本實(shí)用新型涉及集礦設(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(rèn)識(shí)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(kāi)采價(jià)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(chǔ)量分別高出陸上相應(yīng)儲(chǔ)量的幾十倍到幾千倍。2013年我國(guó)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(kāi)發(fā)必須依賴深海采礦裝備進(jìn)行。2015年5月19日公布的《中國(guó)制造2025》為“制造強(qiáng)國(guó)”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(diǎn)突破的十大戰(zhàn)略領(lǐng)域之一，著重進(jìn)行先進(jìn)海洋工程裝備的研發(fā)和國(guó)有化。

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化控制的普及，智能化設(shè)計(jì)越來(lái)越受到重視。近年來(lái)，在電力、機(jī)械、化工、制藥、建筑、物流等各個(gè)領(lǐng)域，智能化裝備都得到了廣泛的應(yīng)用。在這樣的時(shí)代背景下，海洋工程裝備的智能化也成為必然趨勢(shì)。尤其對(duì)于深遠(yuǎn)海作業(yè)而言，實(shí)現(xiàn)作業(yè)裝備的智能化、自動(dòng)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(duì)于海洋資源的合理開(kāi)發(fā)具有十分重要的意義。協(xié)同則是指協(xié)調(diào)兩個(gè)或以上的個(gè)體，發(fā)揮各自功能，合作完成特定任務(wù)的能力。對(duì)于深海采礦這樣的復(fù)雜工程來(lái)說(shuō)，包含多種作業(yè)任務(wù)，需要完成多項(xiàng)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(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的技術(shù)問(wèn)題，從而提供一種自動(dòng)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。

本實(shí)用新型的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的：

本實(shí)用新型提供的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備，其包括：

水下探測(cè)器，用于探測(cè)海底地形及礦物分布，并發(fā)出控制信號(hào)至儲(chǔ)礦車(chē)；

海底集礦車(chē)，用于采集海底礦物，并將采集的所述礦物輸送至儲(chǔ)礦車(chē)內(nèi)；

儲(chǔ)礦車(chē)，與所述水下探測(cè)器相連接，所述儲(chǔ)礦車(chē)用于根據(jù)所述控制信號(hào)調(diào)整自身和海底集礦車(chē)的行進(jìn)路徑，所述儲(chǔ)礦車(chē)還用于儲(chǔ)存加工所述礦物，并為所述水下探測(cè)器提供電力。

進(jìn)一步地，所述水下探測(cè)器包括探測(cè)器本體、電子設(shè)備艙、多自由度螺旋槳推進(jìn)器和探測(cè)設(shè)備，所述電子設(shè)備艙設(shè)置在所述探測(cè)器本體內(nèi)部，所述電子設(shè)備艙通過(guò)光電纜與所述儲(chǔ)礦車(chē)相連接，所述多自由度螺旋槳推進(jìn)器對(duì)稱設(shè)置在所述探測(cè)器本體的上部?jī)蓚?cè)，并用于驅(qū)動(dòng)所述探測(cè)器本體前行和姿態(tài)調(diào)整，所述探測(cè)設(shè)備設(shè)置在所述探測(cè)器本體的前側(cè)底部，并用于探測(cè)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(cè)設(shè)備的探測(cè)結(jié)果運(yùn)算分析后發(fā)出控制信號(hào)至所述儲(chǔ)礦車(chē)。

進(jìn)一步地，所述探測(cè)器本體的尾部外圓周方向上還設(shè)有尾翼。

進(jìn)一步地，所述海底集礦車(chē)包括集礦車(chē)本體、水射流噴嘴、集礦外罩、進(jìn)水口和出礦口，所述集礦車(chē)本體通過(guò)連接臂與儲(chǔ)礦車(chē)相連接，所述集礦外罩罩設(shè)在所述集礦車(chē)本體的前部，所述水射流噴嘴和進(jìn)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(zhǎng)度方向間隔分布，所述進(jìn)水口一一對(duì)應(yīng)的設(shè)置在所述水射流噴嘴的外側(cè)，所述進(jìn)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(guò)軟管與所述儲(chǔ)礦車(chē)相連接。

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

進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)礦車(chē)包括儲(chǔ)礦車(chē)本體、儲(chǔ)礦艙、儲(chǔ)礦艙口和履帶式行進(jìn)裝置，所述履帶式行進(jìn)裝置安裝在所述儲(chǔ)礦車(chē)本體的底部，所述儲(chǔ)礦艙設(shè)置在所述儲(chǔ)礦車(chē)本體的上表面，所述儲(chǔ)礦艙口與所述儲(chǔ)礦艙相連通，且所述儲(chǔ)礦艙口還經(jīng)軟管與所述出礦口相連通，其中，所述儲(chǔ)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(chǔ)礦艙口輸送至海底中繼艙中。

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

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

進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)礦艙的上表面還安裝有探測(cè)器泊位，所述探測(cè)器泊位與所述水下探測(cè)器相配合。

