“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

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。