踏上南極的機器人——北京航空航天大學機器人團隊南極科考紀實

王田苗 張韜懿 梁建宏 陳蛟

（北京航空航天大學，北京，100191）

窗外發(fā)動機開始轟鳴，飛機加速、起飛、爬升，歸國的旅途開始了。兩個月的南極之行雖然短暫，但這兩個月讓我們永生不忘，地球之南的那塊神秘大陸也將永遠烙印在記憶中。

機器人與南極之緣

南極，地球上最后一塊凈土，也是最神秘的大陸。南極有豐富的自然資源，也有無數未解的自然之謎，這里吸引著全世界的冒險家，也像磁石一樣吸引著全世界的科學家們，從最早的探險家徒步對南極進行穿越，到二戰(zhàn)后人類日益重視南極的戰(zhàn)略價值并開始進行常駐科考，人類對南極的探索從未間斷。特別是經歷了半個多世紀的發(fā)展，針對南極的科學考查在許多領域得到了全面的發(fā)展。

機器人作為一個應用性很強的學科，和南極的結緣有其偶然性也有其必然性。偶然的是，一個很巧合的機會，研究機器人技術的學者和中國極地研究中心的專家們一起暢想科學的發(fā)展和技術的進步，引出了機器人是否可以在南極代替科考隊員進行一些重復、危險作業(yè)的想法，在獲得科技部863計劃的支持后，想法變?yōu)榱爽F實；必然的是，機器人誕生的目的就是代替人類在危險、不可達到或駐留的環(huán)境內進行作業(yè)，而這幾個環(huán)境要素南極均具備，有很強的現實需求。機器人技術的生命力就在于和實際需求的結合，南極是一個全新的領域，也注定是一個可以讓機器人技術大展拳腳的領域。

人類在南極建立了超過150個科考站，大多數處于沿海地區(qū)，只有6個科考站處于南極內陸地區(qū)。內陸站數量如此少，是因為南極內陸常年被冰雪覆蓋，交通、后勤保障等十分困難，這對站上進行科考的隊員是一個極大的考驗。而無人科考站以機器人系統(tǒng)作為核心，不需要復雜的后勤保障，同時可以進行常年不間斷的科學觀測和考察活動，未來必將大大改變對南極內陸科考的現狀。

冰雪覆蓋的南極

從2007年開始，在科技部863計劃的支持下，北航機器人所和中科院沈陽自動化所合作承擔了極地機器人的項目，主要研發(fā)可用于極地科考的固定翼、旋翼飛行器以及地面漫游機器人。北航機器人所研制的固定翼無人機2007年首次應用于南極科考，完成了海冰溫度探測及中山站航拍的任務。之后，北航參加了兩次南極科考，分別完成了小型無人機雪龍?zhí)柶痫w并撞網回收以及地面移動機器人長距離漫游實驗。

奔赴南極的機器人

選擇無人機和地面移動機器人作為研究方向，這是為未來建立中國自己的無人科考站提供技術儲備。但南極自身特殊的自然條件對機器人系統(tǒng)提出了相當苛刻的要求，研制和實驗的過程充滿艱辛和危險。然而，諸多第一手的經驗和數據只有通過現場試驗才能獲得，所以每次赴南極現場試驗的機會都倍加珍貴。

奔赴南極的機器人

今年赴南極實驗的機器人是“極地漫游者”再生能源移動機器人和“海龜”仿生水下機器人。極地漫游者機器人是一款基于再生能源的地面移動機器人，再生能源系統(tǒng)是其區(qū)別于傳統(tǒng)地面移動機器人的最大不同。

傳統(tǒng)地面機器人多采用電池作為能源，大型無人車輛也會采用內燃機作為動力，在常規(guī)環(huán)境下，其能源在耗盡后可以由人進行補充或更換作業(yè)，但在南極地區(qū)，如果機器人在冰蓋漫游時能源耗盡，科考人員基本無法對其進行補充，而且如果要建立無人科考站，就必須使機器人系統(tǒng)使用再生可循環(huán)的能源系統(tǒng)。

