本發(fā)明涉及集礦設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備。

背景技術(shù)：

海洋是地球上尚未被人類充分認識和利用的最大潛在資源基地。除海洋石油氣資源和海濱礦砂外，海底目前已知有商業(yè)開采價值的還有多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物等金屬礦產(chǎn)資源。這些礦物中富含鎳、鈷、銅、錳及金、銀金屬等，總儲量分別高出陸上相應(yīng)儲量的幾十倍到幾千倍。2013年我國又正式獲得一塊太平洋富鈷結(jié)殼礦區(qū)。顯然，深海礦產(chǎn)資源的開發(fā)必須依賴深海采礦裝備進行。2015年5月19日公布的《中國制造2025》為“制造強國”戰(zhàn)略指明了方向，把“海洋工程裝備及高科技船舶”歸為重點突破的十大戰(zhàn)略領(lǐng)域之一，著重進行先進海洋工程裝備的研發(fā)和國有化。

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展和自動化控制的普及，智能化設(shè)計越來越受到重視。近年來，在電力、機械、化工、制藥、建筑、物流等各個領(lǐng)域，智能化裝備都得到了廣泛的應(yīng)用。在這樣的時代背景下，海洋工程裝備的智能化也成為必然趨勢。尤其對于深遠海作業(yè)而言，實現(xiàn)作業(yè)裝備的智能化、自動化能夠大大降低人力物力投入，有效提高作業(yè)生產(chǎn)率，對于海洋資源的合理開發(fā)具有十分重要的意義。協(xié)同則是指協(xié)調(diào)兩個或以上的個體，發(fā)揮各自功能，合作完成特定任務(wù)的能力。對于深海采礦這樣的復雜工程來說，包含多種作業(yè)任務(wù)，需要完成多項功能。因此，亟需一種智能、協(xié)同、高效的海底集礦作業(yè)設(shè)備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的技術(shù)問題，從而提供一種自動化程度高、協(xié)同配合好、采礦效率高的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：

本發(fā)明提供的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備，其包括：

水下探測器，用于探測海底地形及礦物分布，并發(fā)出控制信號至儲礦車；

海底集礦車，用于采集海底礦物，并將采集的所述礦物輸送至儲礦車內(nèi)；

儲礦車，與所述水下探測器相連接，所述儲礦車用于根據(jù)所述控制信號調(diào)整自身和海底集礦車的行進路徑，所述儲礦車還用于儲存加工所述礦物，并為所述水下探測器提供電力。

進一步地，所述水下探測器包括探測器本體、電子設(shè)備艙、多自由度螺旋槳推進器和探測設(shè)備，所述電子設(shè)備艙設(shè)置在所述探測器本體內(nèi)部，所述電子設(shè)備艙通過光電纜與所述儲礦車相連接，所述多自由度螺旋槳推進器對稱設(shè)置在所述探測器本體的上部兩側(cè)，并用于驅(qū)動所述探測器本體前行和姿態(tài)調(diào)整，所述探測設(shè)備設(shè)置在所述探測器本體的前側(cè)底部，并用于探測海底地形和礦物的分布，所述電子設(shè)備艙內(nèi)的控制系統(tǒng)用于根據(jù)所述探測設(shè)備的探測結(jié)果運算分析后發(fā)出控制信號至所述儲礦車。

進一步地，所述探測器本體的尾部外圓周方向上還設(shè)有尾翼。

進一步地，所述海底集礦車包括集礦車本體、水射流噴嘴、集礦外罩、進水口和出礦口，所述集礦車本體通過連接臂與儲礦車相連接，所述集礦外罩罩設(shè)在所述集礦車本體的前部，所述水射流噴嘴和進水口均設(shè)置在所述集礦外罩內(nèi)，其中，所述水射流噴嘴沿所述集礦外罩的長度方向間隔分布，所述進水口一一對應(yīng)的設(shè)置在所述水射流噴嘴的外側(cè)，所述進水口的出口端還經(jīng)增壓水泵與所述出礦口相連接，所述出礦口通過軟管與所述儲礦車相連接。

