【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及深海采矿，尤其是涉及一种基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统。
技术介绍
1、深海蕴藏着丰富的金属矿产资源，当前深海采矿
的主流方案是履带式集矿车+管道扬升+水力集矿。该技术要求采用动力定位船，并布置复杂的扬升管道系统。采矿生产一般周期较长，在此期间管道扬升系统易受恶劣海况影响而发生破坏，并且水力集矿作业对海底环境破坏和扰动极大。针对传统采矿方案存在的能耗高、施工难度大、环保性能差、海况适应性差、破坏环境等问题。
2、近年来，随着无人自主水下机器人技术的快速发展，发展用于深海采矿的新型水下航行器成为该领域重要发展方向。其主要原理是采用多推进器动力分配技术实现大载荷自主提升和近海底定高航行控制并采用机械手采集多金属结核，但其在现有技术的应用存在机械手采集效率低的问题。
3、为解决上述问题，需要提供一种新型的基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，解决传统的水力集矿方式对海底环境破坏较大和机械手采集效率低的问题，通过设计一个输送航行器和多个集矿航行器形成一母多子式的水下机器人系统，在控制系统指引下实现集群作业，其中输送航行器用于垂直运输多金属结核或集矿航行器，集矿航行器利用两组手爪实现采集多金属结核，输送航行器和多个集矿航行器依据任务需求分工合作，具有数据融合和感知能力和多点操作覆盖能力，实现高效采集和输送多金属结核的目的。
2、为
3、所述集矿航行器包括四旋翼主体框架、第二旋翼、防撞筒和交替采集执行机构，所述第二旋翼位于所述四旋翼主体框架的底面的四个边角处，所述防撞筒位于所述四旋翼主体框架的底面中部，所述防撞筒的底端搭接在所述凸台上，所述防撞筒的侧壁上设有第一双目摄像头和第一照明灯，所述交替采集执行机构位于所述防撞筒内。
4、优选的，所述交替采集执行机构包括从上到下依次平行设置的上层可移动盘、上层固定盘、下层可移动盘、中间固定盘和下层固定盘，所述上层固定盘、所述中间固定盘和所述下层固定盘均与所述防撞筒内壁上竖直设置的若干固定梁固定连接，所述上层固定盘和所述中间固定盘的中心孔均与中间圆柱固定连接，所述上层可移动盘和所述下层可移动盘的中心孔均与所述中间圆柱滑动连接，所述上层可移动盘通过第一驱动组件与所述下层固定盘底面上的第一手爪连接，所述下层可移动盘通过第二驱动组件与所述下层固定盘底面上的第二手爪连接，所述下层固定盘和所述中间固定盘之间固定连接有储矿筒，所述下层固定盘上设有集料口、第二双目摄像头和第二照明灯，所述集料口位于所述下层固定盘的中心且与所述储矿筒相连通，所述第二双目摄像头和所述第二照明灯位于所述集料口的两侧，所述第一手爪和所述第二手爪均匀分布在以所述集料口为圆心的圆周上，且所述第一手爪和所述第二手爪相间分布。
5、优选的，所述第一驱动组件包括第一电推杆、第一移动圆柱杆、第一推杆连接架、第一手爪连接架和第一圆盘连接架，所述第一移动圆柱杆、所述第一推杆连接架、所述第一手爪连接架和所述第一圆盘连接架均与所述第一手爪一一对应设置，所述第一电推杆固定在所述上层固定盘上，所述第一电推杆的末端与所述上层移动盘连接，所述第一移动圆柱杆的顶端固定在所述上层移动盘上，所述第一移动圆柱杆的底端与所述第一推杆连接架的顶端铰接，所述第一手爪连接架为y形架体结构，所述第一手爪连接架的端头与固定在所述下层固定盘上的所述第一圆盘连接架铰接，所述第一手爪连接架的其中一个分支与所述第一推杆连接架的底端铰接，所述第一手爪连接架的另一个分支与所述第一手爪的两侧中部铰接；
6、所述第二驱动组件包括第二电推杆、第二移动圆柱杆、第二推杆连接架、第二手爪连接架和第二圆盘连接架，所述第二移动圆柱杆、所述第二推杆连接架、所述第二手爪连接架和所述第二圆盘连接架均与所述第二手爪一一对应设置，所述第二电推杆固定在所述上层固定盘上，所述第二电推杆的末端与所述下层移动盘连接，所述第二移动圆柱杆的顶端固定在所述下层移动盘上，所述第二移动圆柱杆的底端与所述第二推杆连接架的顶端铰接，所述第二手爪连接架为y形架体结构，所述第二手爪连接架的端部与固定在所述下层固定盘上的所述第二圆盘连接架铰接，所述第二手爪连接架的其中一个分支与所述第二推杆连接架的底端铰接，所述第二手爪连接架的另一个分支与所述第二手爪的两侧中部铰接；
7、所述第一手爪和所述第二手爪的头端均为取物斜面，所述第一手爪和所述第二手爪的尾端均通过弹簧与所述第一手爪连接架或所述第二手爪连接架连接，且所述第一手爪和所述第二手爪的尾端均设有与所述第一手爪连接架或所述第二手爪连接架对应设置的限位圆柱。
