CN107521643A - 海底采矿车底盘、海底采矿车及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海底采矿车底盘、海底采矿车及其控制方法。采矿车底盘包括电驱式履带行走机构、悬挂机构、底盘架及底盘控制系统，电驱式履带行走机构有四个，分别安装在四个悬挂机构上，电驱式履带行走机构通过履带架安装在相对应的悬挂机构的承重杆上，承重杆通过螺母和丝杆与转向杆连接，转向杆的内端通过滑动轴承与底盘架的悬挂座相连，底盘架上安装的底盘控制系统包括电子仓、声信标和惯性导航组件。当海底采矿车在运行过程中，底盘控制系统根据传感器采集的数据进行测算实时调节各个履带行走机构，可以独立调节各个履带行走机构高度，使采矿车在行走过程中保持在平衡，提高了采矿车的地形适应能力和越障能力，更能适应复杂海底环境。

Description

海底采矿车底盘、海底采矿车及其控制方法

技术领域

本发明涉及海底采矿技术领域，尤其涉及一种海底采矿车底盘，以及海底采矿车及其控制方法。

背景技术

随着陆地矿产资源的日益枯竭，海洋资源越来越受到各国的重视，我国提出了“维护海洋权益，建设海洋强国”的宏伟蓝图，建设和发展我国海洋事业。在海洋中存在着大量的生物资源和矿产资源。海底主要矿产资源主要有多金属硫化物、多金属结核和富钴结壳壳。世界各国特别是西方发达国家正在对这些资源进行勘探以及试开采。我国自“八五”开始对海底采矿车进行研制，完成了集矿车的湖试，并正着手准备进行多金属结核采矿的1000m海试。

目前，海底采矿车底盘多采用双履带的液压驱动差速转向，这种履带底盘地形适应能力差，不利于采矿车的采矿作业。同时由于采用液压驱动，对履带的行走速度控制有严重的滞后现象，不利于采矿车的行走轨迹控制。另一方面，液压驱动不可避免地会有液压油泄漏的现象，污染海洋环境，破坏海洋生态平衡。

综上所述，双履带的液压驱动采矿车对地形适应能力和越障能力差并且液压驱动响应慢易漏油污染的缺陷，成了本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种海底采矿车底盘、海底采矿车及其控制方法，旨在提高海底采矿车的响应速度，同时避免出现液压油泄漏的现象，以及提高海底采矿车对地形适应能力和越障能力。

为了实现上述目的，本发明提供一种海底采矿车底盘，所述海底采矿车底盘包括电驱式履带行走机构、悬挂机构、底盘架及底盘控制系统，

所述底盘架的相对两侧安装有四个悬挂机构，每一个悬挂机构对应连接有一个电驱式履带行走机构，所述电驱式履带行走机构包括履带、履带架、减速箱及伺服电机，所述履带安装在履带架上，所述履带架设有用于驱动履带行走的驱动轮，所述伺服电机带动驱动轮运行，所述减速箱用于控制伺服电机来对履带行走机构的运行速度进行调节，

所述悬挂机构包承重杆、丝杆、导向套、转向杆、位移传感器、升降电机、滑动轴承、偏转电机和角度传感器，每一个履带行走机构通过其履带架安装在相对应的悬挂机构的承重杆上，所述承重杆上设置有螺母及与所述螺母配合的丝杆，所述丝杆的上端可转动地安装在转向杆上，所述导向套连接在承重杆与转向杆之间以对履带行走机构的升降运动进行导向；

所述底盘架的两侧各设有两个悬挂座，所述转向杆的内端通过滑动轴承与底盘架的悬挂座可转动地连接，所述位移传感器和升降电机设于转向杆上，所述升降电机与丝杆的顶部连接以驱动丝杆转动，并由丝杆带动与之配合的螺母连同整个履带行走机构一起做升降运动，所述位移传感器用于测量履带行走机构的升降高度并反馈给底盘控制系统；所述角度传感器和偏转电机设于滑动轴承上，所述偏转电机驱动滑动轴承连同转向杆一起转动，从而调节履带行走机构的摆角，所述角度传感器用于测量履带行走机构的摆角并反馈给底盘控制系统；