進一步地，所述集礦車本體的底部還設(shè)有輪胎和減振彈簧，所述輪胎對稱設(shè)置在所述集礦車本體的四周，所述減振彈簧一一對應(yīng)地安裝在所述輪胎上。

進一步地，所述儲礦車包括儲礦車本體、儲礦艙、儲礦艙口和履帶式行進裝置，所述履帶式行進裝置安裝在所述儲礦車本體的底部，所述儲礦艙設(shè)置在所述儲礦車本體的上表面，所述儲礦艙口與所述儲礦艙相連通，且所述儲礦艙口還經(jīng)軟管與所述出礦口相連通，其中，所述儲礦艙還設(shè)有加工設(shè)備和礦漿泵，所述加工設(shè)備用于將所述礦物加工成礦漿，所述礦漿泵用于將所述礦漿經(jīng)所述儲礦艙口輸送至海底中繼艙中。

進一步地，所述儲礦艙口內(nèi)安裝有兩個管道，其中一個管道的兩端分別與所述儲礦艙和出礦口相連通，另一個管道兩端分別與所述礦漿泵和海底中繼艙相連接。

進一步地，所述儲礦車本體和儲礦艙之間還設(shè)有一轉(zhuǎn)臺，所述轉(zhuǎn)臺的底面與所述儲礦車本體旋轉(zhuǎn)連接，所述轉(zhuǎn)臺的上表面與所述儲礦艙固定連接。

進一步地，所述儲礦艙的上表面還安裝有探測器泊位，所述探測器泊位與所述水下探測器相配合。

本發(fā)明的有益效果在于：利用水下探測器探測作業(yè)區(qū)域附近的海底地形和礦物分布，并根據(jù)探測的信息合理地規(guī)劃海底集礦車和儲礦車的行進路徑，這樣既可以規(guī)避存在風險的作業(yè)區(qū)域，又可以提高集礦作業(yè)的生產(chǎn)效率。而儲礦車可以根據(jù)水下探測器發(fā)出的控制信號調(diào)整自身和海底集礦車的行進路徑，還可以為水下探測器提供電力，從而使水下探測器、海底采礦車和儲礦車不僅能分別完成探測、采礦、儲礦和加工的功能，而且各個設(shè)備之間實現(xiàn)了協(xié)同配合，顯著提高了海底采礦作業(yè)的安全性和高效性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備的俯視圖；

圖3是本發(fā)明的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備的海底集礦車和儲礦車的底部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備的使用狀態(tài)俯視圖；

圖5是本發(fā)明的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備的使用狀態(tài)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。

參閱圖1-3所示，本發(fā)明的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備，其包括：

水下探測器1，用于探測海底地形及礦物分布，并發(fā)出控制信號至儲礦車3；

海底集礦車2，用于采集海底礦物，并將采集的礦物輸送至儲礦車3內(nèi)；

儲礦車3，與水下探測器1相連接，儲礦車3用于根據(jù)控制信號調(diào)整自身和海底集礦車2的行進路徑，儲礦車3還用于儲存加工礦物，并為水下探測器1提供電力。

本發(fā)明利用水下探測器1探測作業(yè)區(qū)域附近的海底地形和礦物分布，并根據(jù)探測的信息合理地規(guī)劃海底集礦車2和儲礦車3的行進路徑，這樣既可以規(guī)避存在風險的作業(yè)區(qū)域，又可以提高集礦作業(yè)的生產(chǎn)效率。而儲礦車3可以根據(jù)水下探測器發(fā)出的控制信號調(diào)整自身和海底集礦車2的行進路徑，還可以為水下探測器1提供電力，從而使水下探測器1、海底采礦車2和儲礦車3不僅能分別完成探測、采礦、儲礦和加工的功能，而且各個設(shè)備之間實現(xiàn)了協(xié)同配合，顯著提高了海底采礦作業(yè)的安全性和高效性。

