一种智能化协同作业海底集矿装备的制作方法

本发明涉及集矿设备技术领域，尤其涉及一种智能化协同作业海底集矿装备。

背景技术：

海洋是地球上尚未被人类充分认识和利用的最大潜在资源基地。除海洋石油气资源和海滨矿砂外，海底目前已知有商业开采价值的还有多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等金属矿产资源。这些矿物中富含镍、钴、铜、锰及金、银金属等，总储量分别高出陆上相应储量的几十倍到几千倍。2013年我国又正式获得一块太平洋富钴结壳矿区。显然，深海矿产资源的开发必须依赖深海采矿装备进行。2015年5月19日公布的《中国制造2025》为“制造强国”战略指明了方向，把“海洋工程装备及高科技船舶”归为重点突破的十大战略领域之一，着重进行先进海洋工程装备的研发和国有化。

随着现代通信技术的发展和自动化控制的普及，智能化设计越来越受到重视。近年来，在电力、机械、化工、制药、建筑、物流等各个领域，智能化装备都得到了广泛的应用。在这样的时代背景下，海洋工程装备的智能化也成为必然趋势。尤其对于深远海作业而言，实现作业装备的智能化、自动化能够大大降低人力物力投入，有效提高作业生产率，对于海洋资源的合理开发具有十分重要的意义。协同则是指协调两个或以上的个体，发挥各自功能，合作完成特定任务的能力。对于深海采矿这样的复杂工程来说，包含多种作业任务，需要完成多项功能。因此，亟需一种智能、协同、高效的海底集矿作业设备。

技术实现要素：

本发明主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种自动化程度高、协同配合好、采矿效率高的智能化协同作业海底集矿装备。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明提供的智能化协同作业海底集矿装备，其包括：

水下探测器，用于探测海底地形及矿物分布，并发出控制信号至储矿车；

海底集矿车，用于采集海底矿物，并将采集的所述矿物输送至储矿车内；

储矿车，与所述水下探测器相连接，所述储矿车用于根据所述控制信号调整自身和海底集矿车的行进路径，所述储矿车还用于储存加工所述矿物，并为所述水下探测器提供电力。

进一步地，所述水下探测器包括探测器本体、电子设备舱、多自由度螺旋桨推进器和探测设备，所述电子设备舱设置在所述探测器本体内部，所述电子设备舱通过光电缆与所述储矿车相连接，所述多自由度螺旋桨推进器对称设置在所述探测器本体的上部两侧，并用于驱动所述探测器本体前行和姿态调整，所述探测设备设置在所述探测器本体的前侧底部，并用于探测海底地形和矿物的分布，所述电子设备舱内的控制系统用于根据所述探测设备的探测结果运算分析后发出控制信号至所述储矿车。

进一步地，所述探测器本体的尾部外圆周方向上还设有尾翼。

进一步地，所述海底集矿车包括集矿车本体、水射流喷嘴、集矿外罩、进水口和出矿口，所述集矿车本体通过连接臂与储矿车相连接，所述集矿外罩罩设在所述集矿车本体的前部，所述水射流喷嘴和进水口均设置在所述集矿外罩内，其中，所述水射流喷嘴沿所述集矿外罩的长度方向间隔分布，所述进水口一一对应的设置在所述水射流喷嘴的外侧，所述进水口的出口端还经增压水泵与所述出矿口相连接，所述出矿口通过软管与所述储矿车相连接。

进一步地，所述集矿车本体的底部还设有轮胎和减振弹簧，所述轮胎对称设置在所述集矿车本体的四周，所述减振弹簧一一对应地安装在所述轮胎上。

进一步地，所述储矿车包括储矿车本体、储矿舱、储矿舱口和履带式行进装置，所述履带式行进装置安装在所述储矿车本体的底部，所述储矿舱设置在所述储矿车本体的上表面，所述储矿舱口与所述储矿舱相连通，且所述储矿舱口还经软管与所述出矿口相连通，其中，所述储矿舱还设有加工设备和矿浆泵，所述加工设备用于将所述矿物加工成矿浆，所述矿浆泵用于将所述矿浆经所述储矿舱口输送至海底中继舱中。