8、优选的，所述卸矿组件为由圆盘、滑块和底座组成的虹膜机构，所述底座与所述储矿舱的底部固定连接，且所述底座上的中心孔与所述储矿舱的内部相连通，所述圆盘一侧的连接块上设有卸料电机，所述卸料电机的输出轴穿过所述连接块与齿轮连接，所述齿轮与固定在所述储矿舱侧壁上的圆弧形齿条啮合连接。
9、优选的，所述第一旋翼和所述第二旋翼均包括竖直设置的旋转电机和与所述旋转电机连接的螺旋桨。
10、优选的，所述海上浮动堆场、所述输送航行器和所述集矿航行器上都安装有低频超短基线应答器，所述深海采矿母船上搭载低频超短基线问答机，所述集矿航行器上装有中频超短基线应答器，所述输送航行器上装有中频超短基线问答机，所述低频超短基线应答器和所述低频超短基线问答机之间、所述中频超短基线应答器和所述中频超短基线问答机之间均通过声学通信装置通信连接。
11、优选的，所述四旋翼主体框架的顶部设有耐压舱，所述耐压舱内设有第一电源和第一控制器，所述第一电源与所述第一控制器连接，所述第一控制器与所述声学通信装置、所述第一电推杆、所述第二电推杆、所述第二旋翼的旋转电机、所述双目摄像头的控制开关、所述照明灯的控制器开关连接；所述储矿舱的侧壁上设有控制室，所述控制室内设有第二电源和第二控制器，所述第二电源与所述第二控制器连接，所述第二控制器与所述声学通信装置、所述第一旋翼的旋转电机、所述卸料电机连接。
12、优选的，所述上层可移动盘和所述下层可移动盘的中心圆孔内均设有与所述中心圆柱结构相适配的直线陶瓷轴承，所述中间圆柱通过涨紧连接套与所述上层固定盘固定连接，所述中间圆柱通过固定法兰盘与所述中间固定盘固定连接，所述中间固定盘通过螺钉与所述储矿筒的筒底连接，所述固定梁通过螺钉与所述四旋翼框架连接。
13、优选的，所述集矿航行器和所述输送航行器都本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，其特征在于：包括深海采矿母船、海上浮动堆场、输送航行器和集矿航行器，一个所述输送航行器携带多个所述集矿航行器，所述输送航行器包括储矿舱，所述储矿舱的侧壁中部均匀分布有四个第一旋翼，所述储矿舱的侧壁底部设有坐底支架，所述储矿舱的顶面设有若干均匀分布的储矿口，所述储矿口的内壁上设有凸台，所述储矿舱的底面设有卸矿组件；
2.根据权利要求1所述的基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，其特征在于：所述交替采集执行机构包括从上到下依次平行设置的上层可移动盘、上层固定盘、下层可移动盘、中间固定盘和下层固定盘，所述上层固定盘、所述中间固定盘和所述下层固定盘均与所述防撞筒内壁上竖直设置的若干固定梁固定连接，所述上层固定盘和所述中间固定盘的中心孔均与中间圆柱固定连接，所述上层可移动盘和所述下层可移动盘的中心孔均与所述中间圆柱滑动连接，所述上层可移动盘通过第一驱动组件与所述下层固定盘底面上的第一手爪连接，所述下层可移动盘通过第二驱动组件与所述下层固定盘底面上的第二手爪连接，所述下层固定盘和所述中间固定盘之间固定连接有储矿筒，所述下层
3.根据权利要求2所述的基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，其特征在于：所述第一驱动组件包括第一电推杆、第一移动圆柱杆、第一推杆连接架、第一手爪连接架和第一圆盘连接架，所述第一移动圆柱杆、所述第一推杆连接架、所述第一手爪连接架和所述第一圆盘连接架均与所述第一手爪一一对应设置，所述第一电推杆固定在所述上层固定盘上，所述第一电推杆的末端与所述上层移动盘连接，所述第一移动圆柱杆的顶端固定在所述上层移动盘上，所述第一移动圆柱杆的底端与所述第一推杆连接架的顶端铰接，所述第一手爪连接架为Y形架体结构，所述第一手爪连接架的端头与固定在所述下层固定盘上的所述第一圆盘连接架铰接，所述第一手爪连接架的其中一个分支与所述第一推杆连接架的底端铰接，所述第一手爪连接架的另一个分支与所述第一手爪的两侧中部铰接；
4.根据权利要求3所述的基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，其特征在于：所述卸矿组件为由圆盘、滑块和底座组成的虹膜机构，所述底座与所述储矿舱的底部固定连接，且所述底座上的中心孔与所述储矿舱的内部相连通，所述圆盘一侧的连接块上设有卸料电机，所述卸料电机的输出轴穿过所述连接块与齿轮连接，所述齿轮与固定在所述储矿舱侧壁上的圆弧形齿条啮合连接。
5.根据权利要求4所述的基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，其特征在于：所述第一旋翼和所述第二旋翼均包括竖直设置的旋转电机和与所述旋转电机连接的螺旋桨。
