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

曾江　陳思雨

摘?要：隨著人類科技水平的發展，人類將目光投向了廣闊的海洋。海洋不僅有豐富的醫藥資源，還是礦物資源的聚寶盆。勘探器可以代替人類完成海底的探索和勘察任務，勘探器的構造研究對海洋資源的利用和開采具有重要意義。本文簡單分析了海底勘探器的幾種構造，并分析了它們的優缺點。

關鍵詞：勘探器;勘探;構造

1 設計構造

勘探器如[圖1（a）]四個類似“龜腳”的部分為360度可旋轉推進器，可以根據所處的環境調節自身的泳姿來達到平衡狀態，在必要的情況下可以通過上下升降推進器，來達到自身的需求。中間兩個推進器為垂直方向也可以升降，為垂直下潛和上浮提供穩定的動力。

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

類似于“龜的頭部”和“龜的尾部”都配備了兩個半圓形的透明罩子并且中間貫通，里面布滿了各種探測儀器，前后都裝有高穿透性大燈，為勘探器的安全和作業保駕護航。

其次在“龜的頭部”方位布置了兩個類似于蟹鉗的機械手，其中一個用來切割還有一個用來抓取物體，并且在它的下方配備了吸取軟管，用來收集比較脆弱的物體。同時我們也配備了彈射型捕捉網，用來捕捉移動速度比較快的生物。

為了提供良好的視野和工作需求，四個可旋轉推進器下方都配有可旋轉的探測燈，為勘探和救援活動提供了便利。

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域行走自如，這是海底勘探的優勢。為了使勘探器在海底作業更便捷，因此在“龜”的底部設置了一個旋轉平臺，一種類似于挖掘機上面的結構。此履帶被分為四個部分[圖1（b）]，其中前面兩個部分設計相對短一點，利于勘探龜轉向，靈活機動性較強。

此履帶外部有個可調控開閉的空殼保護套（此材料具有良好的浮性），當不使用爬行裝置的時候可以變成雙體結構，類似于雙體船的底部[圖1（c）]，當它漂浮在水面的時候可以提供良好的穩性和耐波性。在水下航行時，因其具有優良的曲線形狀，可以有效的減少助力，提高勘探器的行進速度。

筆者將上述這個裝置定義為“偽履帶”。

缺點：“偽履帶”行進速度和適應性都不錯，但是致命的特點就是重量問題，因為勘探器容量有限，也就決定了他的能源限度，不能長時間的給這么多裝置同時供能。

2.2 螃蟹腿

螃蟹是一種適應能力極強的動物，不管小溪山澗，山海湖泊，淺海深海，都遍布著它們的身影，已經在地球上面生活了幾百萬年，世間萬物都遵循著：適者生存，不適者淘汰，所以螃蟹腿[圖2（d）]是經歷很長時間的考驗和驗證。并且螃蟹腿可以伸縮折疊，變得非常輕便和小巧，為了方便轉向，也需要一個旋轉平臺與它相配合。

缺點：傳感器有些復雜，實際制造比較困難，并且需要借助其他平臺才能完成轉向，增加了設備的重量，加之行走速度比較緩慢，自身儲備能源有限，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境，可以360度轉向，提高了反映速度行走比較方便，并且也可以折疊收縮。

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

上所述部件各有各的優缺點，筆者認為這些部件可以根據所需任務的特點，通過自由拼裝部件來適應相對應的環境，可以提高作業效率。下面附上其中一種偽履帶組合體的效果圖[圖2（f）]。

3 未來探想

最后，描述一下未來深海生物資源探索的構想。為了減少對深海的環境破環與干擾，我們的深水探測器必須是“黒室”。這里的“黒室”是指我們的機器人外部是無光源的，機器表面可能會有一定溫度，如果有可能，除了采樣口其他地方采用隔絕熱交換結構。這樣做的目的是為了保證實驗“黒室”是一個能夠幾乎不會對深海環境造成影響的理想的實驗基站。

升級版的深海“Adventure Turtle”的工作流程：

從母船上丟入海里→沉入指定監測點→采集生物樣本→對樣本進行分析→得出樣本數據→通過通訊設備、向地面傳輸數據→進行分析研究形成結論→以后監測的數據根據結論總結自行生成報告。

4 結語

本文主要提出了勘探龜的外形構造概念，闡述了三種設計方法，其各有利弊，根據不同的作業環境，內部的部件可自由組裝更換，方便快捷。內部的配置還在進一步的研究中。

參考文獻：

[1]張莉.世界海洋經濟發展趨勢及對我國的啟示[N].中國海洋報，2007-03-13.

[2]張盟.青島市海洋優勢產業選擇與發展對策研究[D].中國海洋大學，2015.

[3]于效群.我國海洋開發的現狀與展望[J].海洋開發，1984（01）：15-21.

作者簡介：曾江（1997-），男，江蘇泰州人，本科，研究方向：船體設計;陳思雨（1995-），女，湖北襄陽人，碩士，研究方向：抖振分析。