论一桨双用无缆水中机器人

李慕涵

[摘 要] 无缆水下机器人，习惯称为自主式水下潜器（Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV）。自主式水下机器人是新一代水下机器人，具有活动范围大、机动性好、安全、智能化等优点，成为完成各种水下任务的重要工具。无缆水下机器人具有活动范围不受电缆限制、隐蔽性好等优点。但传统无缆水下机器人电池负重大，续航时间有限。随着无缆水下机器人在现实生产中的运用越来越广泛，使得其对续航时间的要求日益提高。设想一桨双用推进器把微型水流发电机运用到无缆水下机器人的作业中，将水流发电机与推进器进行有效结合，实现机器人需要行进时螺旋桨作为推进部件使用，机器人水中静止时可将螺旋桨作为叶片利用水流动力进行发电为蓄电池充电，摆脱传统无缆水下机器人电池负重大和续航时间有限的限制，可以减轻机器人负重，增加续航时间，并有效利用水流资源，实现无限潜水作业的可能。

[关 键 词] 创意；科学；原理

发展越来越快的高科技智能化设备、无人驾驶汽车、扫地机器人等，一些原先想都想不到的产品。参观了机器人大赛后受益匪浅。智能高科技离我们越来越近，很多的工作被机器替代，高科技也在我们的生活和工作中发挥着越来越重要的作用，如何更好的利用机器替代人类去完成一些高危作业，更好地服务于工作，也是我们在日新月异的发展中应该关注和研究的。

一、创意来源

由于水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为人类探索水下世界的重要工具。它可用于检查水中建筑结构的好坏，侦察危险品，观察水下目标，进行海上搜救、近海搜索，寻找水下污染源等。但水下机器人的发展也遇到能源系统（蓄电池）负载过大、容量有限、续航时间过短等问题。因此，解决这些问题成为了关键。通过阅读一些资料，并且随着物理知识的不断积累，我想到了将水流发电机与无缆水下机器人结合，并在此基础上让水流发电机与推进器共用螺旋桨，减轻负重，由此产生了一桨双用无缆水下机器人的创意构想。

二、运用的科学原理

1.水下机器人在下潜、上浮、前进时需要通过电池输出电能，通过驱动电机带动螺旋桨旋转，产生推动力来改变机器人的运动方向。这个过程是将电能转化成机械能的过程。

2.水下机器人在悬停作业或抛锚待命时，可利用水流的动力来驱动螺旋桨叶片，带动发电机转子转动，发电机利用电磁感应原理将水流的能量转化为电能输出，从而给电池充电，此过程是水流的动能转化成电能的过程。

3.利用电机的可逆性，直流电机在理论上可以当作发电机使用。

三、具体结构

如图：

四、创新点

1.将水流发电机与水下机器人结合，有效利用水流能量，可使水下机器人的续航时间大大延长。

2.推进器一桨双用，一个螺旋桨同时兼顾推进部件和能量回收的功能，解决负载过重的问题。

3.通过循环利用绿色的水流资源，将减少上岸充电带来的反复操作。

五、应用前景

如果此构想得到有效实现，可以为无缆水中机器人的应用提供更广阔的发展空间，可以更好的发挥水下机器人的优势。在利用一桨双用推进器解决了负重和续航问题后，可以为水下机器人创造良好的作业环境，还有可能实现无限续航。另外，如果实现螺旋桨一桨双用，不僅可以运用到水下机器人中，也可以广泛运用到各种水下作业，甚至空中作业，从而实现利益最大化。

目前，一桨双用无缆水下机器人虽然还处于构想阶段，尤其是如何实现驱动与发电的快速转换还有待研究。但可以看出它有很好的发展前景，经过不断的试验和改进，我相信可以实现，并且会发挥它不可替代的作用，为水中作业提供良好的保障，随着科技的日益发展，更多的高科技产品越来越多的应用到我们的生活中，各种的困难肯定会解决，我也会一直探索下去。

[作者单位]山东省滨州市北镇中学

（编辑：赵文静）