論一槳雙用無(wú)纜水中機(jī)器人

李慕涵

[摘 要] 無(wú)纜水下機(jī)器人，習(xí)慣稱為自主式水下潛器（Autonomous Underwater Vehicle，簡(jiǎn)稱AUV）。自主式水下機(jī)器人是新一代水下機(jī)器人，具有活動(dòng)范圍大、機(jī)動(dòng)性好、安全、智能化等優(yōu)點(diǎn)，成為完成各種水下任務(wù)的重要工具。無(wú)纜水下機(jī)器人具有活動(dòng)范圍不受電纜限制、隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)無(wú)纜水下機(jī)器人電池負(fù)重大，續(xù)航時(shí)間有限。隨著無(wú)纜水下機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，使得其對(duì)續(xù)航時(shí)間的要求日益提高。設(shè)想一槳雙用推進(jìn)器把微型水流發(fā)電機(jī)運(yùn)用到無(wú)纜水下機(jī)器人的作業(yè)中，將水流發(fā)電機(jī)與推進(jìn)器進(jìn)行有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人需要行進(jìn)時(shí)螺旋槳作為推進(jìn)部件使用，機(jī)器人水中靜止時(shí)可將螺旋槳作為葉片利用水流動(dòng)力進(jìn)行發(fā)電為蓄電池充電，擺脫傳統(tǒng)無(wú)纜水下機(jī)器人電池負(fù)重大和續(xù)航時(shí)間有限的限制，可以減輕機(jī)器人負(fù)重，增加續(xù)航時(shí)間，并有效利用水流資源，實(shí)現(xiàn)無(wú)限潛水作業(yè)的可能。

[關(guān) 鍵 詞] 創(chuàng)意；科學(xué)；原理

發(fā)展越來(lái)越快的高科技智能化設(shè)備、無(wú)人駕駛汽車(chē)、掃地機(jī)器人等，一些原先想都想不到的產(chǎn)品。參觀了機(jī)器人大賽后受益匪淺。智能高科技離我們?cè)絹?lái)越近，很多的工作被機(jī)器替代，高科技也在我們的生活和工作中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，如何更好的利用機(jī)器替代人類(lèi)去完成一些高危作業(yè)，更好地服務(wù)于工作，也是我們?cè)谌招略庐惖陌l(fā)展中應(yīng)該關(guān)注和研究的。

一、創(chuàng)意來(lái)源

由于水下環(huán)境惡劣危險(xiǎn)，人的潛水深度有限，所以水下機(jī)器人已成為人類(lèi)探索水下世界的重要工具。它可用于檢查水中建筑結(jié)構(gòu)的好壞，偵察危險(xiǎn)品，觀察水下目標(biāo)，進(jìn)行海上搜救、近海搜索，尋找水下污染源等。但水下機(jī)器人的發(fā)展也遇到能源系統(tǒng)（蓄電池）負(fù)載過(guò)大、容量有限、續(xù)航時(shí)間過(guò)短等問(wèn)題。因此，解決這些問(wèn)題成為了關(guān)鍵。通過(guò)閱讀一些資料，并且隨著物理知識(shí)的不斷積累，我想到了將水流發(fā)電機(jī)與無(wú)纜水下機(jī)器人結(jié)合，并在此基礎(chǔ)上讓水流發(fā)電機(jī)與推進(jìn)器共用螺旋槳，減輕負(fù)重，由此產(chǎn)生了一槳雙用無(wú)纜水下機(jī)器人的創(chuàng)意構(gòu)想。

二、運(yùn)用的科學(xué)原理

1.水下機(jī)器人在下潛、上浮、前進(jìn)時(shí)需要通過(guò)電池輸出電能，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生推動(dòng)力來(lái)改變機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向。這個(gè)過(guò)程是將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過(guò)程。

2.水下機(jī)器人在懸停作業(yè)或拋錨待命時(shí)，可利用水流的動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)螺旋槳葉片，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)利用電磁感應(yīng)原理將水流的能量轉(zhuǎn)化為電能輸出，從而給電池充電，此過(guò)程是水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能的過(guò)程。

3.利用電機(jī)的可逆性，直流電機(jī)在理論上可以當(dāng)作發(fā)電機(jī)使用。

三、具體結(jié)構(gòu)

如圖：

四、創(chuàng)新點(diǎn)

1.將水流發(fā)電機(jī)與水下機(jī)器人結(jié)合，有效利用水流能量，可使水下機(jī)器人的續(xù)航時(shí)間大大延長(zhǎng)。

2.推進(jìn)器一槳雙用，一個(gè)螺旋槳同時(shí)兼顧推進(jìn)部件和能量回收的功能，解決負(fù)載過(guò)重的問(wèn)題。

3.通過(guò)循環(huán)利用綠色的水流資源，將減少上岸充電帶來(lái)的反復(fù)操作。

五、應(yīng)用前景

如果此構(gòu)想得到有效實(shí)現(xiàn)，可以為無(wú)纜水中機(jī)器人的應(yīng)用提供更廣闊的發(fā)展空間，可以更好的發(fā)揮水下機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。在利用一槳雙用推進(jìn)器解決了負(fù)重和續(xù)航問(wèn)題后，可以為水下機(jī)器人創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境，還有可能實(shí)現(xiàn)無(wú)限續(xù)航。另外，如果實(shí)現(xiàn)螺旋槳一槳雙用，不僅可以運(yùn)用到水下機(jī)器人中，也可以廣泛運(yùn)用到各種水下作業(yè)，甚至空中作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)利益最大化。

目前，一槳雙用無(wú)纜水下機(jī)器人雖然還處于構(gòu)想階段，尤其是如何實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)與發(fā)電的快速轉(zhuǎn)換還有待研究。但可以看出它有很好的發(fā)展前景，經(jīng)過(guò)不斷的試驗(yàn)和改進(jìn)，我相信可以實(shí)現(xiàn)，并且會(huì)發(fā)揮它不可替代的作用，為水中作業(yè)提供良好的保障，隨著科技的日益發(fā)展，更多的高科技產(chǎn)品越來(lái)越多的應(yīng)用到我們的生活中，各種的困難肯定會(huì)解決，我也會(huì)一直探索下去。

[作者單位]山東省濱州市北鎮(zhèn)中學(xué)

（編輯：趙文靜）