根據南極的自然條件，風能是最可行的持續(xù)再生能源，這是因為地面阻力小、地勢等因素，南極地區(qū)常年具有強風，可以整年為機器人系統(tǒng)提供能源；太陽能具有時間分布的不均勻性，可以在夏季作為機器人系統(tǒng)的補充能源。但再生能源系統(tǒng)是否可行，其效率、可靠性、能源管理等問題只能通過現場試驗去驗證。

南極特有的地理地貌對機器人行駛方式也提出了要求。南極98%的面積被冰雪覆蓋，只有沿海地區(qū)會在夏季有地面裸露。機器人系統(tǒng)必須適應沙土、巖石、松軟雪面、冰面等不同路況，以及內陸由風吹形成的雪脊地形。此外，基于提高機器人行駛部分效率和能源使用率的原因，我們沒有選擇冰雪環(huán)境常用的履帶式結構而采用了輪式結構；為使機器人在雪脊地形行駛更為穩(wěn)定，我們設計了差動式連桿自平衡結構，使機器人具有被動和主動調節(jié)自身側傾角度的能力，并且在單側翻越障礙時可以實時保持四輪同時著地。

艱苦的旅程

機器人系統(tǒng)事先在國內進行了多次的系統(tǒng)調試和模擬實驗，做好了充分的嚴寒試驗準備。在接到行程通知后，我們開始對機器人進行嚴格包裝。

從北京到南極中山站路途12000多公里，機器人需要運到上海，隨雪龍?zhí)枠O地考察船從上海出發(fā)，歷經一個月的海上顛簸到達中山站。機器人采用集裝箱運輸，拆裝的零部件一般不會丟失，但是雪龍?zhí)柾窘洏O地西風帶，此間數米高的海浪將會使船體產生很大的搖擺，如果機器人固定不穩(wěn)或者包裝有縫隙，就可能在風浪中被撞散架。因此，我們將機器人進行合理拆解，將主框架部分選擇合適的固定方式與包裝箱進行綁定，使機器人本體中最重的主框架部分和包裝箱固連，同時，對控制系統(tǒng)等進行單獨包裝并做好防震處理。通過實驗設計，我們確定機器人包裝箱的尺寸要盡量接近集裝箱的內尺寸，使箱體在集裝箱內不會移動，從而對機器人產生沖擊。同時，所有的裝箱要充分考慮到現場拆卸的難易程度以及二次包裝的可能性，因為機器人系統(tǒng)試驗后要帶回國內進行后續(xù)的升級和實驗工作。

前期大量的準備工作將直接決定實驗的成敗，因為南極試驗中遇到的任何問題必須通過十分有限的條件去解決，任何疏忽或遺漏都可能讓整個實驗根本沒辦法開展。

在經歷了一個月的包裝設計、包裝箱制作以及拆卸包裝后，裝載著機器人本體、備用零件和工具的木箱啟程運往上海港。在上海，機器人按照我們事先的計劃要求裝入規(guī)定的集裝箱，送入雪龍?zhí)枠O地考察船的大艙。

雪龍?zhí)栍?012年10月30日從上海極地中心碼頭出發(fā)前往廣州，11月5日在廣州舉行了隆重的出征儀式后，正式踏上了南下的征程。一個月后，機器人到達南極中山站。

在雪龍?zhí)柕谝淮畏祷匕拇罄麃嗊M行補給時，機器人團隊的科考隊員在澳大利亞霍巴特港登上了雪龍?zhí)?，這一天是2013年1月19日。

雪龍?zhí)柺俏覈鴱臑蹩颂m引進并改裝的破冰科考船，也是我國現在唯一一艘執(zhí)行南北極科考任務的海船。和常見的遠洋船舶不同，雪龍?zhí)柹暇哂型暾拇笱罂瓶紝嶒炘O備和實驗室，可以完成極地科考人員、物資的運輸工作以及在大洋中進行科考任務。

科考船駛出霍巴特港，迎面而來的西風帶讓我們接受了南極之行的第一個考驗——巨浪。最高達6m的大浪使雪龍?zhí)柌粩嗟卮蠓鶕u擺，穿越西風帶大約需要一周時間，在這一周內，劇烈的搖晃使大多數人產生了很嚴重的暈船反應，科考隊員們幾乎都是趴在床上數日子，食欲不振并且精神萎靡，暈船時吃飯成了一天中最困難的事情，剛吃下的飯在胃里不停地翻騰。飄泊三四天后，暈船的反應漸漸變小，氣旋造成的浪涌也開始逐步變小，科考隊員們也逐步恢復了一些活力。漸漸地，乒乓球室、籃球場等場所活動的人也多了起來，雖然腳下船身還是在不停地搖擺，但是為了在到達南極時有更好的體力和狀態(tài)投入工作，所有人開始堅持鍛煉。