具體地，水下探測器1包括探測器本體11、電子設(shè)備艙12、多自由度螺旋槳推進器13和探測設(shè)備14，電子設(shè)備艙12設(shè)置在探測器本體11內(nèi)部，電子設(shè)備艙12通過光電纜15與儲礦車3相連接，多自由度螺旋槳推進器13對稱設(shè)置在探測器本體11的上部兩側(cè)，并用于驅(qū)動探測器本體11前行和姿態(tài)調(diào)整，探測設(shè)備14設(shè)置在探測器本體11的前側(cè)底部，并用于探測海底地形和礦物的分布，本實施例中的探測設(shè)備14可以為聲吶探測儀或海底成像設(shè)備等。其中，電子設(shè)備艙12內(nèi)的控制系統(tǒng)用于根據(jù)探測設(shè)備14的探測結(jié)果運算分析后發(fā)出控制信號至儲礦車3。本實施例中的光電纜15是一種將光纖和金屬導線結(jié)合起來的傳輸介質(zhì)，兼具電力輸送和信息傳輸?shù)墓δ?。水下探測器1通過光電纜15獲得來自儲礦車3的電力供應(yīng)，同時將控制信號傳輸至儲礦車3上，使其按照規(guī)劃的路徑行進和開展采礦任務(wù)。

本發(fā)明中，水下探測器1的主要功能在于:1)、探測海底地形和海底礦物的分布，2)、通過電子設(shè)備艙12搭載電子設(shè)備。水下探測器1具備自航能力，并且能夠在深海環(huán)境中航行。本實施例中，電子設(shè)備艙12搭載的控制系統(tǒng)包括用于控制航行、探測、集礦、輸?shù)V等作業(yè)的電子裝備，這樣可以避免將其搭載于儲礦車3上，從而減輕儲礦車3的重量，使其能夠在海底較為平穩(wěn)地行進，這樣既有利于結(jié)構(gòu)安全，又有利于節(jié)省能量。而電子設(shè)備艙12的外殼可采用耐壓殼體結(jié)構(gòu)，能夠承受深海巨大的壓力。本實施例中的水下探測器1的航行由多自由度螺旋槳13推進器(2)推進，并可以通過調(diào)整其方向，實現(xiàn)航行姿態(tài)的調(diào)整。探測設(shè)備14用于探測海底地形和礦物的分布，以便合理地規(guī)劃行進路徑，規(guī)避存在風險的作業(yè)區(qū)域，以及提高集礦作業(yè)的生產(chǎn)效率。從而實現(xiàn)了水下探測器1和儲礦車3的協(xié)同作業(yè)。

本發(fā)明中，探測器本體1的尾部外圓周方向上還設(shè)有尾翼16。尾翼16能夠改善水下探測器1的操縱性，使其穩(wěn)定航行，從而保護電子設(shè)備艙12內(nèi)的設(shè)備不受損壞。

具體地，海底集礦車2包括集礦車本體21、水射流噴嘴22、集礦外罩23、進水口24和出礦口25，集礦車本體21通過連接臂26與儲礦車3相連接，集礦外罩23罩設(shè)在集礦車本體21的前部，水射流噴嘴22和進水口24均設(shè)置在集礦外罩23內(nèi)，其中，水射流噴嘴22沿集礦外罩23的長度方向間隔分布，進水口24一一對應(yīng)的設(shè)置在水射流噴嘴22的外側(cè)，進水口24的出口端還經(jīng)增壓水泵27與出礦口25相連接，出礦口25通過軟管35與儲礦車3相連接。

