論一槳雙用無纜水中機器人

李慕涵

[摘 要] 無纜水下機器人，習慣稱為自主式水下潛器（Autonomous Underwater Vehicle，簡稱AUV）。自主式水下機器人是新一代水下機器人，具有活動范圍大、機動性好、安全、智能化等優(yōu)點，成為完成各種水下任務的重要工具。無纜水下機器人具有活動范圍不受電纜限制、隱蔽性好等優(yōu)點。但傳統(tǒng)無纜水下機器人電池負重大，續(xù)航時間有限。隨著無纜水下機器人在現(xiàn)實生產(chǎn)中的運用越來越廣泛，使得其對續(xù)航時間的要求日益提高。設想一槳雙用推進器把微型水流發(fā)電機運用到無纜水下機器人的作業(yè)中，將水流發(fā)電機與推進器進行有效結合，實現(xiàn)機器人需要行進時螺旋槳作為推進部件使用，機器人水中靜止時可將螺旋槳作為葉片利用水流動力進行發(fā)電為蓄電池充電，擺脫傳統(tǒng)無纜水下機器人電池負重大和續(xù)航時間有限的限制，可以減輕機器人負重，增加續(xù)航時間，并有效利用水流資源，實現(xiàn)無限潛水作業(yè)的可能。

[關 鍵 詞] 創(chuàng)意；科學；原理

發(fā)展越來越快的高科技智能化設備、無人駕駛汽車、掃地機器人等，一些原先想都想不到的產(chǎn)品。參觀了機器人大賽后受益匪淺。智能高科技離我們越來越近，很多的工作被機器替代，高科技也在我們的生活和工作中發(fā)揮著越來越重要的作用，如何更好的利用機器替代人類去完成一些高危作業(yè)，更好地服務于工作，也是我們在日新月異的發(fā)展中應該關注和研究的。

一、創(chuàng)意來源

由于水下環(huán)境惡劣危險，人的潛水深度有限，所以水下機器人已成為人類探索水下世界的重要工具。它可用于檢查水中建筑結構的好壞，偵察危險品，觀察水下目標，進行海上搜救、近海搜索，尋找水下污染源等。但水下機器人的發(fā)展也遇到能源系統(tǒng)（蓄電池）負載過大、容量有限、續(xù)航時間過短等問題。因此，解決這些問題成為了關鍵。通過閱讀一些資料，并且隨著物理知識的不斷積累，我想到了將水流發(fā)電機與無纜水下機器人結合，并在此基礎上讓水流發(fā)電機與推進器共用螺旋槳，減輕負重，由此產(chǎn)生了一槳雙用無纜水下機器人的創(chuàng)意構想。

二、運用的科學原理

1.水下機器人在下潛、上浮、前進時需要通過電池輸出電能，通過驅(qū)動電機帶動螺旋槳旋轉，產(chǎn)生推動力來改變機器人的運動方向。這個過程是將電能轉化成機械能的過程。

2.水下機器人在懸停作業(yè)或拋錨待命時，可利用水流的動力來驅(qū)動螺旋槳葉片，帶動發(fā)電機轉子轉動，發(fā)電機利用電磁感應原理將水流的能量轉化為電能輸出，從而給電池充電，此過程是水流的動能轉化成電能的過程。

3.利用電機的可逆性，直流電機在理論上可以當作發(fā)電機使用。

三、具體結構

如圖：

四、創(chuàng)新點

1.將水流發(fā)電機與水下機器人結合，有效利用水流能量，可使水下機器人的續(xù)航時間大大延長。

2.推進器一槳雙用，一個螺旋槳同時兼顧推進部件和能量回收的功能，解決負載過重的問題。

3.通過循環(huán)利用綠色的水流資源，將減少上岸充電帶來的反復操作。

五、應用前景

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

目前，一槳雙用無纜水下機器人雖然還處于構想階段，尤其是如何實現(xiàn)驅(qū)動與發(fā)電的快速轉換還有待研究。但可以看出它有很好的發(fā)展前景，經(jīng)過不斷的試驗和改進，我相信可以實現(xiàn)，并且會發(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)品越來越多的應用到我們的生活中，各種的困難肯定會解決，我也會一直探索下去。

[作者單位]山東省濱州市北鎮(zhèn)中學

（編輯：趙文靜）