第二届“北斗杯”全国青少年科技创新大赛优秀作品一等 - 图文(3)

5.3.1实验设备：

利用已有2m长木模模型船进行动力改装； 遥控设备为SPRINGRC2.4GHz六通道遥控器； 接收机为SPRINGRC2.4GHz六通道接收机； 舵机为SMS8166M金属齿大扭力舵机，30kg/cm； 电动机为，24V，300W，3000r/min,直流无刷电机； 电机控制器为MMT-4Q带有正反转功能； 供电系统为24V铅蓄电池； 实验用舵为NACA2210翼型； 实验用螺旋桨为右旋，直径100mm； 6V，1000mhA，氢镍电池组。 5.3.2实验地点:大连理工大学船舶实验水池 水池长度：160m，水池宽度：7m，水池深度3.8m 5.3.3实验过程： （1）第一阶段： 实验初步阶段较为简单，利用舵机调节调速器从而改变电机转速控制航速，利用30kg大扭力舵机操纵舵，从而达到控制航向的目的，利用舵机控制正反转开关，从而控制正反转。将船模进行如图5，图6，图7改装： ① 调试遥控设备，记录各通道用途与对应关系，熟悉遥控器的使用； ② 将电机、调速器、舵机与遥控装置相连，调试控制正反转，调速功能，控制舵角功能； ③加装尾轴管，尾轴，螺旋桨，舵等设备到船模上； ④ 固定动力装置和遥控设备到船上； ⑤ 整体调试； ⑥ 下水实验。

图5舵机及舵布置图6控制系统、遥控系统布置 图7船尾部布置

经实验测量航速大致可达3kn，左右转动，正反转灵活，如图8，图9。在人为操作的情况下可以较好的躲避障碍物。本实验第一步为后续工作提供硬件基础。

图8船模转弯状态图9船模行进状态

（2）第二阶段：

实验之后会利用LT-CC1000射频模块作为发射器和接收器，LPC2103做为控制器作为主要设备进行（由于时间有限，调试工作尚未完成，这里仅提供方案，

[4]

如图10）。

图10LPC2013智能船模原理图

六、项目主要研究人员 姓名

单位

性别 年龄 男

21

专业 船舶与海洋工程 船舶与海洋工程 船舶与海洋工程 学位 职称 项目中承担工

作

本科 队长 画图与写作，船

模与外部电路设计 本科 组员 整理材料与写作，可视化程序编写 本科 组员 创新与写作，单片机编程 任政儒 大连理工大学

船舶工程学院 姜帆 大连理工大学船舶工程学院 大连理工大学船舶工程学院 男 21 刘媛 女 19 参考文献 [1]孙家抦.遥感原理与应用.武汉大学出版社，2003：220 [2]边少锋，李文魁.卫星导航系统概论.2005:141-171 [3]朱惠明,张爱武,高洪霞.基于单片机的直流伺服电机转速控制实验系统.山东建材学院学报1999：636，169-171 [4]周新力，贾利华.遥控船模控制系统的设计.中国水运,2009,2-3