所述底盘控制系统包括设于所述底盘架上的电子仓和声信标，所述电子仓用于与水面科考船实现通讯，所述声信标用于对海底采矿车进行定位，所述电子仓内安装有姿态传感器，用于检测所述海底采矿车底盘的整体姿态。

优选地，所述伺服电机和所述减速箱采用一体化设计以节省安装空间。

优选地，所述电驱式履带行走机构进一步包括转速传感器，所述转速传感器安装在减速箱上，以用于测量所述伺服电机的转速并反馈到所述底盘控制系统。

优选地，所述底盘控制系统还包括有惯性导航组件，以用于测量采矿车行走的方位角和车体速度。

优选地，所述底盘控制系统还包括补偿器，以用于所述伺服电机和所述减速器的压力补偿。

优选地，所述电子仓内安装有电机驱动器和智能控制器，所述智能控制器通过通讯接口与水面科考船进行通讯。

优选地，所述姿态传感器位于所述智能控制器中。

为了实现上述目的，本发明还提供一种海底采矿车，所述海底采矿车包括前述海底采矿车底盘。

为了实现上述目的，本发明还提供一种前述的海底采矿车的控制方法，包括如下步骤：

海底采矿车接收水面科考船上位机发出的行走指令，在伺服电机14的驱动下，按照水面科考船预先规划出采矿车的行走路径，在自适应地形的情况下按指定轨迹行走；

当海底地面有高低起伏时，海底采矿车会因此产生倾斜，电子仓中的姿态传感器会感应到倾斜的角度和方向数据，并以此数据结合位移传感器和角度传感器反馈的信息，计算出各个履带行走机构的升降高度，通过控制升降电机，控制相应履带行走机构升降，使车体基本保持水平状态。

优选地，所述控制方法进一步包括步骤：

在行走过程中，通过声信标定位发现海底采矿车的行驶轨迹与预定轨迹发生偏离时，底盘控制系统控制带动转向杆转动的偏转电机旋转，调整各个履带行走机构的角度，纠正采矿车的轨迹偏差，实现采矿车的轨迹控制。

本发明的海底采矿车底盘、海底采矿车及其控制方法，采用伺服电机驱动四个可可独立升降和角度旋转的履带行走机构，海底采矿车行走的响应速度快，并且避免出现液压油泄漏的现象，并且各个履带行走机构协同作业又不互相干扰，使得底盘控制灵活性高，并且能够提高海底采矿车对地形适应能力和越障能力。底盘控制系统通过对电子仓的控制，与科考船实现通讯，以及通过声信标实现对采矿车的定位，利用角度传感器和位移传感器来反馈调节电驱式履带行走机构的高度以及摆角，实现对采矿车运行状态的智能控制。另外，通过履带行走机构的转速传感器的反馈，能够精准地控制履带行走机构的行走速度，使海底采矿车按照预定的路径行驶。

附图说明

图1为本发明海底采矿车底盘一实施例的结构图；

图2为图1所示海底采矿车底盘的电驱式履带行走机构和悬挂机构结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1和图2所示，本发明的一种具体实施方式为一种电机驱动式海底采矿车底盘，包括：电驱式履带行走机构10、悬挂机构20、底盘架30以及底盘控制系统。电驱式履带行走机构10包括履带11、履带架12、减速箱13、伺服电机14以及转速传感器15等部件，其中，履带11安装在履带架12上，履带架12设有用于驱动履带11行走的驱动轮121，伺服电机14带动驱动轮121运行，采用伺服电机14驱动履带行走机构10，海底采矿车行走的响应速度快，并且避免出现液压油泄漏的现象。

减速箱13用于控制伺服电机14来对履带行走机构10的运行速度进行调节，同时安装在减速箱13上的转速传感器15能对伺服电机14的转速进行测量，间接测算出伺服电机14所驱动的履带行走机构10的行走速度，其中的转速传感器15，优选为非接触式转速传感器。通过履带行走机构10的转速传感器15的反馈，能够精准地控制履带行走机构10的行走速度，使海底采矿车按照预定的路径行驶。

