八爪鱼高效作业平台机器人

文/中山大学附属中学 方泽铭 吴世煊 苏亿家 指导教师/陈水炳

目前海上原油泄漏的处理方法主要有两种，即在海面上可控燃烧和人工打捞。前者造成了资源浪费和大量二氧化碳的排放，后者利用人工打捞回收，费时费力，且十分危险。最重要的是海底泄露的石油呈羽毛状扩散。这两种方法都不能很好地对原油泄漏进行妥善的处理。

为了能更好地处理海上原油泄漏的问题，我们模仿八爪鱼特性，研究设计出一种高效作业平台机器人。这个机器人可以在水面上有目的地进行漂浮，通过GPS系统，可以快速到达事故海域。通过机器人的自带智能控制系统，利用高度敏感的油污传感器在水面上进行检测和自动反馈给主控电脑进行分析，智能收集漂浮在水面上的油污，并将油水混合物传输到机器人自带的油水分离处理系统进行处理，将油污和水分离出来。分离过的水直接排放回到大海中，油污则由机器人平台运回指挥中心进行后续处理。机器人的机身还带有无线摄像头，可以将原油泄漏和处理漏油的实时情况传输到监控指挥中心；同时也能进行远程控制，接受监控指挥中心的指令来进行针对性收集和处理。

我们在制作机器人的过程中，首先考虑到要让机器人能够在海上收集泄漏的石油，就要对电器元件做好防水工作，否则便会发生短路。于是我们收集了2.5L的空可乐瓶并将其固定在底部，在可乐瓶上方固定一块30cm×40cm的木板，可乐瓶会提供足够的浮力，使木板与水面保持一定的距离，避免了设备的浸水。

接着，我们开始安装机器人的其他功能部位。我们将动力系统安装在机器人的后部，以两个旧玩具上拆下来的螺旋桨为动力装置。为了解决马达不防水的问题，我们制作了两根倾斜杆，通过倾斜杆将螺旋桨引下水。通过两路独立控制马达的不同转速和转向形成的合力，使机器人能够在水上朝各方向灵活移动。接下来就是最重要的吸油部分，难点是如何使八个爪的吸盘同时吸油，通过操作之后发现这是最难的。由于是小型水泵，因此要接上8条管并达到较好的效果就只能用细小的管。然而要实现抽油的功能，不仅管要细，且材料的汇集、安装、气密性等问题都会影响到抽油，只要一个细节出错，水泵就很难抽到水。经过反复试验，我们选择了医用输液管，通过步进电机带动八个爪灵活地转动。另外一个重要且难完成的系统便是油量检测系统。它可以检测机器人收集的油量，当达到限定值后，便将石油运回岸边或油轮上。此系统我们用以乒乓球做成的浮标触动触碰传感器来实现，利用机器人收集石油后自身受重力作用下沉的深度不同来控制抽油系统是否工作。当达到限定的深度后，浮标所受的浮力刚好提供足够的力给触碰传感器。通过触碰传感器返回的信号，使机器人执行返航的命令。这个系统对精确度要求非常高，我们采用了螺旋杆来控制，精度精确到1mm。最后我们为机器人安装了前后红外测距传感器等，使其实现智能化。我们采用高效率的太阳能板进行工作间隙的能源收集和再利用，自身补给，做到低碳环保。

八爪鱼高效作业平台机器人集创新性、科学性、实用性为一体，不仅能处理原油泄漏和原油污染，还可以在水产养殖方面进行多功能高效作业。例如，在水产养殖时，利用机器人在养殖区域内自动检测水产的生物种群密度，有针对性地投放饲料和养分，减少大量药物投放而造成的生态污染等环境问题。