“Adventure Turtle”一种基于生物资源勘探和样本采集的机器龟构造分析

2019-12-05 02:43曾江陈思雨
科技风 2019年31期
关键词:构造勘探

曾江 陈思雨

摘 要:随着人类科技水平的发展,人类将目光投向了广阔的海洋。海洋不仅有丰富的医药资源,还是矿物资源的聚宝盆。勘探器可以代替人类完成海底的探索和勘察任务,勘探器的构造研究对海洋资源的利用和开采具有重要意义。本文简单分析了海底勘探器的几种构造,并分析了它们的优缺点。

关键词:勘探器;勘探;构造

1 设计构造

勘探器如[图1(a)]四个类似“龟脚”的部分为360度可旋转推进器,可以根据所处的环境调节自身的泳姿来达到平衡状态,在必要的情况下可以通过上下升降推进器,来达到自身的需求。中间两个推进器为垂直方向也可以升降,为垂直下潜和上浮提供稳定的动力。

这个类似于“龟壳”造型的空壓载水舱,拥有特殊的高强度浮性,为上下潜浮提供了良好的硬件配置。

类似于“龟的头部”和“龟的尾部”都配备了两个半圆形的透明罩子并且中间贯通,里面布满了各种探测仪器,前后都装有高穿透性大灯,为勘探器的安全和作业保驾护航。

其次在“龟的头部”方位布置了两个类似于蟹钳的机械手,其中一个用来切割还有一个用来抓取物体,并且在它的下方配备了吸取软管,用来收集比较脆弱的物体。同时我们也配备了弹射型捕捉网,用来捕捉移动速度比较快的生物。

为了提供良好的视野和工作需求,四个可旋转推进器下方都配有可旋转的探测灯,为勘探和救援活动提供了便利。

2 方案选择

海底(陆地)爬行装置目前有三种方案可供选择与参考。

2.1 伪履带

履带能够在凹凸不平的区域行走自如,这是海底勘探的优势。为了使勘探器在海底作业更便捷,因此在“龟”的底部设置了一个旋转平台,一种类似于挖掘机上面的结构。此履带被分为四个部分[图1(b)],其中前面两个部分设计相对短一点,利于勘探龟转向,灵活机动性较强。

此履带外部有个可调控开闭的空壳保护套(此材料具有良好的浮性),当不使用爬行装置的时候可以变成双体结构,类似于双体船的底部[图1(c)],当它漂浮在水面的时候可以提供良好的稳性和耐波性。在水下航行时,因其具有优良的曲线形状,可以有效的减少助力,提高勘探器的行进速度。

笔者将上述这个装置定义为“伪履带”。

缺点:“伪履带”行进速度和适应性都不错,但是致命的特点就是重量问题,因为勘探器容量有限,也就决定了他的能源限度,不能长时间的给这么多装置同时供能。

2.2 螃蟹腿

螃蟹是一种适应能力极强的动物,不管小溪山涧,山海湖泊,浅海深海,都遍布着它们的身影,已经在地球上面生活了几百万年,世间万物都遵循着:适者生存,不适者淘汰,所以螃蟹腿[图2(d)]是经历很长时间的考验和验证。并且螃蟹腿可以伸缩折叠,变得非常轻便和小巧,为了方便转向,也需要一个旋转平台与它相配合。

缺点:传感器有些复杂,实际制造比较困难,并且需要借助其他平台才能完成转向,增加了设备的重量,加之行走速度比较缓慢,自身储备能源有限,降低了工作效率。

2.3 蜘蛛腿

蜘蛛腿[图2(e)]具有良好的弹性适合于任何环境,可以360度转向,提高了反映速度行走比较方便,并且也可以折叠收缩。

缺点:需要的传感器比较多,制造比较难,并且检修需要一定的时间,行走速度可能不算太快,但是优于螃蟹腿,其他属性都趋近于完美。

上所述部件各有各的优缺点,笔者认为这些部件可以根据所需任务的特点,通过自由拼装部件来适应相对应的环境,可以提高作业效率。下面附上其中一种伪履带组合体的效果图[图2(f)]。

3 未来探想

最后,描述一下未来深海生物资源探索的构想。为了减少对深海的环境破环与干扰,我们的深水探测器必须是“黒室”。这里的“黒室”是指我们的机器人外部是无光源的,机器表面可能会有一定温度,如果有可能,除了采样口其他地方采用隔绝热交换结构。这样做的目的是为了保证实验“黒室”是一个能够几乎不会对深海环境造成影响的理想的实验基站。

升级版的深海“Adventure Turtle”的工作流程:

从母船上丢入海里→沉入指定监测点→采集生物样本→对样本进行分析→得出样本数据→通过通讯设备、向地面传输数据→进行分析研究形成结论→以后监测的数据根据结论总结自行生成报告。

4 结语

本文主要提出了勘探龟的外形构造概念,阐述了三种设计方法,其各有利弊,根据不同的作业环境,内部的部件可自由组装更换,方便快捷。内部的配置还在进一步的研究中。

参考文献:

[1]张莉.世界海洋经济发展趋势及对我国的启示[N].中国海洋报,2007-03-13.

[2]张盟.青岛市海洋优势产业选择与发展对策研究[D].中国海洋大学,2015.

[3]于效群.我国海洋开发的现状与展望[J].海洋开发,1984(01):15-21.

作者简介:曾江(1997-),男,江苏泰州人,本科,研究方向:船体设计;陈思雨(1995-),女,湖北襄阳人,硕士,研究方向:抖振分析。

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