上述电驱式履带行走机构10可以为对称分布于底盘架30两侧的多个，而本实施例中优选有四个，则悬挂机构20也对应设置为四个。悬挂机构20包承重杆21、丝杆22、导向套23、转向杆24、位移传感器25、升降电机26、滑动轴承27、偏转电机28和角度传感器29。

每一个履带行走机构10通过其履带架12安装在相对应的悬挂机构20的承重杆21上，承重杆21上设置有螺母211及与螺母211配合的丝杆22，丝杆22的上端可转动地安装在转向杆24上，导向套23连接在承重杆21与转向杆24之间，在履带行走机构10做升降运动时进行导向。

底盘架30的两侧各设有两个悬挂座31，转向杆24的内端通过滑动轴承27与底盘架30的悬挂座31可转动地连接，将整个悬挂机构20连同相对应的履带行走机构10一起安装在底盘架30上。其中，位移传感器25和升降电机26设于转向杆24上，升降电机26与丝杆22的顶部连接以驱动丝杆22转动，并由丝杆22带动与之配合的螺母211连同整个履带行走机构10一起做升降运动，因此通过控制升降电机26的正反转即可调节履带行走机构10的高度。位移传感器25可以测量履带行走机构10的升降高度。

角度传感器29和偏转电机28设于滑动轴承27上，偏转电机28驱动滑动轴承27连同转向杆24一起转动，从而调节履带行走机构10的摆角，角度传感器29可以测量履带行走机构10的摆角。两组电机(即升降电机26和偏转电机28)和传感器(即位移传感器25和角度传感器29)的配合反馈，可以实时调节履带行走机构10的运行状况，使履带行走机构10保持在不同海况下的平衡以及按预定的方向前进。

电机驱动式海底采矿车的底盘架30上包括有底盘控制系统，该底盘控制系统上安装有电子仓321和声信标324，电子仓321内安装有电机驱动器和智能控制器。智能控制器通过通讯接口与水面科考船进行通讯。声信标324与科考船进行通讯，用于构成声学定位系统，定位出采矿车的准确位置。优选地，在智能控制器中还安装有姿态传感器，用于检测采矿车底盘的整体姿态。

海底采矿车底盘的每个履带行走机构10均可独立升降和角度旋转，各个履带行走机构10协同作业又不互相干扰，使得底盘控制灵活性高，并且能够提高海底采矿车对地形适应能力和越障能力。

在一优选的实施例中，底盘架30上还可安装有惯性导航组件322用于测量采矿车行走的方位角、车体速度等参数。

在一优选的实施例中，在底盘架30上还安装有补偿器323，用于伺服电机14和减速箱13的压力补偿。

在一优选的实施例中，伺服电机14和减速箱13一体化设计以节省安装空间。

在一优选的实施例中，电驱式履带行走机构10及悬挂机构20以及底盘架30采用钢结构。

本发明的另一具体实施方式为一种电机驱动式海底采矿车，具有以上任一或组合结构特征的海底采矿车底盘。

本实施例中，海底采矿车的控制方法如下：

海底采矿车接收水面科考船上位机发出的行走指令，在伺服电机14的驱动下，按照水面科考船预先规划出采矿车的行走路径，在自适应地形的情况下按指定轨迹行走；

当海底地面有高低起伏时，海底采矿车会因此产生倾斜，而电子仓321中的姿态传感器会感应到倾斜的角度和方向数据，并以此数据结合位移传感器25和角度传感器29反馈的信息，计算出各个履带行走机构10的升降高度，通过控制升降电机26，控制相应履带行走机构10升降，使车体基本保持水平状态。通过姿态传感器参数，实时调节各个履带行走机构10升降，使海底采矿车在行走过程中保持在一定的水平状态，为海底采矿车的作业系统作业提供有力保障。在行走过程中，通过声信标324定位发现海底采矿车的行驶轨迹与预定轨迹发生偏离时，底盘控制系统的智能控制器控制带动转向杆24转动的偏转电机28旋转，调整各个履带行走机构10的角度，纠正采矿车的轨迹偏差，实现采矿车的轨迹控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海底采矿车底盘，其特征在于，所述海底采矿车底盘包括电驱式履带行走机构、悬挂机构、底盘架及底盘控制系统，

