本实用新型专利技术公开了一种深海海底多金属结核矿采矿装置，包括母船、矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置；母船位于海面上，矿石集中站和采矿装置均位于海底，母船通过脐带缆连接矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置，实现对矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置供电和通讯；矿石集中站通过通信供电缆与采矿装置连接；采矿装置用于沿海底收集矿石，然后倾倒在矿石集中站中，矿石集中站设有盛装矿石的容器，容器能通过矿石提升系统进行提升至海面的母船。本实用新型专利技术设有多个采矿装置，可以在指定的区域内并行工作，互不干扰，采矿效率高；本实用新型专利技术的采矿装置体积小，而且其通过推进器进行姿态控制，对海底环境扰动小、破坏小。破坏小。破坏小。
【技术实现步骤摘要】
一种深海海底多金属结核矿采矿装置
[0001]本技术属于海洋采矿工程
，尤其涉及一种深海海底多金属结核矿采矿装置。
技术介绍
[0002]近几年来，随着人类对金属资源需求的增加和陆地矿产资源消耗的加速，人们将目光瞄准了开发程度低的海底矿产资源。由于公海资源属于全人类共同所有，按照《联合国海洋法公约》的规定“资源开发权通常都遵循谁开发谁优先的原则”，世界各国对海底矿产资源的可持续绿色开发尤为重视。位于海底的多金属结核是外形似土豆的珍贵矿石，其直径通常在5～10cm间，大部分为7cm；其富含镍、钴、铜、锰和金、银等金属的总储量分别比相应的陆地储量高数十倍和数千倍，是海洋固体矿产资源的重点开采对象之一。
[0003]多金属结核矿石一般赋存于水深4000 m左右的海底沉积物，其赋存状态一般为底部半埋在沉积物中，顶部漏出在沉积物之上，由于这种存在形式，顶部往往比底部粗糙，这也为采集工作提供了诸多新思路。目前，海底多金属结核矿采集装备主要以采矿车为主，主要工作过程是海底采矿车搭载矿石采集装置，海底采矿车主体负责整个设备的运动、控制供能、矿石运输，而采集装置则负责采集位于海底沉积物表面对的多金属结核矿石，这种采矿车体积庞大，单台重量可达数吨；采矿车的行走方式主要有拖曳式和自行式两种；采集装置主要有三种形式：水力采集装置、机械式采集装置、水力
‑
机械式采集装置。其中，水力采集装置是利用电动机提供动力给高压水泵，由水泵提供的高压水射流将结核金属从海底沉积物中吹起，待矿石腾空时，又利用水流将其收集到海底采矿车上；机械式采集装置是利用旋转的链齿式收矿采集机构将多金属结核从海底挖起，并旋转输送至海底采矿车上；水力
‑
机械式采集装置，即结合机械动力和水动力，是先利用高压水射流将结核金属从海底沉积物中吹起至矿石离开海底沉积物，然后再利用机械链板将结核接住，运送到海底采矿车上。上述的这些矿石采集装置在文献（刘少军,等.深海采矿装备研发的现状与进展[J].机械工程学报,2014,50(02):8
‑
18.）中均有阐述。
[0004]有海洋专家学者提及，上述现有技术在采集矿物的过程中不仅大规模的搅动了沉积物，而且转移了生活在多金属结核矿石上的海洋生物，破坏了它们数百年造成的栖息地，给海底生态系统造成了极大且难以修复的破坏。事实上，对于大规模的海底矿石开采而言，不仅追求采矿装置的高工作效率和较低功耗，更为重要的还需要具备对海底沉积物的破坏小，最大可能减少对海底生态系统的扰动，实现“可持续绿色”开发。因此，创新技术一种深海海底多金属结核矿采矿装置与采矿方法具有十分重要的意义和价值。
技术实现思路
