“Adventure Turtle”一種基于生物資源勘探和樣本采集的機(jī)器龜構(gòu)造分析

曾江　陳思雨

摘?要：隨著人類科技水平的發(fā)展，人類將目光投向了廣闊的海洋。海洋不僅有豐富的醫(yī)藥資源，還是礦物資源的聚寶盆?？碧狡骺梢源嫒祟愅瓿珊５椎奶剿骱涂辈烊蝿?wù)，勘探器的構(gòu)造研究對(duì)海洋資源的利用和開(kāi)采具有重要意義。本文簡(jiǎn)單分析了海底勘探器的幾種構(gòu)造，并分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：勘探器;勘探;構(gòu)造

1 設(shè)計(jì)構(gòu)造

勘探器如[圖1（a）]四個(gè)類似“龜腳”的部分為360度可旋轉(zhuǎn)推進(jìn)器，可以根據(jù)所處的環(huán)境調(diào)節(jié)自身的泳姿來(lái)達(dá)到平衡狀態(tài)，在必要的情況下可以通過(guò)上下升降推進(jìn)器，來(lái)達(dá)到自身的需求。中間兩個(gè)推進(jìn)器為垂直方向也可以升降，為垂直下潛和上浮提供穩(wěn)定的動(dòng)力。

這個(gè)類似于“龜殼”造型的空壓載水艙，擁有特殊的高強(qiáng)度浮性，為上下潛浮提供了良好的硬件配置。

類似于“龜?shù)念^部”和“龜?shù)奈膊俊倍寂鋫淞藘蓚€(gè)半圓形的透明罩子并且中間貫通，里面布滿了各種探測(cè)儀器，前后都裝有高穿透性大燈，為勘探器的安全和作業(yè)保駕護(hù)航。

其次在“龜?shù)念^部”方位布置了兩個(gè)類似于蟹鉗的機(jī)械手，其中一個(gè)用來(lái)切割還有一個(gè)用來(lái)抓取物體，并且在它的下方配備了吸取軟管，用來(lái)收集比較脆弱的物體。同時(shí)我們也配備了彈射型捕捉網(wǎng)，用來(lái)捕捉移動(dòng)速度比較快的生物。

為了提供良好的視野和工作需求，四個(gè)可旋轉(zhuǎn)推進(jìn)器下方都配有可旋轉(zhuǎn)的探測(cè)燈，為勘探和救援活動(dòng)提供了便利。

2 方案選擇

海底（陸地）爬行裝置目前有三種方案可供選擇與參考。

2.1 偽履帶

履帶能夠在凹凸不平的區(qū)域行走自如，這是海底勘探的優(yōu)勢(shì)。為了使勘探器在海底作業(yè)更便捷，因此在“龜”的底部設(shè)置了一個(gè)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，一種類似于挖掘機(jī)上面的結(jié)構(gòu)。此履帶被分為四個(gè)部分[圖1（b）]，其中前面兩個(gè)部分設(shè)計(jì)相對(duì)短一點(diǎn)，利于勘探龜轉(zhuǎn)向，靈活機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)。

此履帶外部有個(gè)可調(diào)控開(kāi)閉的空殼保護(hù)套（此材料具有良好的浮性），當(dāng)不使用爬行裝置的時(shí)候可以變成雙體結(jié)構(gòu)，類似于雙體船的底部[圖1（c）]，當(dāng)它漂浮在水面的時(shí)候可以提供良好的穩(wěn)性和耐波性。在水下航行時(shí)，因其具有優(yōu)良的曲線形狀，可以有效的減少助力，提高勘探器的行進(jìn)速度。

筆者將上述這個(gè)裝置定義為“偽履帶”。

缺點(diǎn)：“偽履帶”行進(jìn)速度和適應(yīng)性都不錯(cuò)，但是致命的特點(diǎn)就是重量問(wèn)題，因?yàn)榭碧狡魅萘坑邢?，也就決定了他的能源限度，不能長(zhǎng)時(shí)間的給這么多裝置同時(shí)供能。

2.2 螃蟹腿

螃蟹是一種適應(yīng)能力極強(qiáng)的動(dòng)物，不管小溪山澗，山海湖泊，淺海深海，都遍布著它們的身影，已經(jīng)在地球上面生活了幾百萬(wàn)年，世間萬(wàn)物都遵循著：適者生存，不適者淘汰，所以螃蟹腿[圖2（d）]是經(jīng)歷很長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)和驗(yàn)證。并且螃蟹腿可以伸縮折疊，變得非常輕便和小巧，為了方便轉(zhuǎn)向，也需要一個(gè)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)與它相配合。

缺點(diǎn)：傳感器有些復(fù)雜，實(shí)際制造比較困難，并且需要借助其他平臺(tái)才能完成轉(zhuǎn)向，增加了設(shè)備的重量，加之行走速度比較緩慢，自身儲(chǔ)備能源有限，降低了工作效率。

2.3 蜘蛛腿

蜘蛛腿[圖2（e）]具有良好的彈性適合于任何環(huán)境，可以360度轉(zhuǎn)向，提高了反映速度行走比較方便，并且也可以折疊收縮。

缺點(diǎn)：需要的傳感器比較多，制造比較難，并且檢修需要一定的時(shí)間，行走速度可能不算太快，但是優(yōu)于螃蟹腿，其他屬性都趨近于完美。

上所述部件各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，筆者認(rèn)為這些部件可以根據(jù)所需任務(wù)的特點(diǎn)，通過(guò)自由拼裝部件來(lái)適應(yīng)相對(duì)應(yīng)的環(huán)境，可以提高作業(yè)效率。下面附上其中一種偽履帶組合體的效果圖[圖2（f）]。

3 未來(lái)探想

最后，描述一下未來(lái)深海生物資源探索的構(gòu)想。為了減少對(duì)深海的環(huán)境破環(huán)與干擾，我們的深水探測(cè)器必須是“黒室”。這里的“黒室”是指我們的機(jī)器人外部是無(wú)光源的，機(jī)器表面可能會(huì)有一定溫度，如果有可能，除了采樣口其他地方采用隔絕熱交換結(jié)構(gòu)。這樣做的目的是為了保證實(shí)驗(yàn)“黒室”是一個(gè)能夠幾乎不會(huì)對(duì)深海環(huán)境造成影響的理想的實(shí)驗(yàn)基站。

升級(jí)版的深?！癆dventure Turtle”的工作流程：

從母船上丟入海里→沉入指定監(jiān)測(cè)點(diǎn)→采集生物樣本→對(duì)樣本進(jìn)行分析→得出樣本數(shù)據(jù)→通過(guò)通訊設(shè)備、向地面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)→進(jìn)行分析研究形成結(jié)論→以后監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)根據(jù)結(jié)論總結(jié)自行生成報(bào)告。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要提出了勘探龜?shù)耐庑螛?gòu)造概念，闡述了三種設(shè)計(jì)方法，其各有利弊，根據(jù)不同的作業(yè)環(huán)境，內(nèi)部的部件可自由組裝更換，方便快捷。內(nèi)部的配置還在進(jìn)一步的研究中。

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作者簡(jiǎn)介：曾江（1997-），男，江蘇泰州人，本科，研究方向：船體設(shè)計(jì);陳思雨（1995-），女，湖北襄陽(yáng)人，碩士，研究方向：抖振分析。