进一步地，所述储矿舱口内安装有两个管道，其中一个管道的两端分别与所述储矿舱和出矿口相连通，另一个管道两端分别与所述矿浆泵和海底中继舱相连接。

进一步地，所述储矿车本体和储矿舱之间还设有一转台，所述转台的底面与所述储矿车本体旋转连接，所述转台的上表面与所述储矿舱固定连接。

进一步地，所述储矿舱的上表面还安装有探测器泊位，所述探测器泊位与所述水下探测器相配合。

本发明的有益效果在于：利用水下探测器探测作业区域附近的海底地形和矿物分布，并根据探测的信息合理地规划海底集矿车和储矿车的行进路径，这样既可以规避存在风险的作业区域，又可以提高集矿作业的生产效率。而储矿车可以根据水下探测器发出的控制信号调整自身和海底集矿车的行进路径，还可以为水下探测器提供电力，从而使水下探测器、海底采矿车和储矿车不仅能分别完成探测、采矿、储矿和加工的功能，而且各个设备之间实现了协同配合，显著提高了海底采矿作业的安全性和高效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的智能化协同作业海底集矿装备的结构示意图；

图2是本发明的智能化协同作业海底集矿装备的俯视图；

图3是本发明的智能化协同作业海底集矿装备的海底集矿车和储矿车的底部结构示意图；

图4是本发明的智能化协同作业海底集矿装备的使用状态俯视图；

图5是本发明的智能化协同作业海底集矿装备的使用状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1-3所示，本发明的智能化协同作业海底集矿装备，其包括：

水下探测器1，用于探测海底地形及矿物分布，并发出控制信号至储矿车3；

海底集矿车2，用于采集海底矿物，并将采集的矿物输送至储矿车3内；

储矿车3，与水下探测器1相连接，储矿车3用于根据控制信号调整自身和海底集矿车2的行进路径，储矿车3还用于储存加工矿物，并为水下探测器1提供电力。

本发明利用水下探测器1探测作业区域附近的海底地形和矿物分布，并根据探测的信息合理地规划海底集矿车2和储矿车3的行进路径，这样既可以规避存在风险的作业区域，又可以提高集矿作业的生产效率。而储矿车3可以根据水下探测器发出的控制信号调整自身和海底集矿车2的行进路径，还可以为水下探测器1提供电力，从而使水下探测器1、海底采矿车2和储矿车3不仅能分别完成探测、采矿、储矿和加工的功能，而且各个设备之间实现了协同配合，显著提高了海底采矿作业的安全性和高效性。

具体地，水下探测器1包括探测器本体11、电子设备舱12、多自由度螺旋桨推进器13和探测设备14，电子设备舱12设置在探测器本体11内部，电子设备舱12通过光电缆15与储矿车3相连接，多自由度螺旋桨推进器13对称设置在探测器本体11的上部两侧，并用于驱动探测器本体11前行和姿态调整，探测设备14设置在探测器本体11的前侧底部，并用于探测海底地形和矿物的分布，本实施例中的探测设备14可以为声呐探测仪或海底成像设备等。其中，电子设备舱12内的控制系统用于根据探测设备14的探测结果运算分析后发出控制信号至储矿车3。本实施例中的光电缆15是一种将光纤和金属导线结合起来的传输介质，兼具电力输送和信息传输的功能。水下探测器1通过光电缆15获得来自储矿车3的电力供应，同时将控制信号传输至储矿车3上，使其按照规划的路径行进和开展采矿任务。

本发明中，水下探测器1的主要功能在于:1)、探测海底地形和海底矿物的分布，2)、通过电子设备舱12搭载电子设备。水下探测器1具备自航能力，并且能够在深海环境中航行。本实施例中，电子设备舱12搭载的控制系统包括用于控制航行、探测、集矿、输矿等作业的电子装备，这样可以避免将其搭载于储矿车3上，从而减轻储矿车3的重量，使其能够在海底较为平稳地行进，这样既有利于结构安全，又有利于节省能量。而电子设备舱12的外壳可采用耐压壳体结构，能够承受深海巨大的压力。本实施例中的水下探测器1的航行由多自由度螺旋桨13推进器(2)推进，并可以通过调整其方向，实现航行姿态的调整。探测设备14用于探测海底地形和矿物的分布，以便合理地规划行进路径，规避存在风险的作业区域，以及提高集矿作业的生产效率。从而实现了水下探测器1和储矿车3的协同作业。

