吳琳

特種機(jī)器人技術(shù)分享

吳琳

吳琳，長(zhǎng)源動(dòng)力（北京）科技有限公司副總經(jīng)理兼技術(shù)總監(jiān)，從事特種機(jī)器人研究十幾年，2005年帶隊(duì)北京科技大學(xué)獲得“亞太電視機(jī)器人大賽”全國(guó)第一、亞太第二；曾在北航參研國(guó)防基礎(chǔ)科研、863、709等項(xiàng)目；帶隊(duì)研制多款排爆機(jī)器人，其中某型號(hào)獲得武警列裝與部隊(duì)試用。

1　特種機(jī)器人定義

1.1廣義的定義

特種機(jī)器人是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種機(jī)器人總稱。

1.2特種機(jī)器人分類

按照服務(wù)范圍和用途的不同，特種機(jī)器人可以分為民用和軍用兩大類。

民用機(jī)器人又可分為：家務(wù)機(jī)器人、醫(yī)用機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。

軍用機(jī)器人又可分為：作戰(zhàn)機(jī)器人、空中機(jī)器人、水下機(jī)器人等等，有些分支發(fā)展很快，如空中機(jī)器人，即無(wú)人機(jī)，廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中。

1.3狹義的定義（機(jī)器人行業(yè)內(nèi)）

特種機(jī)器人：特種作業(yè)機(jī)器人，就是特定環(huán)境或特殊作業(yè)機(jī)器人，即代替人在危險(xiǎn)環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人，說(shuō)白了，就是做“人們不便做或不易做”的工作。常見(jiàn)的有排爆機(jī)器人、偵察機(jī)器人、核工業(yè)機(jī)器人、消防機(jī)器人、水下機(jī)器人等。

2　公司特種機(jī)器人發(fā)展路線

2.1公司發(fā)展

長(zhǎng)源動(dòng)力公司主營(yíng)業(yè)務(wù)是：排爆機(jī)器人、偵察機(jī)器人、警用裝備、智能顯控系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)等。

公司做排爆機(jī)器人起家，最早可追朔至2004年，當(dāng)時(shí)只能說(shuō)原型樣機(jī)，離實(shí)戰(zhàn)有距離。

關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是2008奧運(yùn)會(huì)，長(zhǎng)源動(dòng)力公司接到一個(gè)小批量訂單，花了半年時(shí)間研制與生產(chǎn)，并成功交付。那時(shí)也只有算是工程樣機(jī)，能用，但說(shuō)實(shí)話不易用，操作比較復(fù)雜。

2011年，公司確立了XBOT510機(jī)器人重點(diǎn)研制方向，并獲得了武警列裝。

2014年，公司XBOT510系列機(jī)器人獲得國(guó)外軍方批量采購(gòu)并成功交付使用。

2.2收獲與啟示

1）行業(yè)的孤獨(dú)。

我們做排爆機(jī)器人相對(duì)比較早，產(chǎn)業(yè)鏈還不夠成熟，很多關(guān)鍵器件都掌握在國(guó)外生產(chǎn)商手中，像電機(jī)、減速器、驅(qū)動(dòng)器等，不僅貴而且貨期長(zhǎng)；同時(shí)，國(guó)內(nèi)配套服務(wù)也跟不上，像履帶設(shè)計(jì)與加工、圖傳與數(shù)傳等器件都跟不上。所以，最早做特種機(jī)器人是非常艱辛的，沒(méi)有太多的標(biāo)準(zhǔn)件與供應(yīng)商，很多東西需要研究所或企業(yè)自己去獨(dú)立完成。

2）誘惑太多。

特種機(jī)器人是一個(gè)新興行業(yè)，面對(duì)許多相關(guān)行業(yè)需求，前期我們做過(guò)各式各樣的機(jī)器人，像管道機(jī)器人、電力機(jī)器人、煤碳機(jī)器人、排雷機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等等，大大小小加起有少說(shuō)有十幾種。

其實(shí)這些機(jī)器人仔細(xì)分析下都非常有前景，從用戶需求上都是剛需，但受到當(dāng)時(shí)機(jī)器人技術(shù)制約，我們無(wú)法做到實(shí)現(xiàn)客戶心目中的那款機(jī)器人。例如消防機(jī)器人，肯定是剛需，如果有一款消防機(jī)器人能沖火場(chǎng)，智能分析現(xiàn)場(chǎng)并把火滅了，相信也不會(huì)出現(xiàn)天津這樣的慘劇。但是我們當(dāng)下的機(jī)器人技術(shù)能做到嗎？答案顯然是不能。

面對(duì)需求與誘惑，我們需要做好機(jī)器人技術(shù)與客戶需求的對(duì)接，搭好這個(gè)橋梁。把一些終極目標(biāo)先放下，找好需求的切入點(diǎn)，解決實(shí)際問(wèn)題才能做到雙贏。

