一种深海多金属结核矿采矿作业系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种深海多金属结核矿采矿作业系统，提矿立管系统包括提矿立管和泥浆泵；提矿立管的顶端和采矿平台连接，提矿立管的底端通过万向节和坐底式矿物接驳处理中心相连；坐底式矿物接驳处理中心内部设置有多自由度平台，多自由度平台自上而下依次设置有废料库和新料库，废料库出口和新料库入口处的上输送带和下输送带的端部通过采矿机器人相衔接；多自由度平台的正下方相对应设置有多个扇形采矿区域，采矿机器人在扇形采矿区域内运行作业。接驳和提升矿物，DSAMV卸矿的同时提供压载，提供电力补给和双向数据通信；平衡DSAMV的重力与浮力关系；多台DSAMV并行工作互不干扰，省略掉掉脐带缆和输矿软管，可以实时适应采矿立管的动态变化和接驳时适应DSAMV的实时状态。

A mining system for deep sea polymetallic nodule mine

【技术实现步骤摘要】
一种深海多金属结核矿采矿作业系统
本技术属于采矿设备
，具体涉及一种深海多金属结核矿采矿作业系统。
技术介绍
随着世界经济的不断发展，对矿产资源的需求也越来越大，大量的资源开发造成地球陆地矿产资源日益枯竭。在陆地矿产资源枯竭之前，尽早开辟新的资源供给渠道已是当今各国共同的抉择。经勘探查明，大洋是丰富的矿产资源基地，为了满足人类生存和发展对矿产资源的需要，世界各国将目光投向了海洋。在海洋不同深处，蕴藏着大量的海底矿产，其储备量和含量，都是大陆无法比拟的，把矿物从海底运输到陆地上的方式具有很大的不同。一方面，其输送方式完全不同，输送难度较大；另一方面，生产效率和经济性也是一个重要的考虑因素，同时，由于在深海开采，技术难度和复杂性都非常高，这就对技术要求方案提出了很大的挑战。虽然，管道提升式采矿模式被认为是效率较高、最具商业化前景的深海采矿作业模式，但是，却存在以下问题：(1)脐带缆和输矿软管对海底采矿机器人稳健控制存在强非线性耦合影响，且随着作业半径变化，脐带缆和输矿软管在水中的形状发生改变，增加了其动态行为的描述难度，它们对海底采矿机器人的动力扰动又会引发具有流变特性的稀软底质压剪承载力呈现复杂的动态变化，这些因素的耦合作用，使海底采矿机器人动态行为响应机制极为复杂；脐带缆和输矿软管的存在，已成为制约海底采矿机器人动力学建模和稳健控制的瓶颈问题。(2)海底存在无线信号屏蔽、电磁信号衰减严重、作业现场浑浊、光穿透性能差等不利因素，导致依赖传统感知原理的传感器无法获得采矿机器人精确的姿态和位置信息，或存在较大测量偏差，依赖由此提供的反馈信息，无法实现采矿机器人的稳健控制。由于存在上述问题，采矿机器人稳健控制面临诸多挑战。因此，进行基于自治式深海采矿机器人的新型深海采矿作业模式，可消除脐带缆和输矿软管对采矿机器人稳健控制的影响，海底采矿机器人背负载荷随动调节的重力控制方法、姿态和位置感知技术等系统。
技术实现思路
针对现有技术中脐带缆和输矿软管的存在制约海底采矿机器人动力学建模和稳健控制的瓶颈问题，本技术的目的在于提供一种深海多金属结核矿采矿作业系统。本技术采取的技术方案为：一种深海多金属结核矿采矿作业系统，具体包括采矿平台、提矿立管系统、采矿机器人、坐底式矿物接驳处理中心，所述提矿立管系统包括提矿立管和泥浆泵，提矿立管内分别设置有新料上升管道和废料下沉管道；所述提矿立管的顶端和采矿平台连接，提矿立管的底端通过万向节和坐底式矿物接驳处理中心相连；坐底式矿物接驳处理中心内部设置有多自由度平台，多自由度平台自上而下依次设置有废料库和新料库，废料库出口和新料库入口处分别设置有上输送带和下输送带，上输送带和下输送带的端部通过采矿机器人相衔接；多自由度平台的正下方相对应设置有多个扇形采矿区域，采矿机器人在扇形采矿区域内运行作业。进一步的，所述坐底式矿物接驳处理中心设置为圆柱体结构，接驳和提升由采矿机器人采集的矿物，其内部的多自由度平台设置为数块等分的横截面呈扇形的柱体结构，每个自由度平台上设置有接驳中心出入口。进一步的，所述坐底式矿物接驳处理中心的内部设置有海底无线充电桩，为采矿机器人补充电能。进一步的，所述采矿机器人设置为履带式采矿机器人，采矿机器人的上方设置料舱，料舱内部通过推料板间隔形成新料舱和废料舱，推料板前后移动控制新料舱和废料舱的体积相对变化。更进一步的，所述采矿机器人的料舱的底部铺设收料履带，收料履带展开新料舱打开，收料履带闭合新料舱关闭。更进一步的，所述采矿机器人的废料舱的舱口处和收料履带相互对应设置有废料板，废料板顶端通过转轴活动安装在废料舱上。更进一步的，所述采矿机器人的料舱和推料板相互对应的位置设置有滑轨，推料板活动嵌设在滑轨内，推料板通过电机驱动沿滑轨前后移动。进一步的，所述采矿机器人上设置有浮力调节装置，浮力调节装置包括相互连通的双向油缸和油囊，通过电磁阀控制双向油缸和油囊之间的油路通断，通过双向油缸与油囊之间的油量转移，调节浮力大小。进一步的，所述采矿机器人上还设置推进器，推进器沿着采矿机器人的两侧对称排布设置为两对螺旋桨，螺旋桨旋转辅助控制采矿机器人的姿态和重量。进一步的，所述采矿机器人上安装无线受电模块和无线耦合电力载波双向通信模块，通过电力载波方式，实现采矿机器人与外界的双向高速数据传输及通信。本技术的有益效果为：本技术中一种深海多金属结核矿采矿作业系统，多台DSAMV在各自指定的区域内并行工作，互不干扰，采集的矿物都在坐底式矿物接驳处理中心进行接驳，只需一套提矿系统即可将矿物提升至采矿作业平台上进行处理，坐底式矿物接驳处理中心是海底集矿、提矿、能源供给和通信的核心单元，去掉脐带缆和输矿软管，可以实时适应采矿立管的动态变化和接驳时适应DSAMV的实时状态。该部分的主要功能包括：接驳和提升由DSAMV采集回来的矿物，在DSAMV卸矿的同时，将废矿同步等重量灌入坐底式矿物接驳处理中心的废料舱为DSAMV提供压载，并通过海底无线充电桩为DSAMV补充电能，DSAMV上安装无线受电模块和无线耦合电力载波双向通信模块，通过电力载波方式，实现DSAMV与外界的双向高速数据传输及通信；通过浮力调节装置平衡DSAMV的重力与浮力关系，通过推进器进行姿态和重量的辅助控制，而且还能解决因沉陷无法回收的问题。附图说明图1为本技术的整体结构示意图。图2为本技术中坐底式矿物接驳处理中心的整体结构示意图。图3为本技术中坐底式矿物接驳处理中心的局部结构示意图。图4为本技术中自治式采矿机器人(DSAMV)的收料履带闭合的结构示意图。图5为本技术中自治式采矿机器人(DSAMV)的收料履带开启的结构示意图。通过图3体现提矿、卸矿、压载、充电和通信过程。其中，1、采矿平台；2、提矿立管系统；3、采矿机器人；4、扇形采矿区域；5、坐底式矿物接驳处理中心；6、提矿立管；7、新料上升管道；8、废料下沉管道；9、废料库；10、上输送带；11、下输送带；12、新料库；13、泥浆泵；14、接驳中心出入口；15、收料履带；16、新料舱；17、推料板；18、废料舱；19、废料板；20、人工测线传感器；21、推进器；22、浮力调节装置；23、驱动履带；24、电池舱；25、控制中心。具体实施方式下面结合附图进一步说明本技术。实施例1如图1、图2和图3所示，一种深海多金属结核矿采矿作业系统，具体包括采矿平台1、提矿立管系统2、采矿机器人3(DSAMV)、坐底式矿物接驳处理中心5，所述提矿立管系统2包括提矿立管6和泥浆泵13，提矿立管6内分别设置有新料上升管道7和废料下沉管道8，新料上升管道7和废料下沉管道8均沿着竖直方向排布设置，泥浆泵13设置在坐底式矿物接驳处理中心5的底部中心位置(及新料库12内)，其和新料上升管道7连接，将DSAMV采集到的矿产提升至采矿平台1进行加工处理；所述提矿立管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深海多金属结核矿采矿作业系统，其特征在于，具体包括采矿平台、提矿立管系统、采矿机器人、坐底式矿物接驳处理中心，所述提矿立管系统包括提矿立管和泥浆泵，提矿立管内分别设置有新料上升管道和废料下沉管道；所述提矿立管的顶端和采矿平台连接，提矿立管的底端通过万向节和坐底式矿物接驳处理中心相连；坐底式矿物接驳处理中心内部设置有多自由度平台，多自由度平台自上而下依次设置有废料库和新料库，废料库出口和新料库入口处分别设置有上输送带和下输送带，上输送带和下输送带的端部通过采矿机器人相衔接；多自由度平台的正下方相对应设置有多个扇形采矿区域，采矿机器人在扇形采矿区域内运行作业。/n