第二届“北斗杯”全国青少年科技创新大赛优秀作品（大学组）

科幻小文章

“北斗超人”——2031

作者：刘思琦，孙显卫，韦佳黎，祁福斌 指导教师：徐德斌，方坤

（中国地质大学（北京）信息工程学院，北京，海淀100083）

【摘要】2031年,实验室中，刘伟斌博士回忆起,利用北斗卫星导航系统使机器人“北斗超人”能够在危险的火山地带探矿的经过。 我国探明的矿产储量约占世界总量的12%,但是,我国矿产资源人均占有量仅为世界水平的58%。2011年，对国民经济起支柱性作用的矿种储量不足,并且沦为紧缺矿种。但是某些拥有丰富矿产资源的火山地带却因危险因素的存在以及科技装备落后的原因而无法开采。刘博士便将目光投向了机器人探矿上。 刘博士利用北斗的导航以及信息交流功能解决了机器人与工作人员的信息交流以及灾情报告的问题。北斗的引入解决了安全问题，确定了机器人投方的准确位置。机器人采矿的计划趋于完美。 于是一个崭新的探矿时代降临。 阳光明媚的下午，刘伟斌博士抚摸着研制成功的北斗卫星与机器人的完美结合体“北斗超人”，欣慰的笑了。透过实验室的窗户，杨博士想起了20年前——2011年。 尽管脸上带着微笑，但是在想到2011年时，杨博士的眉头不禁皱了起来…… 对于一个对矿物质充满兴趣与热情的人，当杨博士看到矿物资源日益匮乏时，就如同看着自己的婴儿因没有食物而渐渐死去一样的心痛。 2011年时，矿物资源匮乏。当时，我国已探明的矿产储量虽然约占世界总量的12%,仅次于美国和独联体而位居世界第三。其中煤、钨、锡、钼、稀土、莹石、重晶石、芒硝、石膏、滑石等矿产在数量或质量上都具有明显优势,有较强的竞争力。但是,我国矿产资源人均占有量仅为世界水平的58%,居世界第53位。从另一个角度来说,我国优势矿种大多为用量不大的矿种,而对国民经济起支柱性作用的矿种却储量不足,并且沦为紧缺矿种。我国矿产资源面临严峻形势，矿产地新发现数量不足,储量减少的矿种增多。我国的资源经过数年的探寻和开发,地表及浅部矿产资源多已被发现和利用。整体而言,发现和开发利用的风险,难度越来越大。1994年至2000年,45种主要矿产中,储量出现负增长的矿种已增至26种,连续3年减少的矿种有14种。我国已探明的45种主矿产的储量,到2010年严重短缺的有铬、钴、钼、钾、金刚石5种,矿产资源不能自给的有19种,据推测2020年短缺的矿产资源将增至39种,矿产资源供需矛盾十分严峻。

世界范围内金、银、锌、铅、锡、铜等矿产的可采年限为15-50年,紧缺的矿种如钨、钼、汞、及钛铁等矿产的可采年限仅为50-75年。

刘博士深知一个国家居民消费水平和生活方式在很大程度上取决于该国的人均自然资源拥有量和消费量。

矿产,是提高人民生活水平和进行经济建设的重要物质基础,各国对矿产的需求量日益增长。因此，矿产的丰富程度及开发利用程度是一个国家物质财富、

经济发展和科学技术水平的重要标志。矿产资源与其他自然资源不同，总体上说是开采后不可再生的有限资源，特别是那些优质、易采的矿产，在世界上已经屈指可数。并且由于矿产资源分布极不均衡，即使是国土面积居世界前列的国家，也不可能在所有矿产资源上完全自给自足。

矿产资源的不足将制约国家的发展，刘博士为祖国的未来而担忧不已。 于是，刘博士与其他几位矿产资源方面的权威人士共同组成了“资源开发小组”，致力于解决矿产资源不足的问题。

