2007年，时任机器人学国家重点实验室常务主任韩建达牵头，与中国极地研究中心和北京航空航天大学合作申报“863计划”极地科考机器人课题，开始了我所南极科考机器人发展历程。根据分工，我所负责极地冰雪面移动机器人的研究任务。
万事开头难，研制南极科考机器人最大的困难在于我们没有去过南极，不了解南极的基本情况。此前，我所水下机器人研究室参加过北极科考，但还没有人去过南极，对南极地形、地貌、风雪、光照、地磁等基本情况的了解，都源于文献和中国极地研究中心合作课题组人员的口述。所以，我国第一代南极科考机器人的研制工作就是在这样的条件下开始了。
根据研究基础和课题要求，“十一五”南极科考机器人的研究重点放在关键技术上。由于没有去过南极，对于南极地形恶劣程度的预判相对谨慎，课题组提出南极科考机器人的移动机构采用了地形适应能力强，但结构十分复杂的两驱动履带和四摆腿的结构形式，履带参考了P300雪地车履带设计。当时吴镇炜是控制组组长，负责调配人员。课题执行负责人是赵忆文，运动控制算法是何玉庆，机构设计人员有肖天富和刚毕业不久的沈宝宏，我负责控制器软件工作。2007年底，根据计划要参加南极科考，所以机器人系统研制时间很紧。最终通过课题负责人的精心计划、组织、协调，以及同事和学生们的共同努力，在10月初完成了我国第一台南极地面机器人关键技术验证样机的研制，10月下旬运至上海码头，装上雪龙号科学考察船。
2007年，韩建达和赵忆文参加了我国第24次南极科学考察，这是我所人员首次进行南极现场考察，也是我国南极科考机器人第一次执行现场考察任务。在这一过程中，他们克服了第一次去南极、第一次过西风带、第一次适应科考队管理后勤模式进行实际测试、第一次在中山站外宿营试验等多个“第一次”困难。最终，在中山站后勤保障支持下，我国第一台南极科考机器人关键技术验证样机在现场成功完成试验科目，实现了现场试验目标。
韩建达和赵忆文回所后，根据南极现场测试情况和南极实地考察情况，提出了机器人改进方案。主要改进是大幅简化和优化移动机构，只保留驱动机构，驱动履带采用橡胶材料。此外，针对南极可见冰裂隙，开展基于激光等多传感器的环境建模与裂隙识别技术研究，由韩建达的两个博士研究生负责，早期是周波、后来是邱权。轨迹跟踪由赵忆文的硕士研究生负责，控制软件由我的学生鲁京立负责。远程控制软件由宋大雷编写。后期宋国立、刘鹏参加了机器人的测试等工作。
2008年，根据系统改进方案，研制出第二款极地机器人关键技术与演示验证样机，并在当年冬天在沈阳棋盘山秀湖冰雪面进行了验证试验。从实验效果看，改进和优化后的机器人在轻量化、机动性、可部署等实用性方面有了很大提升。另外，还与中国极地研究中心联合进行了气象站载荷搭载和科考应用实验。后来，“十一五”极地机器人项目在上海中国极地研究中心顺利通过验收。
在“十一五”研究基础上，南极科考机器人在“十二五”继续得到国家“863计划”支持。期间，我国极地机器人研究团队有所扩大，包括沈阳自动化所、中国极地研究中心、北京航空航天大学、北京理工大学、中科院电子所和上海大学，但核心研发团队仍是沈阳自动化所所。我所主要负责三型机器人研制任务，即面向大范围科考需求，研制旋翼飞行机器人、冰盖漫游机器人两型科考装备，开展示范应用。此外，面向超长航程探索基于可再生能源的冰盖漫游机器人关键技术，并进行原理验证。
韩建达、赵忆文和我一起讨论了冰盖漫游机器人技术路线，我具体负责冰盖漫游机器人装备研制工作实施。机器人续航指标由此前的10公里，提高到100公里。围绕这一核心指标，课题组在总结“十一五”期间极地机器人研究经验教训基础上，提出了采用传统车辆加无人驾驶的技术路线。就是以现有越野车底盘基础进行无人化改造，同时为降低研制风险，决定先研制一台小型的原理样机进行可行性验证，之后再根据试验情况进行冰盖漫游机器人装备样机的系统设计。
在此期间，在极地机器人研制过程中发挥重要作用的博士研究生陈成加入研究团队，重点负责控制系统软件。陈成十分勤奋刻苦，每天都工作到晚上11点多，每周只休息一天，他学习精神和工作态度让我十分钦佩，以至于后来在培养其他研究生时总会拿陈成做榜样。大约2011年4月初，冰盖漫游机器人实验样机方案确定后，我们根据调研情况抓紧采购供货期周期长的材料，以便尽早开始系统集成。为了有效利用时间，我们在材料采购完之后就开始控制软件的编写和准备。经过反复沟通和确认，除进口的三角履带外，其他主要材料在7月底前基本到货。我们开始加班加点进行系统装配、调试测试。记得那年“十一”没有放假，将本来做机械臂遥操作控制器的研究生邢葆轶紧急“征调”过来。经过努力，10月中旬完成了系统研制，设备被运上雪龙号科考船。随后，我和陈成作为现场执行人参加了中国第28次南极科考队。由于没有南极现场经验，我心里还是有些忐忑，脑子里总想着可能会发生的各种情况和应对方案。雪龙船于11月28日到达中山站，那天正好是我的生日，考察队李院生队长还给我发了生日贺卡。