6.根据权利要求5所述的基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，其特征在于：所述海上浮动堆场、所述输送航行器和所述集矿航行器上都安装有低频超短基线应答器，所述深海采矿母船上搭载低频超短基线问答机，所述集矿航行器上装有中频超短基线应答器，所述输送航行器上装有中频超短基线问答机，所述低频超短基线应答器和所述低频超短基线问答机之间、所述中频超短基线应答器和所述中频超短基线问答机之间均通过声学通信装置通信连接。
7.根据权利要求6所述的基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，其特征在于：所述四旋翼主体框架的顶部设有耐压舱，所述耐压舱内设有第一电源和第一控制器，所述第一电源与所述第一控制器连接，所述第一控制器与所述声学通信装置、所述第一电推杆、所述第二电推杆、所述第二旋翼的旋转电机、所述双目摄像头的控制开关、所述照明灯的控制器开关连接；所述储矿舱的侧壁上设有控制室，所述控制室内设有第二电源和第二控制器，所述第二电源与所述第二控制器连接，所述第二控制器与所述声学通信装置、所述第一旋翼的旋转电机、所述卸料电机连接。
8.根据权利要求7所述的基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，其特征在于：所述上层可移动盘和所述下层可移动盘的中心圆孔内均设有与所述中心圆柱结构相适配的直线陶瓷轴承，所述中间圆柱通过涨紧连接套与所述上层固定盘固定连接，所述中间圆柱通过固定法兰盘与所述中间固定盘固定连接，所述中间固定盘通过螺钉与所述储矿筒的筒底连接，所述固定梁通过螺钉与所述四旋翼框架连接。
9.根据权利要求8所述的基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，其特征在于：所述集矿航行器和所述输送航行器都搭载深度计、高度计、DVL、前视声纳和惯...
【技术特征摘要】
1.一种基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，其特征在于：包括深海采矿母船、海上浮动堆场、输送航行器和集矿航行器，一个所述输送航行器携带多个所述集矿航行器，所述输送航行器包括储矿舱，所述储矿舱的侧壁中部均匀分布有四个第一旋翼，所述储矿舱的侧壁底部设有坐底支架，所述储矿舱的顶面设有若干均匀分布的储矿口，所述储矿口的内壁上设有凸台，所述储矿舱的底面设有卸矿组件；
2.根据权利要求1所述的基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，其特征在于：所述交替采集执行机构包括从上到下依次平行设置的上层可移动盘、上层固定盘、下层可移动盘、中间固定盘和下层固定盘，所述上层固定盘、所述中间固定盘和所述下层固定盘均与所述防撞筒内壁上竖直设置的若干固定梁固定连接，所述上层固定盘和所述中间固定盘的中心孔均与中间圆柱固定连接，所述上层可移动盘和所述下层可移动盘的中心孔均与所述中间圆柱滑动连接，所述上层可移动盘通过第一驱动组件与所述下层固定盘底面上的第一手爪连接，所述下层可移动盘通过第二驱动组件与所述下层固定盘底面上的第二手爪连接，所述下层固定盘和所述中间固定盘之间固定连接有储矿筒，所述下层固定盘上设有集料口、第二双目摄像头和第二照明灯，所述集料口位于所述下层固定盘的中心且与所述储矿筒相连通，所述第二双目摄像头和所述第二照明灯位于所述集料口的两侧，所述第一手爪和所述第二手爪均匀分布在以所述集料口为圆心的圆周上，且所述第一手爪和所述第二手爪相间分布。
3.根据权利要求2所述的基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，其特征在于：所述第一驱动组件包括第一电推杆、第一移动圆柱杆、第一推杆连接架、第一手爪连接架和第一圆盘连接架，所述第一移动圆柱杆、所述第一推杆连接架、所述第一手爪连接架和所述第一圆盘连接架均与所述第一手爪一一对应设置，所述第一电推杆固定在所述上层固定盘上，所述第一电推杆的末端与所述上层移动盘连接，所述第一移动圆柱杆的顶端固定在所述上层移动盘上，所述第一移动圆柱杆的底端与所述第一推杆连接架的顶端铰接，所述第一手爪连接架为y形架体结构，所述第一手爪连接架的端头与固定在所述下层固定盘上的所述第一圆盘连接架铰接，所述第一手爪连接架的其中一个分支与所述第一推杆连接架的底端铰接，所述第一手爪连接架的另一个分支与所述第一手爪的两侧中部铰接；
4.根据权利要求3所述的基于自主水下航行器的深海多金属结核采集系统，其特征在于：所述卸矿组件为由圆...
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