3）機(jī)器人樣機(jī)與產(chǎn)品有區(qū)別，要做產(chǎn)品。

本人曾經(jīng)跟一個(gè)朋友聊天，他們做的服務(wù)機(jī)器人非常棒，能地圖建模、能室內(nèi)任意行走、能識(shí)人端茶倒水、能跟人談天說(shuō)地，看似無(wú)所不能。個(gè)人覺(jué)得這么好的產(chǎn)品，簡(jiǎn)直太棒了，問(wèn)之怎么不拿風(fēng)投、投向市場(chǎng)，說(shuō)不好還能IPO呢？那位朋友誠(chéng)懇地說(shuō)，這是只在特定環(huán)境、特定事件、特定人員才能展示的DEMO（樣機(jī)）而已，如果三者略有變化，結(jié)果就不好說(shuō)了。

對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)，做一個(gè)DEMO機(jī)器人容易，但要做成一個(gè)產(chǎn)品機(jī)器人，難。對(duì)于產(chǎn)品機(jī)器人，它面對(duì)的具體環(huán)境是未知，處理具體事件也是未知的，人員操作行為也是未知的，這對(duì)于機(jī)器人設(shè)計(jì)提出非常高的要求。

再舉個(gè)例子。排爆機(jī)器人其實(shí)是一個(gè)帶多自由機(jī)械臂的履帶小車，大家都知道小車是用來(lái)開的，不是用來(lái)撞墻的。但在實(shí)際中，有人拿機(jī)器人去撞墻，有人直接在樓梯上把機(jī)器人開翻了，有人把機(jī)器人開進(jìn)沙堆中，有人直接把機(jī)器人從1米高的臺(tái)階開下來(lái)，有人直接用水沖洗機(jī)器人……作為產(chǎn)品，我們不能忽視這些問(wèn)題，而是要去認(rèn)真解決這些問(wèn)題，否則，在用戶眼里這就是一款不能用的機(jī)器人產(chǎn)品。

4）需要一種堅(jiān)持。

機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，做好一款機(jī)器人不容易，其涉及到機(jī)械、電氣、軟件多方面的緊密配合。特意強(qiáng)調(diào)一下“緊密”兩字，只有緊密才能把機(jī)器人做好，機(jī)器人出現(xiàn)的問(wèn)題往往是比較綜合的，這時(shí)需要機(jī)械、電氣、軟件爭(zhēng)著去解決問(wèn)題，而不是分工去解決這個(gè)問(wèn)題。這點(diǎn)需要大家在實(shí)踐中去體會(huì)。

做機(jī)器人的過(guò)程是需要沉得下來(lái)，堅(jiān)持。我們做出的第一代、二代甚至第三代機(jī)器人往往不盡人意，與市場(chǎng)需求都有距離，這時(shí)，需要我們沉下心來(lái)，根據(jù)用戶的需求繼續(xù)堅(jiān)持與改進(jìn)。機(jī)器人不是快銷品，不是玩具，需要時(shí)間來(lái)沉淀。

我們做排爆機(jī)器人跌跌撞撞10多年，經(jīng)歷了至少6代發(fā)展與升級(jí)。

3　榜樣公司iRobot

首先，不得不承認(rèn)美國(guó)在機(jī)器人方面的技術(shù)很領(lǐng)先，作為全球排爆機(jī)器人銷量最大的機(jī)器人公司iRobot，一直是我們努力學(xué)習(xí)與爭(zhēng)取超越的對(duì)象。到2014年年底，iRobot旗下的PackBot510系列全球銷量已超過(guò)5000臺(tái)套；同期，其家用服務(wù)機(jī)器人（代表性就是掃地機(jī)器人）銷量突破1300萬(wàn)臺(tái)套。2014年，其銷售額達(dá)到5.5億美元。

iRobot公司發(fā)展歷史：

1990年，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)羅迪布魯克斯教授(Rondy Brooks)，帶著得意門生柯林安格爾(Colin Angle)和海倫格萊納(Helen Greiner)，以CSAIL所提供的創(chuàng)業(yè)基金為基礎(chǔ)，創(chuàng)辦了iRobot公司。

1991－1997年，其做了一些機(jī)器人的研究，但沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用，一直處于技術(shù)沉淀與團(tuán)隊(duì)積累階段。

1998年，iRobot與美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA：Defense Advanced Research Projects Agency)簽署合同，研發(fā)機(jī)動(dòng)的戰(zhàn)略用機(jī)器人，即是PackBot的前身。

2001年9月：紐約911攻擊事件后，PackBot首次正式上陣，于世貿(mào)中心廢墟進(jìn)行搜尋行動(dòng)。

2002年6月：PackBot前往阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)進(jìn)行掃雷及偵測(cè)敵方的行動(dòng)。

2002年9月：iRobot正式開啟家用機(jī)器人市場(chǎng)，推出iRobot機(jī)器人吸塵器。從此， 公司陸續(xù)推出系列家用機(jī)器人，像吸塵器機(jī)器人、拖地機(jī)器人、游泳池清掃機(jī)器人等等。