[0005]为了解决上述技术问题，本技术提供一种采用轻小型水下游走式采矿装置，采矿装置上搭载一定数量的机械手爪，用来拾取位于海底沉积物表面的多金属结核矿石，最大限度的减少采矿过程对海底生态环境的扰动和破坏的深海海底多金属结核矿采矿装
置。
[0006]本技术采用的技术方案是：一种深海海底多金属结核矿采矿装置，包括母船、矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置；母船位于海面上，矿石集中站和采矿装置均位于海底，母船通过脐带缆连接矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置，实现对矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置供电和通讯；矿石集中站通过通信供电缆与采矿装置连接；采矿装置用于沿海底收集矿石，然后倾倒在矿石集中站中，矿石集中站设有盛装矿石的容器，容器能通过矿石提升系统进行提升至海面的母船；
[0007]所述的采矿装置包括机架、动力推进装置、环境测量装置、装矿仓体、采集机械手和控制装置；所述的机架是一个框架结构，在其上固定有浮力组件；机架与装矿仓体的尾端铰接，装矿仓体的前端底部与电动推杆的一端铰接，电动推杆的另一端与机架铰接；装矿仓体尾端设有出料口，仓门上端铰接在出料口处，仓门的底部设置有配重体；动力推进装置、环境测量装置和采集机械手安装在机架上，分别与控制装置电连接，控制装置与矿石集中站电连接；所述的动力推进装置包括多个推进器Ⅰ和多个推进器Ⅱ；所述的推进器Ⅱ和推进器Ⅰ布置在浮力组件上，推进器Ⅱ竖直设置，用于实现采矿装置竖直方向的升沉运动；推进器Ⅰ为水平设置；机架的两侧均至少安装一采集机械手，采集机械手用于收集多金属结核矿石至装矿仓体内。
[0008]上述的深海海底多金属结核矿采矿装置中，机架形成一个U形空间，装矿仓体位于U形空间内；装矿仓体为上端开口的盒体；装矿仓体侧壁和底板镂空。
[0009]上述的深海海底多金属结核矿采矿装置中，所述的动力推进装置包括四个推进器Ⅰ和四个推进器Ⅱ；浮力组件的四个角处分别设有一个推进器Ⅰ和推进器Ⅱ；四个推进器Ⅰ沿圆周方向均匀布置，四个推进器Ⅰ和四个推进器Ⅱ分别与控制装置连接。
[0010]上述的深海海底多金属结核矿采矿装置中，所述的环境测量装置包括深海相机Ⅰ、深海照明灯Ⅰ、声呐、深海相机Ⅱ和深海照明灯Ⅱ；所述的声呐安装在机架的前端，声呐对前方海底障碍物进行探测，用于合理的避障；同时声呐通过脐带缆连接矿石集中站，用于定位采矿装置在深海海底中的位置信息，实现采矿装置的路径规划；所述的机架的前端和后端均安装有深海照明灯Ⅱ和深海相机Ⅱ；用于周边环境的照明和地形视觉测量；所述的机架的两侧和底部均设有深海相机Ⅰ和深海照明灯，用于实现采矿装置前进过程中对矿石定位；深海相机Ⅰ、深海照明灯Ⅰ、声呐、深海相机Ⅱ和深海照明灯Ⅱ分别与控制装置连接。
[0011]上述的深海海底多金属结核矿采矿装置中，所述的采集机械手包括固定座、方位转动座、机械臂Ⅰ、机械臂Ⅱ、机械臂Ⅲ、机械手爪、方位驱动电机、臂Ⅰ驱动电机、臂Ⅱ驱动电机、臂Ⅲ驱动电机和手爪驱动电机；所述的固定座固定在机架上，所述的固定座上安装有方位驱动电机，方位驱动电机的输出轴与方位转动座进行固定连接，机械臂Ⅰ的两端分别与方位转动座和机械臂Ⅱ的一端铰接，机械臂Ⅱ的另一端与机械臂Ⅲ铰接；机械臂Ⅰ与臂Ⅰ驱动电机的输出轴连接；所述的机械臂Ⅱ与臂Ⅱ驱动电机的输出轴连接，臂Ⅱ驱动电机安装在机械臂Ⅰ上；所述的机械臂Ⅲ与臂Ⅲ驱动电机的输出轴连接，臂Ⅲ驱动电机安装在机械臂Ⅱ上；机械手爪安装在机械臂Ⅲ的末端，手爪驱动电机能驱动机械手爪抓取矿石；方位驱动电机、臂Ⅰ驱动电机、臂Ⅱ驱动电机、臂Ⅲ驱动电机和手爪驱动电机分别与控制装置连接。
