机器人末端执行器自主换装工具库设计文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

地雷是埋在地面下方的炸药，在战争中常常借其对敌方部队和车辆进行打击。它的战术意义在于减缓或阻碍敌人的行军，被地雷炸死的士兵被遗弃，而受伤的士兵则会拖慢部队的行军速度。

根据联合国儿童基金会的统计，如今全世界仍有多达1.1亿枚地雷被埋藏在地下，每年有20多万人因地雷受伤，其中平民占了绝大多数。如今地雷仍是全球78个国家和地区的负担，像地雷和其他未爆炸弹药这样的战场地区可能会持续活跃数十年，藏有地雷的战区在战后仍然对当地居民的生命安全构成了巨大的威胁，也不利于进行诸如利用土地进行粮食生产等正常生产活动的进行。它们阻碍了维持和平、稳定和重建的努力，不利于国家的复苏，禁止利用土地进行粮食生产，也不允许难民返回家园，地雷甚至成为当地居民选择离开的决定性因素。如今扫雷排爆已成为一个全球性的紧急事件。扫雷排爆作业广泛应用于国际维和、反恐、边境排雷等非常行动中，为保障军队行军自由和保卫当地居民生命财产的安全，以及恢复该地区正常的生产活动和生活秩序发挥了巨大的作用。

过去的人工排雷是一项耗时、紧张、令人厌烦和危险的任务，其成本比设置地雷高出数百倍，并且严重威胁排雷工兵的生命安全。它需要彻底清除所有埋在田地里的地雷，将土地返回给当地的人民，并且迫切需要提高排雷作业的安全性，可靠性和速度。为了提高扫雷排爆作业的安全性，减少扫雷防爆作业造成的损失，排雷机器人应运而生。

作为机器人应用，扫雷和排雷既具有很大的挑战和风险，但同时它也具有巨大的发展潜力。除了能够借助机器人进行排雷来提高人工排雷人员的安全意外外，还能凭借机器人系统加快扫雷排爆过程的效率。在现场作业的时候，扫雷排雷机器人必须在瞬息变化的环境中和大面积雷区进行长时间的连续操纵，也要求其具有实时交互的直观的人机操作界面，使得工作人员能够在安全距离内通过远程控制机器人来完成扫雷排爆作业。

因为要提高排雷机器人的工作能力和工作效率，常常需要提高机器人微机械臂（操作器）的作业能力和效率。而提高机器人微机械臂的作业能力和效率，有以下两种方法：一是对微机械臂进行设计，提高微机械臂的自适应能力和灵活程度;二是为排雷机器人提供工具库，在工具库中存放机器人进行排雷作业所必须的微机械臂，并设计机器人具有能够自动更换微机械臂的功能，使得机器人能够根据工作需要自主进行微机械臂的更换来完成各种任务。此外，具有工具自动换装技术和智能工具库的机器人能够在一次进入工作环境的时候，就完成可以多种不同的作业任务，提高了机器人的适应性和工作效率，降低了作业成本。

综上所述，可以推测具有工具自动换装技术和智能工具库的排雷机器人将成为以后扫雷排爆机器人研究的一个主要发展方向。

到目前为止为排雷目的而开发的机器人工具已经在很多方面得到了发展，例如：现有排雷机器人的模块化探雷有效载荷，处理植被清除和排雷的抗爆装甲系统，遥控轻型机器人系统，半自动特别设计的机器人，以及悬挂杆式机器人等等。

在过去几十年里，出现了很多种排雷防爆现场机器人。如东京工业大学开发的“Gryphon-IV”，其为一种大型四轮车全地形车，可以从内部进行远程控制或手动驱动。它有一个3米宽的长距离机械手，带有3个自由度（DOF）的非金属缩放臂，配备有探地雷达（GPR）和传统的金属探测器（MD）。除了远程WiFi之外，该机器人还配备了一对立体相机，能够对地形建模进行遍历，并使用全球定位系统（GPS）进行户外定位。该机器人围绕全地形越野车制造，自2005年以来，该机器人已经在几个试验雷区进行了评测，这些试验雷区具有停用的地雷，测试表明该机器人能够在大多数天气条件和地形配置良好运行。