本发明中，探测器本体1的尾部外圆周方向上还设有尾翼16。尾翼16能够改善水下探测器1的操纵性，使其稳定航行，从而保护电子设备舱12内的设备不受损坏。

具体地，海底集矿车2包括集矿车本体21、水射流喷嘴22、集矿外罩23、进水口24和出矿口25，集矿车本体21通过连接臂26与储矿车3相连接，集矿外罩23罩设在集矿车本体21的前部，水射流喷嘴22和进水口24均设置在集矿外罩23内，其中，水射流喷嘴22沿集矿外罩23的长度方向间隔分布，进水口24一一对应的设置在水射流喷嘴22的外侧，进水口24的出口端还经增压水泵27与出矿口25相连接，出矿口25通过软管35与储矿车3相连接。

本发明中，海底集矿车2的主要功能在于:1)、采集海底矿物，如：锰结核等；2)、将采集的矿物输送至储矿车3中。海底集矿车2采用水力集矿的方式，水射流喷嘴22能够产生高速的水射流，利用其高能量将矿物从海床分离。集矿外罩23形成局部抽吸流场，使得水流更多地从下方涌入，进而增加对矿物颗粒的流体作用力。进水口24处形成局部负压区，使得大流量的水被吸入进水口24中，从而大量地采集矿物颗粒。在本发明的其他应用场合下，也可以采用其他的集矿方式进行采矿。海底集矿车2通过连接臂26与储矿车3相连，储矿车3通过连接臂26控制海底集矿车2的运动路径。同时，海底集矿车2采集的矿物由出矿口25通过输送至储矿车3中储存，从而实现了海底集矿车2和储矿车3的协同作业。

较佳地，集矿车本体21的底部还设有轮胎28和减振弹簧29，轮胎28对称设置在集矿车本体21的四周，减振弹簧29一一对应地安装在轮胎28上。这样可以使集矿车本体21更加平稳地在海底移动。

具体地，储矿车3包括储矿车本体31、储矿舱32、储矿舱口33和履带式行进装置34，履带式行进装置34安装在储矿车本体31的底部，储矿舱32设置在储矿车本体31的上表面，储矿舱口33与储矿舱32相连通，且储矿舱口33还经软管35与出矿口25相连通，其中，储矿舱32还设有加工设备36和矿浆泵37，加工设备36用于将矿物加工成矿浆，矿浆泵37用于将矿浆经储矿舱口33输送至海底中继舱(图中未示出)中。

本发明中储矿车3的主要功能在于：1)、储存来自海底集矿车2的矿物；2)、加工矿物，使其成为矿浆；3)、将矿浆输送至海底中继舱；4)、为水下探测器1提供电力和停泊处所；5)、接收来自水下探测器1的控制信号，并控制行进路径和采矿作业。其中，储矿车3底部采用履带式行进装置34，其与海底的接触方式是面接触，与点接触相比，履带行进装置34更加适应海底松软的地质条件，作用于海底的压强较小，能提供更大的抓地力，因此能够连续、稳定地行进。

较佳地，为了便于分离矿物和矿浆的输送通道，储矿舱口33内安装有两个管道，其中一个管道的两端分别与储矿舱32和出矿口25相连通，另一个管道两端分别与矿浆泵37和海底中继舱相连接。

参阅图4-5所示，储矿车本体31和储矿舱32之间还设有一转台38，转台38的底面与储矿车本体31旋转连接，转台38的上表面与储矿舱32固定连接。因连接臂26、储矿舱32等结构与转台38相连接，因此可以实现整体回转。当储矿车3需要向后方转弯时，可以先转动转台38，使上方的结构转到某一适当角度，然后调整履带行进装置34的履带方向，按照反方向行进。这样的设计相当于把“S形”路线化为“Z形”路线，从而有效地减小车体的转弯半径，大大提高行进效率，进而提高作业的生产率。

较佳地，储矿舱32的上表面还安装有探测器泊位39，探测器泊位39与水下探测器1相配合。当海底地形三维扫描完毕、非工作状态以及海底集矿车2修整时，可供水下探测器1停泊。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。