特种机器人技术分享

吴琳

特种机器人技术分享

吴琳

吴琳，长源动力（北京）科技有限公司副总经理兼技术总监，从事特种机器人研究十几年，2005年带队北京科技大学获得“亚太电视机器人大赛”全国第一、亚太第二；曾在北航参研国防基础科研、863、709等项目；带队研制多款排爆机器人，其中某型号获得武警列装与部队试用。

1　特种机器人定义

1.1广义的定义

特种机器人是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种机器人总称。

1.2特种机器人分类

按照服务范围和用途的不同，特种机器人可以分为民用和军用两大类。

民用机器人又可分为：家务机器人、医用机器人、娱乐机器人、机器人化机器等。

军用机器人又可分为：作战机器人、空中机器人、水下机器人等等，有些分支发展很快，如空中机器人，即无人机，广泛地应用于现代战争中。

1.3狭义的定义（机器人行业内）

特种机器人：特种作业机器人，就是特定环境或特殊作业机器人，即代替人在危险环境下作业的机器人，说白了，就是做“人们不便做或不易做”的工作。常见的有排爆机器人、侦察机器人、核工业机器人、消防机器人、水下机器人等。

2　公司特种机器人发展路线

2.1公司发展

长源动力公司主营业务是：排爆机器人、侦察机器人、警用装备、智能显控系统、无人机等。

公司做排爆机器人起家，最早可追朔至2004年，当时只能说原型样机，离实战有距离。

关键节点是2008奥运会，长源动力公司接到一个小批量订单，花了半年时间研制与生产，并成功交付。那时也只有算是工程样机，能用，但说实话不易用，操作比较复杂。

2011年，公司确立了XBOT510机器人重点研制方向，并获得了武警列装。

2014年，公司XBOT510系列机器人获得国外军方批量采购并成功交付使用。

2.2收获与启示

1）行业的孤独。

我们做排爆机器人相对比较早，产业链还不够成熟，很多关键器件都掌握在国外生产商手中，像电机、减速器、驱动器等，不仅贵而且货期长；同时，国内配套服务也跟不上，像履带设计与加工、图传与数传等器件都跟不上。所以，最早做特种机器人是非常艰辛的，没有太多的标准件与供应商，很多东西需要研究所或企业自己去独立完成。

2）诱惑太多。

特种机器人是一个新兴行业，面对许多相关行业需求，前期我们做过各式各样的机器人，像管道机器人、电力机器人、煤碳机器人、排雷机器人、服务机器人等等，大大小小加起有少说有十几种。

其实这些机器人仔细分析下都非常有前景，从用户需求上都是刚需，但受到当时机器人技术制约，我们无法做到实现客户心目中的那款机器人。例如消防机器人，肯定是刚需，如果有一款消防机器人能冲火场，智能分析现场并把火灭了，相信也不会出现天津这样的惨剧。但是我们当下的机器人技术能做到吗？答案显然是不能。

面对需求与诱惑，我们需要做好机器人技术与客户需求的对接，搭好这个桥梁。把一些终极目标先放下，找好需求的切入点，解决实际问题才能做到双赢。

3）机器人样机与产品有区别，要做产品。

本人曾经跟一个朋友聊天，他们做的服务机器人非常棒，能地图建模、能室内任意行走、能识人端茶倒水、能跟人谈天说地，看似无所不能。个人觉得这么好的产品，简直太棒了，问之怎么不拿风投、投向市场，说不好还能IPO呢？那位朋友诚恳地说，这是只在特定环境、特定事件、特定人员才能展示的DEMO（样机）而已，如果三者略有变化，结果就不好说了。

对机器人系统，做一个DEMO机器人容易，但要做成一个产品机器人，难。对于产品机器人，它面对的具体环境是未知，处理具体事件也是未知的，人员操作行为也是未知的，这对于机器人设计提出非常高的要求。

再举个例子。排爆机器人其实是一个带多自由机械臂的履带小车，大家都知道小车是用来开的，不是用来撞墙的。但在实际中，有人拿机器人去撞墙，有人直接在楼梯上把机器人开翻了，有人把机器人开进沙堆中，有人直接把机器人从1米高的台阶开下来，有人直接用水冲洗机器人……作为产品，我们不能忽视这些问题，而是要去认真解决这些问题，否则，在用户眼里这就是一款不能用的机器人产品。

4）需要一种坚持。

机器人是一个复杂系统，做好一款机器人不容易，其涉及到机械、电气、软件多方面的紧密配合。特意强调一下“紧密”两字，只有紧密才能把机器人做好，机器人出现的问题往往是比较综合的，这时需要机械、电气、软件争着去解决问题，而不是分工去解决这个问题。这点需要大家在实践中去体会。