鍛煉身體的科考隊員

經歷15天的航行之后，雪龍?zhí)柦K于穿越南極圈進入普里茨灣，也就是我國南極科考中山站的所在地。海上的冰山越來越多，溫度也越來越低，但是灣內的洋面看起來十分平靜，很多第一次來到南極的隊員都對外界的一切充滿新奇，不約而同地用相機記錄著周遭的一切。

一望無際的浮冰區(qū)

船進入錨地停泊。錨地到岸邊還有一段距離，這是因為水底和浮冰的種種情況，雪龍?zhí)枦]有辦法直接靠岸?？瓶缄犈R時黨委決定用直升機運送本批6名科考隊員上岸。在幾分鐘的飛行后，飛機穩(wěn)穩(wěn)降落在中山站停機坪上，站上所有的人員都到停機坪附近迎接新來的科考隊員，據說這是中山站的傳統(tǒng)。走下飛機，我們正式踏上了這片神秘的大陸。

實驗大本營——中山站

中山站位于普里茨灣的拉斯曼丘陵地區(qū)，附近有俄羅斯的進步二站、印度巴拉提站、澳大利亞戴維斯站等3個考察站。中山站建筑較為分散，主要有宿舍棟、綜合棟、發(fā)電棟以及車庫。

進入考察站稱為“上站”，所有人上站的第一件事就是分配宿舍，大部分隊員都住在宿舍棟，但也有部分負責后勤保障崗位的隊員需要住在發(fā)電棟、污水處理棟和氣象棟這些單獨的建筑內。中山站的科考隊員分為越冬和度夏兩批，越冬隊員一直在站上堅守到下一批科考隊來的時候，需要經歷漫長的冬季和極夜；度夏的隊員會在3月份返回國內，工作的時間正好處于南極的夏季。

在科考站，外出有著嚴格的規(guī)定和程序，首先離開站區(qū)需要向站長請示，同時向報房報備。報房是中山站一個特殊的單位，負責衛(wèi)星通信保障、科考隊通知的轉達、對講和廣播系統(tǒng)的維護以及緊急事件的處理。每個離開站區(qū)的科考隊員都需要去報房領取對講機，在離開站區(qū)和回到站區(qū)時都要及時向報房進行通報。同時，報房也是站區(qū)信息的中轉站，任何信息均可以通過對講機告知報房并向相關人員轉達。

中山站全景

中山站地處海邊地表裸露區(qū)，通往內陸需要借助其他交通工具。站區(qū)的交通工具有三種，全地形車、雪地摩托以及雪地車。在地表裸露區(qū)全地形車速度最快，可以讓人員快速到達，但不能攜帶過重的貨物；雪地摩托適用于結冰的海面；較重物資和人員的運送以及內陸科考隊工作使用雪地車。直升飛機可以在100km范圍內運送人員和物資，科考站會優(yōu)先保障后勤及科考工作對交通工具的需求。

極地的考驗一

在簡單的安頓以及和站長溝通初步的實驗計劃后，擺在我們眼前的首要任務就是考察附近實驗環(huán)境和恢復機器人。

對站區(qū)附近約2km范圍內進行初步考察之后，我們初步選定了兩個實驗地點對機器人進行實地實驗，分別是站區(qū)下廣場附近砂石地面及站外冰雪區(qū)。

站區(qū)沙土路面

確定了實驗地點，接下來要將機器人拆卸包裝并恢復到國內出發(fā)前的狀態(tài)，這時候一個意想不到的難題擺在了我們眼前。

集裝箱卸下船后被集中擺放在中山站發(fā)電棟附近，裝有機器人的集裝箱也不例外。因為機器人包裝木箱很重，要將包裝木箱從集裝箱中取出來需要使用叉車。中山站有叉車，可是叉車底盤較低，無法通過坎坷路面開到集裝箱所在位置進行作業(yè)，這是我們沒有想到的問題。

