移动式中心洞库技术研究

2022-01-15张恩涛邹昊峰

中国新技术新产品 2021年21期

张恩涛田硕王涛邹昊峰李悦

（天津哈工领盛机器人有限公司，天津 300308）

0 引言

一个国家在战争状态下的强大后勤补给能力是一个军队召之即来、来之能战且战则必胜的有力保障。在军事领域，导弹部队是各个大国争先发展的目标，其优势在于攻击距离远、精确度高且杀伤力大，在导弹的攻击方式中，饱和攻击是一种重要的攻击形式，而负担攻击任务的导弹群是最终执行者[1]。导弹的饱和攻击方式是考验导弹补给能力的最有效的方式，因此根据战场应用的需求，不仅要提高导弹本身的性能，更要提高导弹的后勤保障能力。

1 国内外现状

国内对移动式中心洞库的研究处于起步阶段，但相关的各功能模块都较为成熟。例如京东在全国各地的“亚洲一号”库，它集成了数字化仓储、自动化存取和运输的先进技术；新型运载火箭 CZ-X一级装配已经实现了自动化的装配方式，在自动化装配过程中，采用激光跟踪测量技术精确地对接舱段进行定位。国外对这一类技术的研究也有一定的成果。例如欧洲导弹集团MBDA在巴黎航空展上提出了FlexiS导弹模块化多任务的概念[2]，在欧洲导弹公司设想的作战过程中，己方部队在发现目标群后，会通知航空母舰或其他空军基地，利用其配有的生产系统组装Flexis整弹，并攻击目标。

2 移动式中心洞库的设计原则

为了适应战场的需求，需要提高导弹部队的机动性、隐蔽性，降低战争成本。

2.1 安全可靠性

在硬件设计过程中必须考虑系统的应用环境，例如温度、湿度以及振动等因素对设备的干扰，需要充分考虑必要的硬件安全措施，保证系统稳定、安全地运行。在软件设计方面，需要考虑系统的容错功能、抗干扰能力以及及时报警功能，进一步保障系统可以安全、可靠地运行。

2.2 易操作性

设备必须具备人机界面友好、控制操作简便以及运行自动化程度高等特点，从而达到减少人工工作量、降低人力投入成本的目的。

2.3 通用性

设备应该具备一定的通用性，其基本结构可以满足其他武器系统的要求，只需要稍微修改某些特定结构就可以直接在其他系统中应用，这样可以提高设备的使用率和利用率。

2.4 可维护性

设备维护方便，机械结构、硬件和软件都必须满足可维护性，当出现故障时可以及时进行维护，从而保障系统可以安全、可靠地运行。

3 移动式中心洞库

移动式中心洞库的设计方案主要由3个系统组成，包括洞库导弹舱段补给系统、导弹自动拆装检测一体化系统和整弹自动转载装填系统。整个系统以军用卡车为机动单元，具有高机动性和隐蔽性，可以提高补给效率。移动式中心洞库布局如图1所示。

图 1 移动式中心洞库布局图

3.1 军用卡车

军用卡车作为移动式中心洞库的机动单元，它可以发挥重要的作用，其重要性不仅体现在灵活性和隐蔽性上，它更是一个可随时移动的装配平台，只要地形允许，在短时间内就可以装配出整弹进行补给，并通过导弹发射车进行发射。

要满足上述要求，对军用卡车来说，最重要的就是底盘系统。该方案的军用卡车底盘主要是由动力系统、传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统、驾驶室、电气系统及上装接口部件等组成；取力供电系统的由发电机、控制系统以及连接电缆等组成。取力供电系统主要功能是为转载运输系统脱离底盘独立作业提供动力，设计与底盘动力系统统一的取力发电机为上装动力源。经平波整流后，将电力输送至整弹供拆装、转载以及装填等使用。

3.2 洞库导弹舱段补给系统

洞库导弹舱段补给系统主要由车厢、桁架顶板组件、电动缸伸缩臂、货架组件、支撑腿组件以及数字化部段立体库组成，具体样式如图2所示。

图2 洞库导弹舱段补给系统

该系统的车厢结构采用侧开门形式，为伸缩臂的搬运工作预留足够的活动空间；桁架顶板组件安装在车厢主体框架顶部，以电机为动力源，通过齿轮齿条、导轨滑块机构使伸缩臂沿车厢方向运动；货架组件用于储存导弹舱段，还可以通过电缸将舱段移出货架外，便于伸缩臂完成抓取动作；支撑腿组件用于支撑整个系统，并对整个系统进行调平；电缸伸缩臂本身具有左右移动、垂直移动和抓取功能，又通过桁架顶板组件提供的沿车厢方向的移动范围抓取所有导弹舱段。

