、头盔显示等系列显示终端;以及无人机用高精密微型吊舱、隐身吊舱等各类装备,晶品特装也均有已掌握相关核心技术。

  过去认为导弹的大脑是弹载计算机,其实现在更多的是弹药的小脑,弹药大脑的准确定义应该是导引头。现在的导引头都带有人工智能,AI算法。对此,晶品特装也对各种弹药用的导引头,以及很多类型的地对地,地对空的导弹的导引头进行了研究,并推出65mm双光、80mm三光等多品类巡飞弹用导引头以及93mm双光图像、70mm激光半主动等多类型导弹用导引头。

  机器人以及无人机都涉及定位导航。对于低空飞行的无人机尤其是大重量级低空无人机即便在一二十米的高度飞行时也需要定位导航的辅助,对于这种应用场景需求,车规级定位导航元器件性能相去甚远。为此,晶品特装投入巨资开发了探测距离为500m的激光雷达、1000m的毫米波光雷达以及避障距离≥50m的双目视觉,可满足垂直无人机、低空飞行器所涉及到的低空避障、载人避障以及降落等应用需求。

  在软件方面,晶品特装也自主研发了国产化主控平台,可进行数据融合和无人驾驶,实现多源融合定位导航。

  同时,面向无人机飞行时经常遇到的北斗/GPS信号扰问题,晶品特装也研制了一个标准化高空定位模块来处理问题。该模块适应高度>300m、适应速度>50m/s可实现GNSS拒止条件下定位。

  关于人形机器人在军队的应用大家普遍比较关心,晶品特装也根据有关政策中的指导意见提出了自己的理解。

  在工信部发布的《人形机器人创新发展指导意见》中在关键技术突破部分提出了(一)打造人形机器人“大脑”和“小脑”;(二)突破“肢体”关键技术;(三)健全技术创新体系三点要求。在培育重点产品部分亦提出了(一)打造整机产品;(二)夯实基础部组件;(三)推动软件创新三点要求。

  晶品特装认为人形机器人与人形机器有着本质区别,如《指导意见》中所说,人形机器人的大脑和小脑是发展关键。后续晶品特装客户若需要人形机器人产品,那么晶品特装对人形机器人的研究将根据《指导意见》“聚焦人形机器人专用传感器,突破视、听、力、嗅等高精度传感关键技术,提升环境综合感知能力”“开发面向人形机器人的专用芯片,提升运动控制、认知决策等计算效能”,在人形机器人的感知和大脑方面做深度研究。

  在大脑开发方面,晶品特装将围绕“超人脑”重点展开研究,毕竟在军事应用上,类人脑是远远不足的。

  在晶品特装的初步构想中,超人脑将是人形机器人等智能机器人的灵魂,是机器人基础部件组件中的核心。作为智能机器人的头部部件,超人脑将包括机器人“大脑”、“小脑”以及眼,耳,鼻等核心感知器官,具备感知外部视、听、力、嗅和感知内部温度、能量、电、磁状态的能力,具有“千里眼”、“顺风耳”、“电子鼻”、“AI脑”,比人看得更远、听得更清、算得更快。

  关于超人脑核心技术的工作开展,晶品特装主要围绕多维感知和智能决策两个维度进行。

  目前,在多维感知方面,晶品特装的可见光、微光、红外、测距、雷达等相关单项技术已处于产品应用阶段。在智能决策方面,晶品特装一些产品还在开发中,但也有一些已进入应用。

  晶品特装将基于以上技术基础对超人脑进行深度开发。在晶品特装的设计中,超人脑的应用将不仅局限于人形机器人,可扩展至UGV、UAV以及所有智能平台,并成为核心,完成智能驾驶、侦察探测、智能决策等任务,拥有人类自然进化无法达到的超能力。返回搜狐,查看更加多


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