包裝箱包含機器人自重超過700kg，靠人力無法將其拖出集裝箱。怎么辦？我們將困難通報給科考站，站里知道情況后，包括其他項目的科考隊員和后勤人員等都在幫忙出主意、想辦法，最終是柳工（廣西柳工機械股份有限公司）的機械師李傳洪想出了可行的方法——用站里的鏟斗車拖拽，將鏟斗車的牽引帶固定在木箱上，將木箱拉出集裝箱。

機器人包裝木箱

我們打開木箱后，發(fā)現機器人固定完好，沒有明顯的磕碰痕跡，證明出發(fā)前的固定包裝達到了預期的效果。將所有固定物拆除后，我們使用鏟斗車將機器人車架吊裝到發(fā)電棟內。

發(fā)電棟上面有桁架吊車，方便我們對機器人進行吊裝，所以我們將在中山站的臨時工作間設在了發(fā)電棟。

摘 要：在如今的教學中，翻轉課堂應用越來越廣泛，對改善課堂教學質量發(fā)揮出了巨大的作用。結合小學英語課堂教學的實際情況，對翻轉課堂在小學英語教學中的應用以及效果進行了介紹，以期為相關人員提供借鑒。

大約花費了兩天時間將機器人所有組件重新裝配并連接調試，機器人恢復到了出發(fā)前的狀態(tài)。

極地的考驗二

本次南極實驗的目的主要是驗證機器人的環(huán)境適應性和再生能源系統(tǒng)的可行性。風能為主的再生能源系統(tǒng)因為獲取的功率較小，無法滿足機器人持續(xù)工作的需求，故整個機器人系統(tǒng)如果使用風能進行實驗，只能采用間歇式工作的模式。

為了盡量爭取更多的試驗時間，我們商量后決定采用風能系統(tǒng)單獨測試的方式：將風力發(fā)電系統(tǒng)固定于站區(qū)某一位置，在一個月左右的時間內持續(xù)測試其獲取能源的情況；機器人則改造為使用發(fā)電機提供能源的模式，保證機器人可以長時間持續(xù)工作，以測試其他功能；與此同時，對機器人所消耗能源進行記錄，并與風力發(fā)電機系統(tǒng)獲取能源的數據進行對比分析。

選擇風力發(fā)電機安裝地點非常關鍵，經過仔細考量，我們最終選擇了地勢開闊建筑物少的天鵝嶺安裝風機。

天鵝嶺安裝的垂直軸風力發(fā)電機

天鵝嶺位于中山站站區(qū)北側，距離站區(qū)約800m，這個位置車輛無法開上來，因此風能設備只能通過人力搬運。別看這段距離不遠，在其他科考隊友的幫助下，我們花了整整一下午的時間才完成。原本設想風力發(fā)電機底座通過膨脹螺栓固定在地面，可以保證在大風條件下發(fā)電機不會傾覆，但是中山站附近地表多為風化巖石，十分松散，膨脹螺栓根本無法抓緊地面。于是大家使用了最原始的方法——用石塊壓住底座，以保證其不會傾覆。

還未正式開展工作，我們就深深體會到：南極的很多自然條件都不是遠在北京的時候能夠預想到的，再充分的預先準備工作都不能完全滿足現場試驗的要求，很多解決方案只能就地取材。

極地的考驗三

在完成風力發(fā)電機采集系統(tǒng)安裝調試后，余下的工作都集中在機器人本體的實驗上。針對機器人的實驗方法，主要包括選取具有代表性的地形和地面，進行各種運動測試并記錄相應的數據，從而驗證該機器人的設計是否可以滿足南極地形、地面、自然條件的要求。

在站區(qū)的沙石路面試驗中，由于實驗路面靠近站區(qū)，常年被往來車輛碾壓，地面十分松軟，機器人在原地轉向中時常發(fā)生下陷的情況，有時甚至因為功耗過大造成直流電源過載保護，這時候就只能關機等待數分鐘，重啟機器人系統(tǒng)。

