八爪魚高效作業平臺機器人

文/中山大學附屬中學 方澤銘 吳世煊 蘇億家 指導教師/陳水炳

目前海上原油泄漏的處理方法主要有兩種，即在海面上可控燃燒和人工打撈。前者造成了資源浪費和大量二氧化碳的排放，后者利用人工打撈回收，費時費力，且十分危險。最重要的是海底泄露的石油呈羽毛狀擴散。這兩種方法都不能很好地對原油泄漏進行妥善的處理。

為了能更好地處理海上原油泄漏的問題，我們模仿八爪魚特性，研究設計出一種高效作業平臺機器人。這個機器人可以在水面上有目的地進行漂浮，通過GPS系統，可以快速到達事故海域。通過機器人的自帶智能控制系統，利用高度敏感的油污傳感器在水面上進行檢測和自動反饋給主控電腦進行分析，智能收集漂浮在水面上的油污，并將油水混合物傳輸到機器人自帶的油水分離處理系統進行處理，將油污和水分離出來。分離過的水直接排放回到大海中，油污則由機器人平臺運回指揮中心進行后續處理。機器人的機身還帶有無線攝像頭，可以將原油泄漏和處理漏油的實時情況傳輸到監控指揮中心；同時也能進行遠程控制，接受監控指揮中心的指令來進行針對性收集和處理。

我們在制作機器人的過程中，首先考慮到要讓機器人能夠在海上收集泄漏的石油，就要對電器元件做好防水工作，否則便會發生短路。于是我們收集了2.5L的空可樂瓶并將其固定在底部，在可樂瓶上方固定一塊30cm×40cm的木板，可樂瓶會提供足夠的浮力，使木板與水面保持一定的距離，避免了設備的浸水。

接著，我們開始安裝機器人的其他功能部位。我們將動力系統安裝在機器人的后部，以兩個舊玩具上拆下來的螺旋槳為動力裝置。為了解決馬達不防水的問題，我們制作了兩根傾斜桿，通過傾斜桿將螺旋槳引下水。通過兩路獨立控制馬達的不同轉速和轉向形成的合力，使機器人能夠在水上朝各方向靈活移動。接下來就是最重要的吸油部分，難點是如何使八個爪的吸盤同時吸油，通過操作之后發現這是最難的。由于是小型水泵，因此要接上8條管并達到較好的效果就只能用細小的管。然而要實現抽油的功能，不僅管要細，且材料的匯集、安裝、氣密性等問題都會影響到抽油，只要一個細節出錯，水泵就很難抽到水。經過反復試驗，我們選擇了醫用輸液管，通過步進電機帶動八個爪靈活地轉動。另外一個重要且難完成的系統便是油量檢測系統。它可以檢測機器人收集的油量，當達到限定值后，便將石油運回岸邊或油輪上。此系統我們用以乒乓球做成的浮標觸動觸碰傳感器來實現，利用機器人收集石油后自身受重力作用下沉的深度不同來控制抽油系統是否工作。當達到限定的深度后，浮標所受的浮力剛好提供足夠的力給觸碰傳感器。通過觸碰傳感器返回的信號，使機器人執行返航的命令。這個系統對精確度要求非常高，我們采用了螺旋桿來控制，精度精確到1mm。最后我們為機器人安裝了前后紅外測距傳感器等，使其實現智能化。我們采用高效率的太陽能板進行工作間隙的能源收集和再利用，自身補給，做到低碳環保。

八爪魚高效作業平臺機器人集創新性、科學性、實用性為一體，不僅能處理原油泄漏和原油污染，還可以在水產養殖方面進行多功能高效作業。例如，在水產養殖時，利用機器人在養殖區域內自動檢測水產的生物種群密度，有針對性地投放飼料和養分，減少大量藥物投放而造成的生態污染等環境問題。