该系统良好运行的关键在于控制系统，利用先进的物体识别技术、位置感知技术对物品的实物特征、位置特征等信息和状态信息（实时数据）进行处理，利用数据库和调度算法，按照事先设定的程序，自动完成物品出入库管理工作[3]。

3.3 导弹自动拆装检测一体化系统

在导弹生产装配制造过程中，总装调试是其制造的最后环节，同时也是决定产品制造效率及质量的关键环节[4]。导弹自动拆装检测一体化系统由可扩展车厢、智能搬运系统、部段自动库、自动化对接平台以及支撑腿等组成，军用卡车是该系统的载体，具体样式如图3所示。

图3 导弹自动拆装检测一体化系统内部结构示意图

该系统中可扩展车厢结构与扩展式方舱类似，其特点是运输时与非扩展状态下方舱尺寸相同，在开展工作时可以增加使用面积[5]，该系统的扩展方式为多电缸驱动；智能搬运系统采用双层桁架结构和多级伸缩臂的形式，通过电机驱动，以导轨滑块为导向，使伸缩臂及夹爪沿车厢的纵向和横向进行移动，多级伸缩臂沿垂直方向进行运动，夹爪通过电缸实现夹取功能；部段自动库采用双层结构，与双向货叉结合使用，实现进库组装和出库补给的功能；自动化对接平台选用带轨承载台与多个四自由度调姿机构的组合形式，通过相应的执行机构实现整弹的组装和测试功能；支撑腿机构由电缸驱动，主要用于承载和调平。

整套系统不仅要完成整弹的自动组装，还要对整弹进行测试，包括质量、质心、外形和电气测试等内容。质量质心测量原理比较成熟，质量测量可通过称重传感器直接进行测量，质心可通过“四点支承称重法”进行测量[6]。可以通过双目视觉测量系统，利用激光器在物体表面构造表征物体深度信息的轮廓特征，直接提取激光条纹，结合双目视觉模型计算物体表面的三维坐标，从而得到外形信息[7]。电气测试是使测试接口与计算机相连，从而对相应的电气信号进行测试。

3.4 整弹自动转载装填装置

导弹装填方式一般均为人、机协作共同完成任务，该作业方式时间长、效率低。因此，将自动装填系统引入武器装备设计中，对实现快速作战和装填具有重大意义[8]。

整弹自动转载装填装置主要由可开合箱罩、发射箱暂存平台以及可展开式转载架组成。根据转载装填的需求，将开合箱罩设计为上开盖形式，为转载架提供展开空间，同时还能保证展开架展开后可以开走运输车，为导弹发射车留出装车空间；发射箱暂存平台可预先安装在运输车的半挂车厢上，到位后解除安装，与运输车脱开，实现快速装卸功能；可展开式转载架通过电缸驱动实现展开、收拢功能，通过2个夹爪机构对发射箱箱体的夹持、升降以及位置（横向位置、纵向位置、水平圆周方向和竖直圆周方向）进行调整。具体样式如图4所示。

图 4 整弹自动转载装填装置状态示意图

3.5 控制系统

根据功能需求，将移动式中心洞库分为导弹舱段补给模块、导弹自动拆装检测一体化模块以及整弹自动转载装填模块。在实现3个功能模块的过程中，可以进一步将移动式中心洞库划分为机械模块、检测模块、控制模块和通信模块。机械结构模块完成存储、支撑、扩展、抓取、转载、传动以及锁紧等任务；检测模块主要负责感应运动、压力以及距离等模拟信号，并将其转换为数字信号；控制模块负责发出动作指令、控制动作的执行过程、接收并处理检测数据以及手动和自动转换等任务；通信模块主要负责各模块间数据的传输。移动式中心洞库总体结构及功能模块如图5所示。

图5 移动式中心洞库总体结构及功能模块

4 移动式中心洞库的工作过程

移动式中心洞库是一种新型作战后勤补给设备，具备较高的灵活性与隐蔽性，在当前提倡一体化、信息化作战的时代有较大的优势。通过卫星或者远程监测很难辨别涂有伪装的集装箱卡车的真实用途。

移动式中心洞库的工作过程如下：首先，将分别载有洞库导弹舱段补给系统、导弹自动拆装检测一体化系统以及整弹自动转载装填装置的军用卡车开到指定地点。其次，按指定布局分别停放，并开展准备工作，包括扩展箱体、打开集装箱舱门、展开整弹自动转载装填装置、连接电缆以及系统试运行等；准备工作结束后，开始进行导弹组装—装填—补给循环作业，单枚导弹装配及测试作业过程不超过15 min。