現場調試機器人

在冰雪路面進行測試時，最害怕出現的情況就是出現局部地面下陷。因為是南極的夏季，中山站附近冰雪表層會在太陽的照射下發(fā)生融化，又在夜間重新凝結，表面形成一層薄薄的冰層，目視一片平坦，但其下面的雪可能較為松軟，甚至局部下面是完全的空洞。機器人行駛到這種區(qū)域就會發(fā)生下陷，當單輪發(fā)生下陷時機器人尚有能力使用其他幾個輪的牽引力脫困，但當多輪發(fā)生下陷時機器人就會完全失去抓地力，無法從雪坑中開出?？瓶缄爢T在操作機器人時同樣面臨這種危險，很容易發(fā)生掉入雪坑的情況。

試驗中陷入雪坑的隊員

在中山站區(qū)附近，雪面較薄，一般不會有太深的裂縫。但在南極內陸，積雪厚度平均超過1km，掉入冰裂縫的后果不堪想象。面對此種情況，我們聯想到未來機器人在進行自主漫游時需要攜帶諸如冰雷達一類的傳感器，以探測雪面的具體情況，從而避免陷入裂縫無法脫身的情況。

極地的考驗四

機器人在實驗的過程中偶爾會發(fā)生一些小故障，有控制系統(tǒng)軟件或硬件的故障，也有機械部分的問題，都需要在現場進行維修，甚至就在雪面上進行維修。這些都增加了現場實驗的難度。

冰蓋現場拆卸機器人

有一次，機器人工作一段時間后，我們對松動的螺絲進行緊固，扳手使用后隨手就放在雪面上。實驗完成后，再去尋找扳手怎么也找不到。后來發(fā)現，扳手是金屬材料，它吸收了太陽的熱量后溫度變高，將周圍的雪融化后便掉入雪中丟失。此后每次試驗，我們都要將所有基本工具放入一個袋子中，用完及時收回。類似很小的細節(jié)處處決定著實驗的成敗，如果機器人在內陸進行試驗時需要維修，一個工具的短缺就會造成當天整個實驗停頓，因為內陸往返站區(qū)的路途時間超過5個小時，當天根本無法彌補錯漏。因此，在南極，我們學會了比在北京更加嚴謹的工作準備，更加注意每一個細節(jié)。

極地的考驗五

在中山站區(qū)實驗基本完成后，我們面臨的工作就是最困難的內陸實驗了。

首先要解決的就是運輸問題。中山站通往內陸出發(fā)基地大約10km路程，途中需要翻越俄羅斯科考站“進步二站”后面的山坡，那里只有一條可以通向內陸的道路，被科考隊員稱為“俄羅斯大坡”。這是一條被雪地車壓出來的道路，山脊的兩側平均坡度不低于30°，雪地車翻越時十分困難。由于路面已經被雪地車履帶碾壓形成了超過10cm的松軟沙土層，機器人自己很難通過這個特殊的路段，內陸實驗只能通過載具將機器人運輸過去。

去往內陸實驗，由于雪地車的后斗圍欄不能拆卸，只能通過吊裝的方式裝卸機器人，這就要求必須有帶吊車的雪地車一同前往。所以，實驗計劃的實施必須和內陸科考隊進行協調，在他們前往內陸出發(fā)基地整理物資的時候將機器人運送至內陸冰蓋地區(qū)進行實驗。

往內陸出發(fā)基地吊裝機器人

整個實驗過程充滿波折和不確定性，首先就是車輛的固定和裝卸。中山站只有一輛帶有后斗的雪地車，幸運的是，機器人的外尺寸正好比這個后斗略小。

第一次實驗選擇的方式是將四個輪胎和外圍欄固定，在經歷2個多小時路程達到冰蓋之后，機器人被吊下雪地車。在雪面上，開機行走的機器人發(fā)出異常響聲，并出現了個別輪不轉的情況，這時只能停下實驗對系統(tǒng)進行檢修。將機器人吊裝懸空后發(fā)現：在發(fā)送運動命令后，有兩個輪子不轉動，檢查后發(fā)現是輪轂電機連接的減速器外殼發(fā)生了松動，從而使傳動齒輪出現了卡死的狀況。當時在冰蓋上沒有條件進行現場維修，只能將機器人運回站區(qū)進行檢修。

回到站上，我們對此情況進行了具體分析，確定是由于運輸過程中顛簸震動使減速器產生了松動和變形，因為雪地車采用履帶式結構但沒有任何懸掛裝置，為提高耐用性履帶采用的是金屬活節(jié)結構，履刺在沙土路面和巖石路面行走過程中車輛的沖擊震動很大，而我們選擇的固定方式是將車體和機器人完全固連，并沒有任何緩沖的措施，車底的震動完全傳導至機器人上，運輸過程中長時間的顛簸震動造成了機器人機械結構的松動。

