關于工業設計及機械設計制造技術的應用研究

張 冉

（鄭州航空工業管理學院，河南 鄭州 450046）

深水探測器，是用于水下觀察、測量、檢修以及打撈等水下應用的設備，有纜遙控探測器ROV（Remote Operated Vehicle）和自主式水下探測器AUV（Autonomous Underwater Vehicle）有纜遙控探測器ROV（Remote Operated Vehicle）和自主式水下探測器AUV（Autonomous Underwater Vehicle）。ROV與AUV的不同之處在于ROV不能自帶動力能源，其動力必須由母船提供，并通過母船來遠程控制其在水下的活動。在未來，在水下探測器的市場上AUV將占有主導地位，以現階段AUV為主要研究對象。

1 水下探測器的市場前景和使用價值

1）使用群體。深水探測器的大部分使用群體是水下救援工作者、水下探索愛好者、水下養殖企業等。而對這部分人來說，在沒有深水探測器的時間里，他們不得不使用人工水下操作甚至親自下水，只要有人在水下工作就難免會出現各種意外，誰也無法保證工作者的生命安全，他們需要的就是可以代替他們進行水下探測的機器，而且需要操作系統簡單便捷，只要可以代替他們完成水下測量和探測作業，就可以大大減少水下工作的危險系數，工作者也有了安全保障。

2）不同探測器類型。（1）消費型水下探測器。可分為娛樂與教育兩類。娛樂類型產品分為水下推進器和水下拍攝機器人兩種。水下推進器的結構比較簡單，其中包括推進器殼體、電池、控制裝置、驅動電機、傳動裝置、螺旋槳及浮力裝置7部分。通過手持推進器的方式控制在水中的活動，調節推進器的轉速獲得不同程度的助力提高游行速度，推進器不僅可以幫助人們進行游泳的運動，并且可以將游泳者帶入水下較深區域協助使用者進行一系列的觀光等活動。（2）工業級水下機器人。工業級的水下機器人產品種類繁多，這也是因為各個行業的需求不同所導致的，整體來看就是在現有的推進器上加上產業所需要的機械產品，由于行業需求不同，所以各種設備加裝的整合方案就會存在差異性，所以對于技術的實現要求就要高很多。（3）軍工級水下機器人。軍工級水下機器人因國家的需求而逐步發展，它與娛樂和工業的顯著差別就在于其成本過高、技術難度大、研發周期長等。軍工級水下機器人不僅對自身的要求極其嚴格，而且它要求人們對于它的技術不斷創新不能停滯不前，這也就是我國軍工業強大的原因。

2 深水探測器設計可行性分析

深水探測器設計將在目前水下探測器的結構基礎上進行創新、改良和改造，通過對水下環境的思考，對功能上的完善，打造一款多功能的深水探測器。主要結構有：扁平滑外觀結構：不同于目前市場上的主流水下探測器造型，此造型可大幅度降低水下移動產生的阻力且可靈活移動，結合仿生學水下探測器和無人機的優點，可使產品在水下行動自如。側翼旋漿結構：產品兩翼帶有控制升降的旋漿結構。推進結構：產品尾部為三個推進器，上面兩個小推進器可控制左右移動，下面的較大推進器控制移動的速度。照明結構：產品前端帶有照明燈。實時傳輸裝置：在產品前端照明燈的下面為實時傳輸攝像頭，可觀察水底情況也可錄制視頻。緊急自救裝置：產品頂部為緊急自救盒，當產品緊急斷電時，該裝置自動打開，里面的急救氣囊將緊急打開將產品浮出水面。測量裝置與控制裝置：在產品底部有兩個測量裝置，左側為溫度測量裝置右側為水流速度測量裝置。產品內部為操作控制主板，內嵌GPS定位系統。

3 市場可行性分析

目前的深水探測器市場產品價格高、功能較為單一、操作較為復雜，使用客戶僅存在于大型企業和有經濟能力的水下愛好者，并不能做到普及。隨著時代的快速發展，人們開始對水下進行更進一步的探索，在水下的工作也逐漸增多，且人們的安全意識也逐漸增高，這也就導致這種高危行業的工作人員日漸減少，目前就缺少能夠代替人工大眾化的產品，若該產品的價格和功能都在可控范圍內，該產品在未來將會有很大的市場。

4 深水探測器的材料可行性分析

深水探測器的設計是基于目前市場水下探測器的基礎上的創新與改良，就目前的市場水下探測器材料，常見的材質有鈦材料、泡沫材料、聚合體材料等，這些材料無疑讓產品的造價變得很高，人們對深水探測器的需求也在日漸增高，人們目前的要求也僅僅只是價格低廉且功能相對完善，若該產品的價格和功能都在可控范圍內，采用低廉的PVC硬板和疏水劑以及防水膠作為制作材料。

5 目前市場上深水探測器存在以下幾個問題

深水探測器全程在水下進行操作，造型如果過于笨重且表面積過大的話會導致水下阻力增大，這樣不僅會造成能源不必要的消耗也會使產品在水下行動不便。所以在造型方面進行創新，采用扁平滑式外殼，使水下阻力大幅降低，提高產品在水下的靈敏度。

深水探測器在水下主要進行信息的采集與測量，所以產品的密閉性和防水性必須過關，這一點現有的水下產品做得已經非常到位了，可以利用現有的科技來達成這一目標。

目前市場上的水下探測器，主要還是利用的仿生學，包括外觀、移動方式和操作方式，這樣也就會導致產品在水下移動緩慢，并不能做到行動自如，而這款深水探測器，利用尾部以及兩翼總共5個推進器，可以接近達到無人機的靈敏度，也可稱其為“水下無人機”

對于目前市場上水下測量方式，現階段的水下探測器只可以觀察水下情況，并不能測量相關數據，如果需要測量數據還要利用別的儀器，這樣就會很麻煩，所以將必要的測量與深水探測器相結合，這樣在水下勘測的時候就可以一并測量多種數據，省時省力。

6 深水探測器設計概念研究

深水探測器的功能強大但是不能被廣泛應用，說明人們對深水探測器的作用尚不明確，也正因為如此，深水探測器才會被大家淡忘，但歸根結底還是大家對水下作業的安全沒有重視，并且現階段水下儀器的造價昂貴，所以造成了水下機器少的情況。如果深水探測器能夠達到造價低且能達到無人機一樣的效果，那么就可以極大程度上降低水下探測的難度和風險，深水作業者的安全問題也就有了保障。現階段的功能雖然有些成色但還不夠成熟，水下避障、自動返航、緊急自救、水下測量等功能還不完善，所以還需要很多改進的地方，外形設計也可以嘗試創新，能夠極大程度地減少水下阻力就能剩下大部分能源。

7 結束語

工業革命帶動了世界科技的發展，隨著科技的不斷進步，人們開始對未知進行探索，深水就是探索的重要一部分，深水探測器從那時起就誕生了，到現在，人們開始水下作業，深水探測器也是水下作業者最好的替代產品。在對深水探測器現狀、市場、功能進行研究的基礎上，對深水探測器在普及化及功能需求上進行研究，現階段的功能雖然有些成色但還不夠成熟，水下避障、自動返航、緊急自救、水下測量等功能還不完善，所以還需要很多改進的地方，外形設計也可以嘗試創新，能夠極大程度地減少水下阻力就能省下大部分能源。