本發(fā)明中，海底集礦車2的主要功能在于:1)、采集海底礦物，如：錳結(jié)核等；2)、將采集的礦物輸送至儲礦車3中。海底集礦車2采用水力集礦的方式，水射流噴嘴22能夠產(chǎn)生高速的水射流，利用其高能量將礦物從海床分離。集礦外罩23形成局部抽吸流場，使得水流更多地從下方涌入，進而增加對礦物顆粒的流體作用力。進水口24處形成局部負壓區(qū)，使得大流量的水被吸入進水口24中，從而大量地采集礦物顆粒。在本發(fā)明的其他應(yīng)用場合下，也可以采用其他的集礦方式進行采礦。海底集礦車2通過連接臂26與儲礦車3相連，儲礦車3通過連接臂26控制海底集礦車2的運動路徑。同時，海底集礦車2采集的礦物由出礦口25通過輸送至儲礦車3中儲存，從而實現(xiàn)了海底集礦車2和儲礦車3的協(xié)同作業(yè)。

較佳地，集礦車本體21的底部還設(shè)有輪胎28和減振彈簧29，輪胎28對稱設(shè)置在集礦車本體21的四周，減振彈簧29一一對應(yīng)地安裝在輪胎28上。這樣可以使集礦車本體21更加平穩(wěn)地在海底移動。

具體地，儲礦車3包括儲礦車本體31、儲礦艙32、儲礦艙口33和履帶式行進裝置34，履帶式行進裝置34安裝在儲礦車本體31的底部，儲礦艙32設(shè)置在儲礦車本體31的上表面，儲礦艙口33與儲礦艙32相連通，且儲礦艙口33還經(jīng)軟管35與出礦口25相連通，其中，儲礦艙32還設(shè)有加工設(shè)備36和礦漿泵37，加工設(shè)備36用于將礦物加工成礦漿，礦漿泵37用于將礦漿經(jīng)儲礦艙口33輸送至海底中繼艙(圖中未示出)中。

本發(fā)明中儲礦車3的主要功能在于：1)、儲存來自海底集礦車2的礦物；2)、加工礦物，使其成為礦漿；3)、將礦漿輸送至海底中繼艙；4)、為水下探測器1提供電力和停泊處所；5)、接收來自水下探測器1的控制信號，并控制行進路徑和采礦作業(yè)。其中，儲礦車3底部采用履帶式行進裝置34，其與海底的接觸方式是面接觸，與點接觸相比，履帶行進裝置34更加適應(yīng)海底松軟的地質(zhì)條件，作用于海底的壓強較小，能提供更大的抓地力，因此能夠連續(xù)、穩(wěn)定地行進。

較佳地，為了便于分離礦物和礦漿的輸送通道，儲礦艙口33內(nèi)安裝有兩個管道，其中一個管道的兩端分別與儲礦艙32和出礦口25相連通，另一個管道兩端分別與礦漿泵37和海底中繼艙相連接。

參閱圖4-5所示，儲礦車本體31和儲礦艙32之間還設(shè)有一轉(zhuǎn)臺38，轉(zhuǎn)臺38的底面與儲礦車本體31旋轉(zhuǎn)連接，轉(zhuǎn)臺38的上表面與儲礦艙32固定連接。因連接臂26、儲礦艙32等結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)臺38相連接，因此可以實現(xiàn)整體回轉(zhuǎn)。當儲礦車3需要向后方轉(zhuǎn)彎時，可以先轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺38，使上方的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)到某一適當角度，然后調(diào)整履帶行進裝置34的履帶方向，按照反方向行進。這樣的設(shè)計相當于把“S形”路線化為“Z形”路線，從而有效地減小車體的轉(zhuǎn)彎半徑，大大提高行進效率，進而提高作業(yè)的生產(chǎn)率。

較佳地，儲礦艙32的上表面還安裝有探測器泊位39，探測器泊位39與水下探測器1相配合。當海底地形三維掃描完畢、非工作狀態(tài)以及海底集礦車2修整時，可供水下探測器1停泊。

以上，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護范圍為準。