本發(fā)明屬于電控系統(tǒng)領(lǐng)域，特別地涉及一種深海采礦車的行駛控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

眾所周知，地球表面超過70％的面積都被浩瀚的海洋所包圍，是名副其實(shí)的藍(lán)色星球。海洋在人類的發(fā)展繁衍中發(fā)揮著舉足輕重的作用,不僅是地球氣候的調(diào)節(jié)器，更蘊(yùn)藏著無(wú)窮無(wú)盡的自然資源。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(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。其中，稀有金屬鈷更是被稱為21世紀(jì)的“新金屬”，在現(xiàn)代工業(yè)中，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，鈷的需求量也呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。目前，陸地上的鈷資源主要作為銅、鎳金屬礦床的伴生元素存在，且全球分布極不均勻。陸地上鈷含量大于0.1％的礦床為數(shù)很少，鈷儲(chǔ)量嚴(yán)重不足。相比之下，海底富鈷結(jié)殼的含量則大得多，據(jù)推測(cè)鈷資源含量達(dá)到了3×109t。2013年，我國(guó)又正式獲得一塊太平洋富鈷結(jié)殼礦區(qū)的開發(fā)權(quán)?？梢钥闯?，海洋在礦產(chǎn)資源開發(fā)方面具有非常大的潛力，我國(guó)也應(yīng)積極部署發(fā)展深海工程裝備與高科技船舶。正是在這樣的時(shí)代背景下，國(guó)家在中央十八大報(bào)告中提出，要努力將我國(guó)建設(shè)成“海洋強(qiáng)國(guó)”，具體包括加大海洋資源的開發(fā)、推動(dòng)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高海洋科技的創(chuàng)新，抓緊海洋生態(tài)文明的建設(shè)以及加強(qiáng)海洋權(quán)益的維護(hù)。而在2015年5月19日公布的《中國(guó)制造2025》報(bào)告中，國(guó)家又明確提出了“制造強(qiáng)國(guó)”的新戰(zhàn)略，把“深海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，要著重進(jìn)行先進(jìn)海洋工程裝備的研發(fā)和國(guó)有化。

由于在海底復(fù)雜環(huán)境下驅(qū)動(dòng)輪可能會(huì)打滑，基于驅(qū)動(dòng)輪速的航跡推算可能有較大的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種深海采礦車的行駛控制系統(tǒng)，能夠預(yù)先規(guī)劃路徑，驅(qū)動(dòng)采礦車行駛執(zhí)行單元，控制行駛速度，實(shí)現(xiàn)直線行駛或繞障。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種深海采礦車的行駛控制系統(tǒng)，

鑒于結(jié)殼礦區(qū)的微地形特征，采礦車在海底行走時(shí)采用手動(dòng)方式控制，采掘作業(yè)時(shí)設(shè)定按直線方式行走，行走機(jī)構(gòu)采用四輪驅(qū)動(dòng)和兩輪驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式：四輪驅(qū)動(dòng)，可通過控制四液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速及其方向來控制采礦車的運(yùn)動(dòng)，控制靈活，轉(zhuǎn)彎半徑很小，甚至實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，路況良好時(shí)，采用四輪驅(qū)動(dòng)；兩輪驅(qū)動(dòng)，路況惡劣時(shí)，采用兩輪驅(qū)動(dòng)，并可根據(jù)情況選擇前驅(qū)或后驅(qū)，動(dòng)力性好，越障及通過性較高。兩種不同的驅(qū)動(dòng)的方式使得行走更加靈活。具體到內(nèi)部行駛控制系統(tǒng)，包括主控機(jī)、行駛執(zhí)行單元、導(dǎo)航裝置、檢測(cè)裝置和輔助運(yùn)動(dòng)控制單元，其中，

所述主控機(jī)與行駛執(zhí)行單元、導(dǎo)航裝置、檢測(cè)裝置和輔助運(yùn)動(dòng)控制單元分別連接，主控機(jī)對(duì)導(dǎo)航裝置傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算軌跡誤差、實(shí)時(shí)修正路徑和對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤；

所述行駛執(zhí)行單元由主控機(jī)控制，對(duì)采礦車的行駛速度、直線行駛及繞障和轉(zhuǎn)彎掉頭進(jìn)行控制操作；行駛執(zhí)行單元還與導(dǎo)航裝置連接，導(dǎo)航裝置對(duì)行駛執(zhí)行單元的行使數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；

所述檢測(cè)裝置和輔助運(yùn)動(dòng)控制單元對(duì)采礦車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和下一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)估，將結(jié)果傳輸給主控機(jī)，以控制行駛執(zhí)行單元。