做机器人的过程是需要沉得下来，坚持。我们做出的第一代、二代甚至第三代机器人往往不尽人意，与市场需求都有距离，这时，需要我们沉下心来，根据用户的需求继续坚持与改进。机器人不是快销品，不是玩具，需要时间来沉淀。

我们做排爆机器人跌跌撞撞10多年，经历了至少6代发展与升级。

3　榜样公司iRobot

首先，不得不承认美国在机器人方面的技术很领先，作为全球排爆机器人销量最大的机器人公司iRobot，一直是我们努力学习与争取超越的对象。到2014年年底，iRobot旗下的PackBot510系列全球销量已超过5000台套；同期，其家用服务机器人（代表性就是扫地机器人）销量突破1300万台套。2014年，其销售额达到5.5亿美元。

iRobot公司发展历史：

1990年，美国麻省理工学院(MIT)罗迪布鲁克斯教授(Rondy Brooks)，带着得意门生柯林安格尔(Colin Angle)和海伦格莱纳(Helen Greiner)，以CSAIL所提供的创业基金为基础，创办了iRobot公司。

1991－1997年，其做了一些机器人的研究，但没有大规模应用，一直处于技术沉淀与团队积累阶段。

1998年，iRobot与美国国防高级研究计划局(DARPA：Defense Advanced Research Projects Agency)签署合同，研发机动的战略用机器人，即是PackBot的前身。

2001年9月：纽约911攻击事件后，PackBot首次正式上阵，于世贸中心废墟进行搜寻行动。

2002年6月：PackBot前往阿富汗战场进行扫雷及侦测敌方的行动。

2002年9月：iRobot正式开启家用机器人市场，推出iRobot机器人吸尘器。从此， 公司陆续推出系列家用机器人，像吸尘器机器人、拖地机器人、游泳池清扫机器人等等。

2011年4月：应日本自卫队特种部队小组的请求，iRobot派出四台机器人（PackBot 510和Warrior 710），援助解决日本福岛核电站事故。

2012年，PackBot 等公共安全机器人销售过5000台套。

2013年，家用机器人突破1000万台套。

iRobot公司最早的技术与人才来自于高校或科研机构，初创阶段多以项目为主，前几年努力寻找方向与积累技术。公司起源于军用或国家应用，但不限于军用。从1998-2002年，公司的重点在公共安全机器人方面，但从2002开始，公司发展家用机器人，两条腿走路。许多核心技术在军用上进行攻克，同步就应用民用，发展比较良性。这也是我们政府现在认识并提倡的军民融合政策，军参民，民参军，相互融合与发展。

个人体会是，军用产品用来做标杆与利润，民用产品用来做品牌与规模。做机器人建议两条腿走路，政府与民用，共赢发展。

要有模块的思想，一个平台，多种应用。像PackBot平台上有各种应用与套件，这样可以专攻平台技术，平台应用多了，可以采用许多新工艺，从而提高可靠性与降低成本。

再举个例子。我们在早期做排爆机器人，体积大，重量重，这导致我们电机与减速器功率不够，这样就不得不加大号电机、大号减速器、驱动器、履带等等，之后结构需要加强，体积更大，重量更重，电机功率又不够，成了一个死循环。而iRobot公司做机器人，往小的做，这样电机、减速器、结构要求更小，从而更有利于机器人的研发。

4　特种机器人未来应用

4.1警用方面

在警用方面，主要有两种应用：侦察机器人与作业机器人（像排爆机器人）。

侦察机器人，如iRobot公司的FirstLook110，美国Recon Scout，Dragon Runner（由海军陆战队作战实验室和卡内基•梅隆大学共同研制），其特点是：

1）小巧，单兵可携带；

2）很强的抗跌落能力，可以直接投抛至应用现场；

3）具备防水能力；

4）对速度有一定要求，至少比人正常行走的速度要快，不能让人等机器人太久。

作业机器人，主要是排爆机器人，如Northrop Grumman F6A 、Allen-Vanguard Defender、Allen-Vanguard MKII等，陪中国反恐排爆行业走过起步阶段。

目前，在全球常用的排爆机器人主要是iRobot公司的PackBot510、710，QinetiQ的 Talon与Dragon Runner的排爆系列。

4.2临场感机器人

最后与大家分享一下，什么叫“临场感机器人”？就是在同一时间，在另一个地点，有另一个你，代替你做你想做的事。这是临场感机器人的终极目标，目前主要可以实现：远程访谈、远程技术指导、家庭的远程聚会、远程会议等。

远程临场感机器人只是一个载体，是一个家用机器人的入口，未来的方向将是家里的智能管家。我们设想一下，现在很多智能家居，远程操作完后，只是在手机上显示图标，例如，我想让家里的电饭锅把饭做了，手机上显示已启动，半小后饭做好，但电饭锅到底启动没有启动，其实是未知的；如果有临场感机器人，他代替你去看一下，完成基本视觉的闭环，这就完全不一样了。