【技术特征摘要】
1.一种深海多金属结核矿采矿作业系统，其特征在于，具体包括采矿平台、提矿立管系统、采矿机器人、坐底式矿物接驳处理中心，所述提矿立管系统包括提矿立管和泥浆泵，提矿立管内分别设置有新料上升管道和废料下沉管道；所述提矿立管的顶端和采矿平台连接，提矿立管的底端通过万向节和坐底式矿物接驳处理中心相连；坐底式矿物接驳处理中心内部设置有多自由度平台，多自由度平台自上而下依次设置有废料库和新料库，废料库出口和新料库入口处分别设置有上输送带和下输送带，上输送带和下输送带的端部通过采矿机器人相衔接；多自由度平台的正下方相对应设置有多个扇形采矿区域，采矿机器人在扇形采矿区域内运行作业。


2.根据权利要求1所述一种深海多金属结核矿采矿作业系统，其特征在于，所述坐底式矿物接驳处理中心设置为圆柱体结构，接驳和提升由采矿机器人采集的矿物，其内部的多自由度平台设置为数块等分的横截面呈扇形的柱体结构，每个自由度平台上设置有接驳中心出入口。


3.根据权利要求1或2所述一种深海多金属结核矿采矿作业系统，其特征在于，所述坐底式矿物接驳处理中心的内部设置有海底无线充电桩，为采矿机器人补充电能。


4.根据权利要求1所述一种深海多金属结核矿采矿作业系统，其特征在于，所述采矿机器人设置为履带式采矿机器人，采矿机器人的上方设置料舱，料舱内部通过推料板间隔形成新料舱和废料舱，推料板前后移动控制新料舱和废料舱的体积相对变化。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贵杰，陈旭光，谢迎春，田晓洁，冷鼎鑫，穆为磊，王泓晖，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：新型
国别省市：山东;37