一天，几位博士正在食堂一起吃饭。电视中新闻联播报道莫尔纳瓦特火山（MorneWatt）爆发的事件。

刘博士突然有了灵感，他站了起来，大声说道：“我想到了！” 几位矿产资源博士不禁问他想到了什么。 刘博士兴奋的说：“有一个地方的矿产资源很丰富，但却还没被利用起来。” “哪里？” “就是那里。”刘博士指着电视说。 大家恍然大悟。 饭还没有吃完，大家就一起兴奋地冲进了实验室，开始了工作。 矿产中,主要由地球内部能源的影响而产生的内生成矿，如热液型矿床、矽卡岩型矿床、火山矿床等还未得到完整的开发和利用。 刘博士想到今后将探索火山附近的矿产，这的确是个绝妙的想法。但是“资源开发小组”还有些担心安全问题。据统计全国每生产1千万吨煤死亡11.82人，生产1亿吨煤死亡118.2人。在危险的火山地带进行探矿，死亡的人数必将增加。 刘博士心里烦躁，在办公椅上休息了一下，然后随手拿起今天的报纸看了起来。 “据报道，昨日下午，美国又向世界公布了一项新的科技成果，他们研制成了一种机器人，可以......” “机器人、机器人可以做到”，当这一想法萌生在刘博士脑海中时，刘博士兴奋地彻夜难眠。 第二天，“资源开发小组”召开紧急会议，探讨将机器人应用于探矿是否可行的问题。一位专家说道：“将机器人应用于探矿，确实可以解决人员伤亡问题，但是机器人单独到荒野地区执行任务，存在一定的危险性，必须有人与机器人进行及时的信息交流，并对其行为进行全程监控才可以。这种监控系统的监控效果不能受地形环境的影响与干扰，但地面监控技术目前很难做到这点。”大家都不住点头，表示赞同。

会议室陷入一片沉静，大家都在思考如何解决信息交流以及机器人监控问题。最后，会议决定，先进行机器人研发，在研发过程中寻找解决交流与监控问题的办法。

几年里，刘博士与他的团队一直致力于机器人的研制。经过多年努力，身高3米、重3.5吨、以太阳能为能源、行动灵活、能与人进行简单的语言交流、自动化验土壤结构，从而辨析土壤中所含矿产种类的“超人机器人”研制成功了。

整个团队的成员都为机器人的研制成功而兴奋不已，机器人应用于火山探矿的那一天近在眼前。刘博士决定请大家吃饭，好好庆祝一下探矿机器人的研制成功。

吃饭时，韩裕教授提出了一个问题：“目前我们虽然能对“超人机器人”进行短时的行为监控，但还是难以与机器人进行及时的信息交流。当“超人机器人”完成土壤分析时，我们无法及时得到反馈信息。并且，一旦机器人在火山地带遇到危险，人类无法及时得知消息，无法实施援救，这无疑会使机器人陷入困境，造成巨大的损失。” 大家听完又陷入了沉思。是啊，代替专家的探矿机器人已经研制成功，但现在还只能放在实验室里，不能应用于实际，这又有什么用呢？ “刘博士，您的电话，对方姓杨，您现在方不方便接电话？”助手孟璎，还没来几天，显得有点腼腆。 “姓杨？”刘博士有点疑惑，不过旋即释然，并有些高兴。 “各位，不好意思，你们先吃，我去接个电话，这是我一个老同学。”刘博士跟大家道了声歉，然后就随着小孟走进了办公室...... “我想到了，我想到了，我们可以利用我国自主研制的北斗卫星导航系统”，刘博士兴冲冲的从实验室跑了出来，后面跟着满脸疑惑的小孟。“我的同学在北斗卫星导航系统研究中心工作，今天他们发射了一颗改进后的替换北斗卫星，刚才打电话邀请我去参加他们的庆典。” “听说我们国家的北斗卫星导航系统的定位精度已经逼近美国军用的GPS的精度了......” 大家议论开来，显得十分兴奋，比“超人机器人”研制成功时还要高兴...... 已至深夜，刘博士办公室的灯还亮着。电脑前，刘博士正在阅读有关北斗卫星的资料。屏幕闪烁的光亮映照在刘博士微笑着的脸上。

经过与北斗卫星导航系统研究中心三年的合作，“超人机器人”与北斗卫星导航系统已完美结合，“超人机器人”也已改名为“北斗超人”。“资源开发小组”和北斗卫星导航系统研究中心的人员都十分激动，大家都期待着“北斗超人”的第一次行动......

“刘博士，刘博士！”孟璎叫醒了沉思中的刘博士，刘博士的思绪由20年前回到了现在——2031年。

“明天，‘北斗超人’就将第一次进入火山地区探矿了。”想到这里，刘博士心潮澎湃。

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