朱紅秀++岳耀輝++王忠華

摘 要：為探測(cè)煤礦井下透水時(shí)被困人員的位置和井下環(huán)境信息，便于井下透水事故被困人員的營(yíng)救，該文研究了電磁舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚(yú)。根據(jù)仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)了機(jī)器魚(yú)的形體參數(shù)；通過(guò)對(duì)機(jī)器魚(yú)在水下的受力分析，確定了電磁舵機(jī)的扭矩，并在此基礎(chǔ)上選定了電磁舵機(jī)的參數(shù)；設(shè)計(jì)了機(jī)器魚(yú)實(shí)現(xiàn)直線巡游和轉(zhuǎn)彎的控制系統(tǒng)；最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁舵機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚(yú)游動(dòng)的可行性。

關(guān)鍵詞：機(jī)器魚(yú) 井下透水事故 電磁舵機(jī) 驅(qū)動(dòng)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（a）-0065-01

礦井透水淹井事故發(fā)生的原因是多種多樣的，不同的礦區(qū)水文地質(zhì)條件、不同的煤層賦存狀態(tài)、不同的開(kāi)采方式不同的管理模式，導(dǎo)致事故發(fā)生的原因各不相同。透水事故發(fā)生的常見(jiàn)類(lèi)型有地表水、老空水、沖擊層水、底板水等水害。煤礦生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的礦井透水淹井事故從水源上分析主要是由地表水的潰入和老空區(qū)積水的透入造成的[1]。

煤礦水害往往會(huì)造成嚴(yán)重的淹井事故，除了對(duì)井下設(shè)備造成了破壞以外，還嚴(yán)重威脅井下作業(yè)人員的生命安全。因此需要有效的營(yíng)救措施。為了避免營(yíng)救過(guò)程中的盲目性以及對(duì)營(yíng)救人員人身安全造成的威脅，需要提前對(duì)透水后井下的環(huán)境進(jìn)行良好的探測(cè)，確定被困人員的位置，用以制定詳細(xì)的有針對(duì)性的營(yíng)救方案。這就使得水下機(jī)器魚(yú)的研究極具應(yīng)用價(jià)值。

1 機(jī)器魚(yú)組成及結(jié)構(gòu)原理

該文研究的機(jī)器魚(yú)外部形體主要由魚(yú)體和尾鰭組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由動(dòng)力模塊，控制模塊，驅(qū)動(dòng)模塊，探測(cè)模塊，通訊模塊和避障模塊組成。

機(jī)器魚(yú)依靠尾鰭驅(qū)動(dòng)模塊帶動(dòng)尾鰭做往復(fù)擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)水中的行進(jìn)，并根據(jù)避障系統(tǒng)對(duì)前方環(huán)境的探測(cè)做出相應(yīng)的動(dòng)作，如遇到障礙物應(yīng)該轉(zhuǎn)彎或者上浮下潛，并將探測(cè)到的環(huán)境信息傳回地面。

2 電磁舵機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚(yú)水下行進(jìn)實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置及組成

本實(shí)驗(yàn)由MW公司生產(chǎn)大的D30電源和JMD10-C型號(hào)電源，AT89S52單片機(jī)，晶振，電容，電阻，運(yùn)算放大器，DS1052E型號(hào)的示波器，直徑6mm的舵機(jī)（自制）和尾鰭組成。其實(shí)物如圖1所示。

電源模塊可將AC220 V生活電壓轉(zhuǎn)換成DC和DC電壓，此電信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)控制電路可實(shí)現(xiàn)輸出頻率可調(diào)的電信號(hào)，電源信號(hào)和最后產(chǎn)生的控制信號(hào)都可由示波器顯示出來(lái)。通過(guò)此電信號(hào)舵機(jī)可以帶動(dòng)舵機(jī)來(lái)回?cái)[動(dòng)，舵機(jī)再通過(guò)連接的尾鰭擺動(dòng)擺開(kāi)水從而實(shí)現(xiàn)行進(jìn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

首先將實(shí)驗(yàn)裝置按照實(shí)驗(yàn)裝置示意圖連接好，然后將電源打開(kāi)，示波器可以看到驅(qū)動(dòng)控制電路的輸出端輸出了頻率為1 Hz，振幅為的電信號(hào)。如圖2所示。并且可以看到舵機(jī)能夠帶動(dòng)尾鰭來(lái)回?cái)[動(dòng)。

然后將驅(qū)動(dòng)控制電路連接上電磁舵機(jī)帶動(dòng)尾擺在水中擺動(dòng)，具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖3所示，這樣可以看到尾擺動(dòng)能夠產(chǎn)生卡門(mén)渦旋。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)樣機(jī)實(shí)際情況，取=1.2， =1000 kg/m3，=0.1m，f=1Hz，A=15 °，S=0.01m2，將參數(shù)帶入式（3），得=0.0040 N·m。

此次試驗(yàn)過(guò)程中可測(cè)得系統(tǒng)中的電壓為5 V電流為0.03 A由此可得其提供的轉(zhuǎn)T=0.02 N/m。

則可知T遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于因此理論上試驗(yàn)完全滿足要求。

因此電磁舵機(jī)可以用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚(yú)在水中行進(jìn)。

3 結(jié)語(yǔ)

為了將機(jī)器魚(yú)應(yīng)用于井下透水事故的營(yíng)救、海洋勘探繪、監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)等領(lǐng)域，本文研究了電磁舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚(yú)，對(duì)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了電磁舵機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚(yú)水下行進(jìn)的可行性；在避障，探測(cè)，通訊等方面需要深入研究，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其功能的多樣性

參考文獻(xiàn)

[1] 張志國(guó).煤礦水害事故原因及防治措施淺析[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2012（2）.endprint