極地的考驗六

時間不知不覺就到了春節(jié)，在這個舉家團圓的日子里，遠離祖國萬里之外的中山站仍然是一派繁忙緊張的工作氛圍，只是在年夜飯吃了餃子，讓大家恍然一悟“原來過年了”，其余時間所有人還是分別忙碌在科研和后勤的崗位上，給家人的一個電話就是這個特殊的時間里對自己最大的慰藉。

二個月艱苦的工作，讓我們感受到：中山站真是一個共產主義的地方，在這里所有人都隨時準備著也樂于為其他人提供幫助，不管是搬運的體力活還是焊線、修機器人的技術活，只要有困難，站里的所有人員都會無私的提供任何幫助。這在維修機器人的過程中體現得淋漓盡致，減速機需要拆卸、清洗、檢查并重新裝配，站上維護發(fā)電機的技師老鄭就為我們提供了很多幫助。

發(fā)電棟內調試機器人

極地的考驗七

經過幾天的檢測維修，機器人終于得以恢復，但意想不到的情況總是接踵而至。

在機器人維修好之后，需要進行低強度的測試以觀察系統(tǒng)狀態(tài)。當天午飯后測試剛剛開始，站區(qū)刮起了6級左右的風。風雖然大了些，但沒有出現風吹雪的情況，我們決定在發(fā)電棟到宿舍棟之間的廣場上繼續(xù)進行機器人運動和控制的測試。

在測試進行的過程中，突然風開始變大，地面的雪開始被風吹起，出現了南極常見的風吹雪天氣。實驗被迫中斷，我們只得將機器人開回去。在回發(fā)電棟的路上，風力飛速變大，能見度已經不足5m，完全無法辨別前方情況。為了避免機器人翻入發(fā)電棟門外的一條溝內，我們只能將其關機停在原地，打算風停后再將其弄回發(fā)電棟。

南極最大的特點就是刮風，平時在站里體會不深，但是這次牽掛著戶外的機器人，很是揪心。風從下午一直刮到深夜，晚上最大風速甚至超過32m/s，達到了12級風的速度，站長通知所有人不得外出，透過窗戶看到巨大的風夾著雪將中山站很多集裝箱逐步掩埋，我們忐忑得很，不知道機器人是怎樣的情況。

第二天是無風天，但整個中山站已經完全改變了模樣，所有裸露的地面都被積雪覆蓋，連站區(qū)的莫愁湖都被積雪完全掩蓋，積雪最厚的地方超過1m。大清早我們趕緊出去找機器人，記得當時把它停在一個集裝箱的后面，遠遠地看到了機器人上部紅色的風機扇葉，其他地方因為氣流產生的漩渦已經被積雪完全覆蓋?！斑€好，機器人還在”。我們輕輕地松了一口氣。

雪后被掩埋的機器人

幾個人用鐵鍬和掃把整整挖弄了一上午，機器人身上的雪才被基本清理干凈，但經過這樣的掩埋之后機器人系統(tǒng)是否正常工作著實讓人擔心。啟動之前，大家?guī)е谂涡φf：“如果這樣都沒事，機器人就真耐凍了。”

旋開機器人發(fā)電機的開關，發(fā)電機一切正常，隨著控制箱內嘀嘀的聲響，系統(tǒng)連接完畢；發(fā)送運動指令，機器人往后退了一下，一切正常！我們長舒了一口氣，后續(xù)的實驗還能繼續(xù)進行，這個意外也意外驗證了系統(tǒng)耐低溫設計的可靠性。

極地的考驗八

隨著時間的推移和實驗的逐步進行，我們離返回的日子越來越近。然而第一次冰蓋實驗的遺憾仍然縈繞在心頭，如果條件允許，我們真希望再去進行一次冰蓋實驗，不給南極之行留下遺憾。但是這時日，內陸隊的雪地車已經保養(yǎng)并封存，如果想去內陸實驗只能通過直升飛機運輸裝備。