2011年4月：應(yīng)日本自衛(wèi)隊(duì)特種部隊(duì)小組的請(qǐng)求，iRobot派出四臺(tái)機(jī)器人（PackBot 510和Warrior 710），援助解決日本福島核電站事故。

2012年，PackBot 等公共安全機(jī)器人銷售過(guò)5000臺(tái)套。

2013年，家用機(jī)器人突破1000萬(wàn)臺(tái)套。

iRobot公司最早的技術(shù)與人才來(lái)自于高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)，初創(chuàng)階段多以項(xiàng)目為主，前幾年努力尋找方向與積累技術(shù)。公司起源于軍用或國(guó)家應(yīng)用，但不限于軍用。從1998-2002年，公司的重點(diǎn)在公共安全機(jī)器人方面，但從2002開始，公司發(fā)展家用機(jī)器人，兩條腿走路。許多核心技術(shù)在軍用上進(jìn)行攻克，同步就應(yīng)用民用，發(fā)展比較良性。這也是我們政府現(xiàn)在認(rèn)識(shí)并提倡的軍民融合政策，軍參民，民參軍，相互融合與發(fā)展。

個(gè)人體會(huì)是，軍用產(chǎn)品用來(lái)做標(biāo)桿與利潤(rùn)，民用產(chǎn)品用來(lái)做品牌與規(guī)模。做機(jī)器人建議兩條腿走路，政府與民用，共贏發(fā)展。

要有模塊的思想，一個(gè)平臺(tái)，多種應(yīng)用。像PackBot平臺(tái)上有各種應(yīng)用與套件，這樣可以專攻平臺(tái)技術(shù)，平臺(tái)應(yīng)用多了，可以采用許多新工藝，從而提高可靠性與降低成本。

再舉個(gè)例子。我們?cè)谠缙谧雠疟瑱C(jī)器人，體積大，重量重，這導(dǎo)致我們電機(jī)與減速器功率不夠，這樣就不得不加大號(hào)電機(jī)、大號(hào)減速器、驅(qū)動(dòng)器、履帶等等，之后結(jié)構(gòu)需要加強(qiáng)，體積更大，重量更重，電機(jī)功率又不夠，成了一個(gè)死循環(huán)。而iRobot公司做機(jī)器人，往小的做，這樣電機(jī)、減速器、結(jié)構(gòu)要求更小，從而更有利于機(jī)器人的研發(fā)。

4　特種機(jī)器人未來(lái)應(yīng)用

4.1警用方面

在警用方面，主要有兩種應(yīng)用：偵察機(jī)器人與作業(yè)機(jī)器人（像排爆機(jī)器人）。

偵察機(jī)器人，如iRobot公司的FirstLook110，美國(guó)Recon Scout，Dragon Runner（由海軍陸戰(zhàn)隊(duì)作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室和卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)共同研制），其特點(diǎn)是：

1）小巧，單兵可攜帶；

2）很強(qiáng)的抗跌落能力，可以直接投拋至應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)；

3）具備防水能力；

4）對(duì)速度有一定要求，至少比人正常行走的速度要快，不能讓人等機(jī)器人太久。

作業(yè)機(jī)器人，主要是排爆機(jī)器人，如Northrop Grumman F6A 、Allen-Vanguard Defender、Allen-Vanguard MKII等，陪中國(guó)反恐排爆行業(yè)走過(guò)起步階段。

目前，在全球常用的排爆機(jī)器人主要是iRobot公司的PackBot510、710，QinetiQ的 Talon與Dragon Runner的排爆系列。

4.2臨場(chǎng)感機(jī)器人

最后與大家分享一下，什么叫“臨場(chǎng)感機(jī)器人”？就是在同一時(shí)間，在另一個(gè)地點(diǎn)，有另一個(gè)你，代替你做你想做的事。這是臨場(chǎng)感機(jī)器人的終極目標(biāo)，目前主要可以實(shí)現(xiàn)：遠(yuǎn)程訪談、遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)、家庭的遠(yuǎn)程聚會(huì)、遠(yuǎn)程會(huì)議等。

遠(yuǎn)程臨場(chǎng)感機(jī)器人只是一個(gè)載體，是一個(gè)家用機(jī)器人的入口，未來(lái)的方向?qū)⑹羌依锏闹悄芄芗?。我們?cè)O(shè)想一下，現(xiàn)在很多智能家居，遠(yuǎn)程操作完后，只是在手機(jī)上顯示圖標(biāo)，例如，我想讓家里的電飯鍋把飯做了，手機(jī)上顯示已啟動(dòng)，半小后飯做好，但電飯鍋到底啟動(dòng)沒(méi)有啟動(dòng)，其實(shí)是未知的；如果有臨場(chǎng)感機(jī)器人，他代替你去看一下，完成基本視覺(jué)的閉環(huán)，這就完全不一樣了。