所述底盘架的相对两侧安装有四个悬挂机构，每一个悬挂机构对应连接有一个电驱式履带行走机构，所述电驱式履带行走机构包括履带、履带架、减速箱及伺服电机，所述履带安装在履带架上，所述履带架设有用于驱动履带行走的驱动轮，所述伺服电机带动驱动轮运行，所述减速箱用于控制伺服电机来对履带行走机构的运行速度进行调节，

所述悬挂机构包承重杆、丝杆、导向套、转向杆、位移传感器、升降电机、滑动轴承、偏转电机和角度传感器，每一个履带行走机构通过其履带架安装在相对应的悬挂机构的承重杆上，所述承重杆上设置有螺母及与所述螺母配合的丝杆，所述丝杆的上端可转动地安装在转向杆上，所述导向套连接在承重杆与转向杆之间以对履带行走机构的升降运动进行导向；

所述底盘架的两侧各设有两个悬挂座，所述转向杆的内端通过滑动轴承与底盘架的悬挂座可转动地连接，所述位移传感器和升降电机设于转向杆上，所述升降电机与丝杆的顶部连接以驱动丝杆转动，并由丝杆带动与之配合的螺母连同整个履带行走机构一起做升降运动，所述位移传感器用于测量履带行走机构的升降高度并反馈给底盘控制系统；所述角度传感器和偏转电机设于滑动轴承上，所述偏转电机驱动滑动轴承连同转向杆一起转动，从而调节履带行走机构的摆角，所述角度传感器用于测量履带行走机构的摆角并反馈给底盘控制系统；

所述底盘控制系统包括设于所述底盘架上的电子仓和声信标，所述电子仓用于与水面科考船实现通讯，所述声信标用于对海底采矿车进行定位，所述电子仓内安装有姿态传感器，用于检测所述海底采矿车底盘的整体姿态。

2.根据权利要求1所述海底采矿车底盘，其特征在于，所述伺服电机和所述减速箱采用一体化设计以节省安装空间。

3.根据权利要求1所述海底采矿车底盘，其特征在于，所述电驱式履带行走机构进一步包括转速传感器，所述转速传感器安装在减速箱上，以用于测量所述伺服电机的转速并反馈到所述底盘控制系统。

4.根据权利要求1所述海底采矿车底盘，其特征在于，所述底盘控制系统还包括有惯性导航组件，以用于测量采矿车行走的方位角和车体速度。

5.根据权利要求1所述海底采矿车底盘，其特征在于，所述底盘控制系统还包括补偿器，以用于所述伺服电机和所述减速器的压力补偿。

6.根据权利要求1所述海底采矿车底盘，其特征在于，所述电子仓内安装有电机驱动器和智能控制器，所述智能控制器通过通讯接口与水面科考船进行通讯。

7.根据权利要求6所述海底采矿车底盘，其特征在于，所述姿态传感器位于所述智能控制器中。

8.一种海底采矿车，其特征在于，所述海底采矿车包括如权利要求1至7项中任意一项所述海底采矿车底盘。

9.一种如权利要求8所述的海底采矿车的控制方法，包括如下步骤：

海底采矿车接收水面科考船上位机发出的行走指令，在伺服电机的驱动下，按照水面科考船预先规划出采矿车的行走路径，在自适应地形的情况下按指定轨迹行走；

当海底地面有高低起伏时，海底采矿车会因此产生倾斜，电子仓中的姿态传感器会感应到倾斜的角度和方向数据，并以此数据结合位移传感器和角度传感器反馈的信息，计算出各个履带行走机构的升降高度，通过控制升降电机，控制相应履带行走机构升降，使车体基本保持水平状态。

10.根据权利要求9所述海底采矿车的控制方法，其特征在于，进一步包括步骤：

在行走过程中，通过声信标定位发现海底采矿车的行驶轨迹与预定轨迹发生偏离时，底盘控制系统控制带动转向杆转动的偏转电机旋转，调整各个履带行走机构的角度，纠正采矿车的轨迹偏差，实现采矿车的轨迹控制。