本實(shí)用新型的有益效果在于：利用水下探測(cè)器探測(cè)作業(yè)區(qū)域附近的海底地形和礦物分布，并根據(jù)探測(cè)的信息合理地規(guī)劃海底集礦車(chē)和儲(chǔ)礦車(chē)的行進(jìn)路徑，這樣既可以規(guī)避存在風(fēng)險(xiǎn)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(chǔ)礦車(chē)可以根據(jù)水下探測(cè)器發(fā)出的控制信號(hào)調(diào)整自身和海底集礦車(chē)的行進(jìn)路徑，還可以為水下探測(cè)器提供電力，從而使水下探測(cè)器、海底采礦車(chē)和儲(chǔ)礦車(chē)不僅能分別完成探測(cè)、采礦、儲(chǔ)礦和加工的功能，而且各個(gè)設(shè)備之間實(shí)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(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實(shí)用新型的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備的俯視圖；

圖3是本實(shí)用新型的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備的海底集礦車(chē)和儲(chǔ)礦車(chē)的底部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備的使用狀態(tài)俯視圖；

圖5是本實(shí)用新型的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備的使用狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。

參閱圖1-3所示，本實(shí)用新型的智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備，其包括：

水下探測(cè)器1，用于探測(cè)海底地形及礦物分布，并發(fā)出控制信號(hào)至儲(chǔ)礦車(chē)3；

海底集礦車(chē)2，用于采集海底礦物，并將采集的礦物輸送至儲(chǔ)礦車(chē)3內(nèi)；

儲(chǔ)礦車(chē)3，與水下探測(cè)器1相連接，儲(chǔ)礦車(chē)3用于根據(jù)控制信號(hào)調(diào)整自身和海底集礦車(chē)2的行進(jìn)路徑，儲(chǔ)礦車(chē)3還用于儲(chǔ)存加工礦物，并為水下探測(cè)器1提供電力。

本實(shí)用新型利用水下探測(cè)器1探測(cè)作業(yè)區(qū)域附近的海底地形和礦物分布，并根據(jù)探測(cè)的信息合理地規(guī)劃海底集礦車(chē)2和儲(chǔ)礦車(chē)3的行進(jìn)路徑，這樣既可以規(guī)避存在風(fēng)險(xiǎn)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(chǔ)礦車(chē)3可以根據(jù)水下探測(cè)器發(fā)出的控制信號(hào)調(diào)整自身和海底集礦車(chē)2的行進(jìn)路徑，還可以為水下探測(cè)器1提供電力，從而使水下探測(cè)器1、海底采礦車(chē)2和儲(chǔ)礦車(chē)3不僅能分別完成探測(cè)、采礦、儲(chǔ)礦和加工的功能，而且各個(gè)設(shè)備之間實(shí)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(cè)器1包括探測(cè)器本體11、電子設(shè)備艙12、多自由度螺旋槳推進(jìn)器13和探測(cè)設(shè)備14，電子設(shè)備艙12設(shè)置在探測(cè)器本體11內(nèi)部，電子設(shè)備艙12通過(guò)光電纜15與儲(chǔ)礦車(chē)3相連接，多自由度螺旋槳推進(jìn)器13對(duì)稱設(shè)置在探測(cè)器本體11的上部?jī)蓚?cè)，并用于驅(qū)動(dòng)探測(cè)器本體11前行和姿態(tài)調(diào)整，探測(cè)設(shè)備14設(shè)置在探測(cè)器本體11的前側(cè)底部，并用于探測(cè)海底地形和礦物的分布，本實(shí)施例中的探測(cè)設(shè)備14可以為聲吶探測(cè)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(cè)設(shè)備14的探測(cè)結(jié)果運(yùn)算分析后發(fā)出控制信號(hào)至儲(chǔ)礦車(chē)3。本實(shí)施例中的光電纜15是一種將光纖和金屬導(dǎo)線結(jié)合起來(lái)的傳輸介質(zhì)，兼具電力輸送和信息傳輸?shù)墓δ堋Ｋ绿綔y(cè)器1通過(guò)光電纜15獲得來(lái)自儲(chǔ)礦車(chē)3的電力供應(yīng)，同時(shí)將控制信號(hào)傳輸至儲(chǔ)礦車(chē)3上，使其按照規(guī)劃的路徑行進(jìn)和開(kāi)展采礦任務(wù)。

本實(shí)用新型中，水下探測(cè)器1的主要功能在于:1)、探測(cè)海底地形和海底礦物的分布，2)、通過(guò)電子設(shè)備艙12搭載電子設(shè)備。水下探測(cè)器1具備自航能力，并且能夠在深海環(huán)境中航行。本實(shí)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(cè)、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(chǔ)礦車(chē)3上，從而減輕儲(chǔ)礦車(chē)3的重量，使其能夠在海底較為平穩(wěn)地行進(jìn)，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(shí)施例中的水下探測(cè)器1的航行由多自由度螺旋槳13推進(jìn)器(2)推進(jìn)，并可以通過(guò)調(diào)整其方向，實(shí)現(xiàn)航行姿態(tài)的調(diào)整。探測(cè)設(shè)備14用于探測(cè)海底地形和礦物的分布，以便合理地規(guī)劃行進(jìn)路徑，規(guī)避存在風(fēng)險(xiǎn)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(shí)現(xiàn)了水下探測(cè)器1和儲(chǔ)礦車(chē)3的協(xié)同作業(yè)。