在南极期间，我和陈成在中山站区附近、内陆出发基地附近进行了大量实验，包括移动机构适应性、环境感知、地图实时构建、路径规划与轨迹跟踪。在出发基地附近，还完成了我国地面机器人在南极冰盖的30公里自主驾驶测试。通过第28次南极考察现场测试，表明冰盖漫游机器人传统车辆加无人驾驶的技术路线，是有效的、可行的，这为装备样机研制奠定了试验基础。
2012年3月，我和陈成从南极回到国内，向韩建达、赵忆文进行了汇报，讨论了冰盖漫游机器人装备样机系统方案，确定继续采用越野底盘加无人驾驶改造的技术路线。这期间，王争、李志海、孙维相继加入极地机器人课题组，其中王争负责极地机器人轨迹跟踪和底盘驾驶机构控制软件，李志海负责驾驶机构设计、孙维配合进行具体设计。由于工程样机的底盘与实验样机不同，王争在驾驶机构控制方面做了大量工作。在环境感知和自主导航系统方面，在试验样机基础上对传感器系统进行了升级，将单激光增加为两个激光，环境感知算法也相应改进，减少了障碍物的误报情况，结合人工干预，基本解决了冰盖漫游机器人的可见裂隙负障碍以及正障碍的识别问题。
2012年底，课题组对冰盖漫游机器人工程样机底盘和三角履带进行了集成测试。2013年底，对自驾机构与控制、环境感知与自主导航、轨迹跟踪与避碰进行了测试，与中科院电子所还做了探冰雷达的集成和应用测试。
2014年，王争和石玉玉参加了我国第31次南极现场考察。那次科考任务较重，他俩带了飞行和地面机器人两类系统、多套设备，每类机器人要开展多个试验。地面机器人的现场考察任务是执行我国南极冰盖机场的选址勘查任务。勘查地点距离中山站有50公里远。试验期间，他们和北京航空航天大学的两位同志就吃住在临时生活舱中，克服了诸多困难。在这次南极科考中，我所研制的冰盖漫游机器人、旋翼飞行机器人在南极现场进行了示范应用，标志着我所极地机器人技术研究在“十二五”期间实现了从原理样机到装备的跨越！2015年3月，王争和石玉玉回到沈阳，这里还有些小插曲，王争2014年9月份结婚，10月底就被派往南极科考；石玉玉是少数民族，在饮食方面也有诸多不便。但为了科研事业，他们克服了困难，圆满完成了科研任务。
2017年，在“十一五”、“十二五”研究基础上，南极探路机器人应用获得新突破。7月底，原中国极地中心副主任、第28次领队李院生研究员找到我，由于他负责的冰钻项目要在埃默里冰架进行示范应用，希望利用我们的机器人为示范应用确立安全的冰盖路线。在南极科考中，最大的危险是不可见的冰裂隙，探路在科考中属于安全问题，是头等大事。所以，探路机器人技术一直以来是我们研制南极科考机器人重点方向之一。
2017年7月至10月，距离雪龙船出发只剩下不到4个月时间，加上现有的机器人由于各种原因都不能直接用，所以需要重新开发。经过团队研究、确认库存材料，我们决定承担此次任务。于是，又开始了紧张的系统开发和集成。由于时间紧，不求最全，只求可靠解决问题，在方案上力求简单实用。根据南极科考机器人研究和试验经验，这次南极探路我们采用了轮式底盘，这对于降低机器人系统复杂度、缩短研制时间起到重要作用。最终，在团队不懈努力下，课题组于10月底完成探路机器人研制。探路机器人在南极应用中完成测线140公里，调试和测试路线总长度超过200公里，实现了我国南极探路机器人的首次应用。课题组眭晋作为入所不到两年的新职工，执行了探路机器人的南极应用任务，以出色的表现，赢得了中国极地中心和中山站领导和同事的认可。
2018年，南极科考机器人研制已进入第十二个年头，我所已经成为国内南极科考机器人技术研发的中坚力量，极地机器人伴随着我所的蓬勃发展而逐渐壮大。展望未来，随着我国牵头的“三级”国际科学计划的深入实施，我所南极科考机器人发展将迎来更多的发展机遇，必将为中国和世界极地科学探索做出更大贡献！
作者：
卜春光，男，1971年11月出生。1999年4月至今在沈阳自动化研究所工作，副研究员。