[0012]上述的深海海底多金属结核矿采矿装置中，所述的机械手爪包括法兰座、连杆、铰接法兰、多个弧面手指和滑动轴，法兰座固定在机械臂Ⅲ的末端；法兰座中间设置有一个圆
形的通孔，该通孔与滑动轴间隙配合，所述的滑动轴的尾端安装有铰接法兰，滑动轴的前端设有齿条；所述的手爪驱动电机安装固定在机械臂Ⅲ上，手爪驱动电机的输出轴与齿轮固定连接，齿轮与滑动轴上的齿条结构啮合；法兰座和铰接法兰上分别设有与弧面手指数量一致的铰接孔；弧面手指的底部设有两个铰接孔，一铰接孔与铰接法兰上相对应的铰接孔铰接，另一铰接孔与连杆的一端铰接，连杆的另一端与法兰座上相对应的铰接孔铰接；同一弧面手指所对应的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种深海海底多金属结核矿采矿装置，包括母船、矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置；其特征是：母船位于海面上，矿石集中站和采矿装置均位于海底，母船通过脐带缆连接矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置，实现对矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置供电和通讯；矿石集中站通过通信供电缆与采矿装置连接；采矿装置用于沿海底收集矿石，然后倾倒在矿石集中站中，矿石集中站设有盛装矿石的容器，容器内的矿石能通过矿石提升系统进行提升至海面的母船；所述的采矿装置包括机架、动力推进装置、环境测量装置、装矿仓体、采集机械手和控制装置；所述的机架是一个框架结构，在其上固定有浮力组件；机架与装矿仓体的尾端铰接，装矿仓体的前端底部与电动推杆的一端铰接，电动推杆的另一端与机架铰接；装矿仓体尾端设有出料口，仓门上端铰接在出料口处，仓门的底部设置有配重体；动力推进装置、环境测量装置和采集机械手安装在机架上，分别与控制装置电连接，控制装置与矿石集中站电连接；所述的动力推进装置包括多个推进器Ⅰ和多个推进器Ⅱ；所述的推进器Ⅱ和推进器Ⅰ布置在浮力组件上，推进器Ⅱ竖直设置，用于实现采矿装置竖直方向的升沉运动；推进器Ⅰ为水平设置；机架的两侧均至少安装一采集机械手，采集机械手用于收集多金属结核矿石至装矿仓体内。2.根据权利要求1所述的深海海底多金属结核矿采矿装置，其特征是：机架形成一个U形空间，装矿仓体位于U形空间内；装矿仓体为上端开口的盒体；装矿仓体侧壁和底板镂空。3.根据权利要求1所述的深海海底多金属结核矿采矿装置，其特征是：所述的动力推进装置包括四个推进器Ⅰ和四个推进器Ⅱ；浮力组件的四个角处分别设有一个推进器Ⅰ和推进器Ⅱ；四个推进器Ⅰ沿圆周方向均匀布置，四个推进器Ⅰ和四个推进器Ⅱ分别与控制装置连接。4.根据权利要求1所述的深海海底多金属结核矿采矿装置，其特征是：所述的环境测量装置包括深海相机Ⅰ、深海照明灯Ⅰ、声呐、深海相机Ⅱ和深海照明灯Ⅱ；所述的声呐安装在机架的前端，声呐对前方海底障碍物进行探测，用于合理的避障；同时声呐通过脐带缆连接矿石集中站，用于定位采矿装置在深海海底中的位置信息，实现采矿装置的路径规划；所述的机架的前端和后端均安装有深海照明灯Ⅱ和深海相机Ⅱ；用于周边环...
【专利技术属性】
技术研发人员：颜健，彭佑多，王集泽，金永平，宁宇，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。