本實(shí)用新型中，探測(cè)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(cè)器1的操縱性，使其穩(wěn)定航行，從而保護(hù)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(chē)2包括集礦車(chē)本體21、水射流噴嘴22、集礦外罩23、進(jìn)水口24和出礦口25，集礦車(chē)本體21通過(guò)連接臂26與儲(chǔ)礦車(chē)3相連接，集礦外罩23罩設(shè)在集礦車(chē)本體21的前部，水射流噴嘴22和進(jìn)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(zhǎng)度方向間隔分布，進(jìn)水口24一一對(duì)應(yīng)的設(shè)置在水射流噴嘴22的外側(cè)，進(jìn)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(guò)軟管35與儲(chǔ)礦車(chē)3相連接。

本實(shí)用新型中，海底集礦車(chē)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(chǔ)礦車(chē)3中。海底集礦車(chē)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(chǎng)，使得水流更多地從下方涌入，進(jìn)而增加對(duì)礦物顆粒的流體作用力。進(jìn)水口24處形成局部負(fù)壓區(qū)，使得大流量的水被吸入進(jìn)水口24中，從而大量地采集礦物顆粒。在本實(shí)用新型的其他應(yīng)用場(chǎng)合下，也可以采用其他的集礦方式進(jìn)行采礦。海底集礦車(chē)2通過(guò)連接臂26與儲(chǔ)礦車(chē)3相連，儲(chǔ)礦車(chē)3通過(guò)連接臂26控制海底集礦車(chē)2的運(yùn)動(dòng)路徑。同時(shí)，海底集礦車(chē)2采集的礦物由出礦口25通過(guò)輸送至儲(chǔ)礦車(chē)3中儲(chǔ)存，從而實(shí)現(xiàn)了海底集礦車(chē)2和儲(chǔ)礦車(chē)3的協(xié)同作業(yè)。

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

具體地，儲(chǔ)礦車(chē)3包括儲(chǔ)礦車(chē)本體31、儲(chǔ)礦艙32、儲(chǔ)礦艙口33和履帶式行進(jìn)裝置34，履帶式行進(jìn)裝置34安裝在儲(chǔ)礦車(chē)本體31的底部，儲(chǔ)礦艙32設(shè)置在儲(chǔ)礦車(chē)本體31的上表面，儲(chǔ)礦艙口33與儲(chǔ)礦艙32相連通，且儲(chǔ)礦艙口33還經(jīng)軟管35與出礦口25相連通，其中，儲(chǔ)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(chǔ)礦艙口33輸送至海底中繼艙(圖中未示出)中。

本實(shí)用新型中儲(chǔ)礦車(chē)3的主要功能在于：1)、儲(chǔ)存來(lái)自海底集礦車(chē)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(cè)器1提供電力和停泊處所；5)、接收來(lái)自水下探測(cè)器1的控制信號(hào)，并控制行進(jìn)路徑和采礦作業(yè)。其中，儲(chǔ)礦車(chē)3底部采用履帶式行進(jìn)裝置34，其與海底的接觸方式是面接觸，與點(diǎn)接觸相比，履帶行進(jìn)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(qiáng)較小，能提供更大的抓地力，因此能夠連續(xù)、穩(wěn)定地行進(jìn)。

較佳地，為了便于分離礦物和礦漿的輸送通道，儲(chǔ)礦艙口33內(nèi)安裝有兩個(gè)管道，其中一個(gè)管道的兩端分別與儲(chǔ)礦艙32和出礦口25相連通，另一個(gè)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(chǔ)礦車(chē)本體31和儲(chǔ)礦艙32之間還設(shè)有一轉(zhuǎn)臺(tái)38，轉(zhuǎn)臺(tái)38的底面與儲(chǔ)礦車(chē)本體31旋轉(zhuǎn)連接，轉(zhuǎn)臺(tái)38的上表面與儲(chǔ)礦艙32固定連接。因連接臂26、儲(chǔ)礦艙32等結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)臺(tái)38相連接，因此可以實(shí)現(xiàn)整體回轉(zhuǎn)。當(dāng)儲(chǔ)礦車(chē)3需要向后方轉(zhuǎn)彎時(shí)，可以先轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)38，使上方的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)到某一適當(dāng)角度，然后調(diào)整履帶行進(jìn)裝置34的履帶方向，按照反方向行進(jìn)。這樣的設(shè)計(jì)相當(dāng)于把“S形”路線化為“Z形”路線，從而有效地減小車(chē)體的轉(zhuǎn)彎半徑，大大提高行進(jìn)效率，進(jìn)而提高作業(yè)的生產(chǎn)率。

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

以上，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。