风光电机器人闯南极：集中大批中国高技术于一身2013年03月14日 10:45 来源：中国海洋报
极地漫游者机器人在冰盖上与企鹅相遇 智能机器人亮相南极——访“极地漫游者”的课题负责人王田苗教授 南极雪原之上，天气变幻无常，时常会遇到暴风雪、白化天等的考验。在别人看来望而生畏的极端恶劣天气，对于极地漫游者机器人来说，却是一个难得的试验时机。在遮天蔽日的暴风雪中，红身黑轮的极地漫游者机器人身姿矫健，翻越一个又一个雪丘，成为白色风雪中的一抹亮色…… 在三方面取得技术创新性成果 极地漫游者机器人外形酷似一辆橘红色的履带式越野车，作为我国第一台基于再生风能/太阳能驱动的机器人试验平台，它本体长1.8米、高1.2米、宽1.6米、重300公斤，可以安装卫星通讯、视觉摄像机、激光雷达、风速传感器、温度传感器、光照传感器等，可以搭载近50公斤重的仪器，可在风速每秒8米~15米的时候通过风光电驱动不间断行走，能够越过近半米高的障碍物，可在冰盖复杂地形下进行多传感器融合的自主导航控制，并在卫星网络通讯下可实现国内直接遥控等。 这项研究是由北京航空航天大学机器人研究所、中国极地研究中心以及中科院沈阳自动化研究所共同联合承担的国家“863”计划重点项目的一部分。试验旨在为未来建立无人值守科考站或移动式科考舱提供先期平台支撑技术积累和测试，特别是使用风能和太阳能等循环再生能源的驱动方式，其有别于以往极地科考单纯依靠石化能源的方式，更环保同时可以长期取用。 在此次科考中，极地漫游者的课题负责人，来自北京航空航天大学机器人研究所的王田苗教授与张涛懿博士从2月3日正式开展我国自主研发的风能机器人极地漫游者科考试验以来，常常在野外一待就是一天，截至2月26日已经进行了5次大规模试验。在2月22日下午进行试验时，他们遇到了9级的暴风雪，手中用于记录试验过程的相机在风中不停抖动，迎面吹来的风裹挟着冰的寒气，冷嗖嗖的，就连呼吸都十分困难。 尽管辛苦，但是他们的努力并没有白费。王田苗介绍说，通过试验进一步探索和验证了这种基于风光电驱动的四轮机器人，具有结构简单、重量体积适中等特点，完全可以在南极极端恶劣的环境条件下，长时间、长距离地协助或代替科考人员自主实现环境监测任务，包括进行大气观测、冰雪取样、冰盖移动等相应的工作。 王田苗表示，通过此次南极试验，课题组获得了大批极其宝贵的数据和资料，在3个方面取得了技术创新性的成果。 一是通过基于电推杆的自平衡单元机构设计，可主动调整机器人的重心，通过差动悬挂单元被动调整车体的姿态，从而使机器人可以更好地适应地形。 二是对驱动机器人行走的垂直轴风力发电机机械测试，这种结构相对占有空间小、噪声低、对风向无转向机构而且发电效率高，获得了不同风速下的充电电流、充电功率与充电时间，验证了采用类似火星车的工作方式，通过用风力发电机给电池充电、用电池驱动机器人移动这种间歇式工作，循环的充放电来达到长航程的漫游行走。 三是集成了机器人机构本体、感知定位、导航控制、远程遥操作等多项技术，实现了在南极特殊环境下的行走，包括适应冰面、硬雪面、有上坡下坡冰雪复合地面、沙石路面等。 “这次在南极测试的极地漫游者机器人，在自主行走、能源自给、无人值守、减少后勤保障等方面进行了大胆尝试。”王田苗说，“这将加速推动无人化、长期续航的南极科考地面机器人的研发进程，为我国研制更为复杂的无人化科考站、减少南极科考的成本等方面提供重要的技术支撑。作为一项集成平台性的技术，对进一步提高我国南极科考的自动化技术与机器人化装备水平具有重要意义。” 为什么选择南极作为试验场 南极的自然环境极其恶劣，是地球上的寒极、风极和旱极，在这里，有雪坝丘陵密布的冰盖雪原，有深不可测的冰裂隙，还有风雪交加的白化天……因此发展智能机器人高技术与装备不仅在南极科考中具有十分重要的战略意义，而且在极端恶劣环境下支持和帮助科考人员完成环境监测等任务方面具有极大的实用价值，更是体现与展示一个国家高技术发展水平的重要标志。 近年来，美国、俄罗斯、加拿大、日本等十分重视有关机器人南极科考这方面应用技术研发，这次我国自主研制的极地漫游者机器人在南极开展基于风能发电驱动技术、复杂地面适应性的自平衡机构技术、基于视觉、激光与GPS融合的冰盖自主导航等关键技术实验研究，在国际尚属首次。 王田苗说：“通过这次极地漫游者机器人南极科考试验，进一步认识了机器人操作与作业的任务要求与特殊环境，获得了在国内无法完全模拟的天气、地形与任务等恶劣环境下的重要数据，更早及时发现了其结构、通讯、电池以及辅助装置的可靠性问题，也进一步理解这类机器人在特殊环境下维护的艰巨性，这也是实现机器人化的科考装备走向应用、走向工程的必经之路。”
发展适应南极的智能机器人技术与装备非常重要 回顾这次南极试验过程，王田苗更深刻地认识到发展适应南极科考的智能机器人技术与装备的重要性，他觉得试验为课题组改进机器人存在的问题、提高技术水平、参与国家南极科考重大工程提出了更高的要求。 一是要加强恶劣环境下的机器人可靠性设计与实验。包括移动机构、电机寿命、电池低温效率、通讯可靠性等方面；深入研究如何更多获取风光电、高效储存以及更合理的协调使用，包括工作方式与人机远程控制等；优化设计转向机构、冰雪地打滑、轮子形状与大小以及车体的重量等。 二是要积极配合国家南极科考战略规划。建议国家予以长期支持，不断发展实用化的环境监测、物资运输、地质与冰下湖取样等自动化技术以及机器人化装备。如零排放、可移动、可对接的新型模块化科考舱，大量使用新能源环保技术、新材料保温技术、智能化电网技术、远程监控与遥操作技术。 具体来说，“要加快发展一次性投放的环境观察球，有人无人混合的物资运输雪地车队，面向大气环境、冰盖移动、冰雪取样以及小型天文台的极地漫游者，冰盖下或冰下湖取样的机器人，冰山观测与取样的四旋翼无人机等。”王田苗说。（特派南极记者 高悦）
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