優(yōu)選地，所述主控機(jī)包括路徑規(guī)劃單元、軌跡誤差計(jì)算單元、軌跡跟蹤單元和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)估單元，所述路徑規(guī)劃單元與所述行駛執(zhí)行單元連接，預(yù)先規(guī)劃路徑和驅(qū)動(dòng)行駛執(zhí)行單元；所述軌跡誤差計(jì)算單元的輸入與導(dǎo)航裝置的輸出連接，輸出與軌跡跟蹤單元連接，將導(dǎo)航裝置采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行軌跡誤差計(jì)算和運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤，所述軌跡跟蹤單元的輸出與檢測(cè)裝置連接；所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)估單元的輸入與導(dǎo)航裝置、檢測(cè)裝置和輔助運(yùn)動(dòng)控制單元分別連接，輸出與行駛執(zhí)行單元連接。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)航裝置包括聲學(xué)發(fā)射應(yīng)答器、激光陀螺儀和姿態(tài)傳感器。

優(yōu)選地，所述檢測(cè)裝置包括離底高度計(jì)、機(jī)械運(yùn)行檢測(cè)傳感器和溫鹽深儀。

優(yōu)選地，所述輔助運(yùn)動(dòng)控制單元包括水下照明燈和水下攝像機(jī)。

優(yōu)選地，所述機(jī)械運(yùn)行檢測(cè)傳感器至少包括位移傳感器、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器、電壓監(jiān)測(cè)傳感器和電流檢測(cè)傳感器。

優(yōu)選地，還包括通訊裝置，所述通訊裝置包括水下光端機(jī)、甲板光端機(jī)、視頻監(jiān)控臺(tái)和甲板操作臺(tái)，所述水下光端機(jī)與主控機(jī)和甲板光端機(jī)分別連接；所述甲板光端機(jī)與視頻監(jiān)控臺(tái)和甲板操作臺(tái)分別連接。

優(yōu)選地，所述水下光端機(jī)與主控機(jī)通過rs-232總線連接。

優(yōu)選地，所述水下光端機(jī)與甲板光端機(jī)通過光纖連接。

優(yōu)選地，所述甲板光端機(jī)與視頻監(jiān)控臺(tái)和甲板操作臺(tái)皆通過以太網(wǎng)連接通訊。

本發(fā)明通過以上設(shè)置有益效果至少包括以下幾點(diǎn)：

(1)可以按照實(shí)際情況選擇兩種不同的驅(qū)動(dòng)的方式，使得采礦車行走更加靈活，并且能適應(yīng)復(fù)雜的海底地形；

(2)采用具有聲學(xué)定位修正功能的導(dǎo)航裝置，對(duì)采礦車的行駛方位和軌跡進(jìn)行采集，并反饋給主控機(jī)；

(3)增加測(cè)速的檢測(cè)裝置，減小基于驅(qū)動(dòng)輪速的航跡推算誤差，提高采礦車的定位精度；

(4)檢測(cè)裝置中的機(jī)械運(yùn)行檢測(cè)傳感器對(duì)電壓，電流，漏電，漏水，壓力，轉(zhuǎn)角，位置，轉(zhuǎn)速，力或扭矩等都可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

(5)系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)，即便于維護(hù)，又節(jié)省空間；

(6)激光陀螺儀可以不收磁場(chǎng)干擾，提高了定位的精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的深海采礦車的行駛控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的深海采礦車的行駛控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的深海采礦車的行駛控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。

參見圖1所示為本實(shí)施例1的深海采礦車的行駛控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括主控機(jī)10、行駛執(zhí)行單元20、導(dǎo)航裝置30、檢測(cè)裝置40和輔助運(yùn)動(dòng)控制單元50，其中，

主控機(jī)10與行駛執(zhí)行單元20、導(dǎo)航裝置30、檢測(cè)裝置40和輔助運(yùn)動(dòng)控制單元50分別連接，主控機(jī)10對(duì)導(dǎo)航裝置30傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算軌跡誤差、實(shí)時(shí)修正路徑和對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤；

行駛執(zhí)行單元20由主控機(jī)10控制，對(duì)采礦車的行駛速度、直線行駛及繞障和轉(zhuǎn)彎掉頭進(jìn)行控制操作；行駛執(zhí)行單元20還與導(dǎo)航裝置30連接，導(dǎo)航裝置30對(duì)行駛執(zhí)行單元20的行使數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；

檢測(cè)裝置40和輔助運(yùn)動(dòng)控制單元50對(duì)采礦車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和下一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)估，將結(jié)果傳輸給主控機(jī)10，以控制行駛執(zhí)行單元20。

通過上述設(shè)置，主控機(jī)10采用stm32f103vct6芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，控制行駛執(zhí)行單元20對(duì)采礦車的驅(qū)動(dòng)，改變行駛速度，控制直線行駛或繞障，轉(zhuǎn)彎掉頭操作；利用導(dǎo)航裝置30對(duì)采礦車所處的環(huán)境進(jìn)行感知，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至主控機(jī)10，主控機(jī)10根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)行駛的路徑進(jìn)行修正后再輸出給行駛執(zhí)行單元20；檢測(cè)裝置40和輔助運(yùn)動(dòng)控制單元50對(duì)所處的水深、電壓、電流、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力或扭矩等進(jìn)行檢測(cè)后發(fā)送給主控機(jī)10，以供主控機(jī)10對(duì)行駛執(zhí)行單元20更好地輸出控制信號(hào)。