直升機吊裝機器人

在和站長溝通并請示科考隊領導后，我們征得同意使用直升飛機進行試驗。

但新的問題又出現在眼前，如何吊裝機器人？如果直接使用直升機吊裝機器人，300kg的機器人在卡32直升機共軸反槳推進系統(tǒng)產生的強大氣流下可能會擺動，在著陸的一瞬間很可能發(fā)生翻滾從而損壞。對此，為了保證安全只能將機器人固定于集裝箱內吊裝。但全尺寸集裝箱接近3000kg自重，卡32吊裝后接近極限載重，機組人員擔心發(fā)生危險，故只能使用半高集裝箱。

新問題接二連三，機器人自身高度高于半高集裝箱入口，無法駛入集裝箱。這時可變角度的擺腿機構發(fā)揮了作用，將擺腿角度變大使底盤降低，機器人在拆卸掉風力發(fā)電機后剛好可以駛入集裝箱。將機器人、風力發(fā)電機和其他配件固定在集裝箱內后，我們終于順利地用直升機將機器人吊到距離內陸出發(fā)基地2km的俄羅斯進步一站附近進行實驗。

珍貴的收獲

回顧整個南極實驗，各種波折和小插曲伴隨著我們在中山站的每一天?；蛟S這正是現場試驗應該反映出來要求我們努力解決的問題?？偨Y這些問題，我們發(fā)現，大多出現在平時不會太注意的細節(jié)上，因為在國內進行科研和實驗工作，即使出現一些疏漏和錯誤，身邊都有十分便利的解決問題的條件和手段。但在南極這種近乎孤島的地方，任何一個小細節(jié)的疏忽都可能會造成無法挽回的損失。試想一下，現在的現場試驗有人全程進行監(jiān)控和維護，未來自主漫游的機器人在工作時，沒有人維護，任何一個細節(jié)考慮不周都會造成不可挽回的結果。

這次南極之行完成了機器人樣機系統(tǒng)的現場試驗，基本驗證了現有結構對南極特有自然環(huán)境的適應性，同時驗證了可再生能源系統(tǒng)在南極運行的穩(wěn)定性和可行性。但一些有待我們進一步解決的問題也被反映出來，例如風能發(fā)電系統(tǒng)功率不高，機器人的持續(xù)工作時間所占比例很小，未來需要提高能源獲取系統(tǒng)的功率密度，使機器人系統(tǒng)工作時間比例提升，從而進行更多的科考作業(yè)；低溫功率電池系統(tǒng)仍然不成熟，在南極夏季工作狀態(tài)基本滿足要求，但冬季氣溫更低或在內陸工作時不能滿足要求；太陽能采集效率較低，剛性的太陽能板會帶來較大的風阻使機器人側翻；衛(wèi)星通信實時性不高，傳輸帶寬較低；冰雷達沒有小型化，機器人搭載較為困難；機器人沒有設計側翻、下陷自救機構，遇到突發(fā)情況后難以脫困；所選輪胎接地壓強較大，雪面原地轉向模式容易發(fā)生下陷，且充氣輪胎存在不可靠因素，擬在未來采用固體輪胎。

這些收獲在項目的后續(xù)科研工作中都是最寶貴的第一手資料，只有經過不斷的“改進—實驗”多輪迭代才能最終設計出滿足南極苛刻自然環(huán)境要求的自主式漫游機器人系統(tǒng)，在未來真正將無人科考站從概念變?yōu)楝F實，形成一個具有國際展示度的亮點，提升中國南極科考技術水平。

內陸出發(fā)基地實驗

南極科考之行也是一段難得的人生經歷，這里是一個與世隔絕的地方，科考之中經歷的種種困難挫折在出發(fā)前都是無法想象的，當這些問題真的擺在面前甚至接踵而至時，我們的團隊沒有產生過動搖和退縮，同時也很感謝其他隊員提供的無私幫助和鼓勵。這段經歷讓我們對科研的意義和對待科研的態(tài)度有了更深刻、更全面的認識，也讓我們發(fā)自內心地更加熱愛自己從事的事業(yè)，以一種榮譽感和使命感激勵自己為機器人學科的發(fā)展去拼搏、去奮斗。借用一位南極科考前輩的話：“南極是一個神秘的地方，只要你踏上過南極的土地，你的一生中都會有南極的烙印。”