實(shí)施例2

參見圖2所示為本實(shí)施例2的深海采礦車的行駛控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，主控機(jī)10包括路徑規(guī)劃單元110、軌跡誤差計(jì)算單元120、軌跡跟蹤單元130和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)估單元140，路徑規(guī)劃單元110與行駛執(zhí)行單元20連接，預(yù)先規(guī)劃路徑和驅(qū)動(dòng)行駛執(zhí)行單元20；軌跡誤差計(jì)算單元120的輸入與導(dǎo)航裝置30的輸出連接，輸出與軌跡跟蹤單元130連接，將導(dǎo)航裝置30采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行軌跡誤差計(jì)算和運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤，軌跡跟蹤單元130的輸出與檢測(cè)裝置40連接；運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)估單元140的輸入與導(dǎo)航裝置30、檢測(cè)裝置40和輔助運(yùn)動(dòng)控制單元50分別連接，輸出與行駛執(zhí)行單元20連接。

導(dǎo)航裝置30包括聲學(xué)發(fā)射應(yīng)答器、激光陀螺儀和姿態(tài)傳感器，根據(jù)激光陀螺儀測(cè)定的方位角和行駛速度，計(jì)算行程和位置，然后通過軌跡誤差計(jì)算單元120、軌跡跟蹤單元130和檢測(cè)裝置40進(jìn)行路徑的反饋控制實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤；利用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)估單元140的輸出作為行駛執(zhí)行單元20設(shè)定值的修正量，以便根據(jù)路徑偏差及時(shí)改變?cè)O(shè)定值，并以運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)估單元140輸出作為左右履帶速度設(shè)定值的修正量，以便根據(jù)方位角的偏差及時(shí)改變，從而改變行駛方向，實(shí)現(xiàn)路徑控制。

檢測(cè)裝置40包括離底高度計(jì)、機(jī)械運(yùn)行檢測(cè)傳感器和溫鹽深儀，其中機(jī)械運(yùn)行檢測(cè)傳感器至少包括位移傳感器、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器、電壓監(jiān)測(cè)傳感器和電流檢測(cè)傳感器，還可以包括漏電傳感器、漏水傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器等。

輔助運(yùn)動(dòng)控制單元50包括水下照明燈和水下攝像機(jī)，可以在水下更好地進(jìn)行導(dǎo)航和檢測(cè)。

實(shí)施例3

參見圖3所示為本實(shí)施例3的深海采礦車的行駛控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，還包括通訊裝置，通訊裝置包括水下光端機(jī)60、甲板光端機(jī)70、視頻監(jiān)控臺(tái)80和甲板操作臺(tái)90，水下光端機(jī)60與主控機(jī)10和甲板光端機(jī)70分別連接；甲板光端機(jī)70與視頻監(jiān)控臺(tái)80和甲板操作臺(tái)90分別連接，甲板光端機(jī)70、視頻監(jiān)控臺(tái)80和甲板操作臺(tái)90在水上，數(shù)據(jù)、命令和視頻信號(hào)都通過水下光端機(jī)60和甲板光端機(jī)70之間進(jìn)行傳輸，甲板操作臺(tái)90接收由水下光端機(jī)60發(fā)送至甲板光端機(jī)70的數(shù)據(jù)，同時(shí)將控制命令通過甲板光端機(jī)70傳送至水下光端機(jī)60；視頻監(jiān)控臺(tái)80接收由水下光端機(jī)60傳至甲板光端機(jī)70的視頻信號(hào)，對(duì)水下情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。

水下光端機(jī)60與主控機(jī)10通過rs-232總線連接；水下光端機(jī)60與甲板光端機(jī)70通過光纖連接；甲板光端機(jī)70與視頻監(jiān)控臺(tái)80和甲板操作臺(tái)90皆通過以太網(wǎng)連接通訊。

具體實(shí)施例中，水下部分有水下光端機(jī)60、主控機(jī)10、聲學(xué)發(fā)射應(yīng)答器、激光陀螺儀、溫鹽深儀，姿態(tài)傳感器、離地高度計(jì)、水下照明燈、水下攝像機(jī)、以及其他各類傳感器(位移傳感器，壓力傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器，電壓電流檢測(cè)傳感器)組成。聲學(xué)發(fā)射應(yīng)答器和主控機(jī)10之間通過rs232總線連接，激光陀螺儀和主控機(jī)10之間通過以太網(wǎng)連接，姿態(tài)傳感器和主控機(jī)10之間通過i2c總線連接，離地高度計(jì)和主控機(jī)10之間通過rs232總線連接，溫鹽深儀和主控機(jī)10之間通過rs232總線連接；位移傳感器，壓力傳感器，電流檢測(cè)傳感器，電壓檢測(cè)傳感器，都是和主控機(jī)10上的芯片(stm32f103vct6)的模數(shù)變換器(ad)連接，轉(zhuǎn)速檢測(cè)器產(chǎn)生的數(shù)字脈沖信號(hào)直接和主控機(jī)10上的芯片(stm32f103vct6)引腳(io)連接。水下照明燈和主控機(jī)10上的芯片(stm32f103vct6)引腳(io)連接。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。