CN117846607A - 一种深海多金属结核采矿车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种深海多金属结核采矿车，包括：结构框架；履带行走机构设于结构框架的底部，带动深海多金属结核采矿车沿预设方向移动；采集机构设于结构框架的头部，采集多金属结核；感知控制机构用于感知深海环境，并控制履带行走机构和采集机构。通过将采集机构和感知控制机构集成设置于结构框架，使得采矿车结构紧凑、功能齐全，有利于采矿车内各路信号数据的采集和传递；通过履带行走装置保证了采矿车在稀软底质的稳定行走，降低了扰动，提高了采矿效率；通过采集机构和储料机构能够实现采集和收集的一体化，提高了单次采矿产能，解决了现有采矿车采集效率低下的问题。

Description

一种深海多金属结核采矿车

技术领域

本发明涉及水下作业设备技术领域，特别涉及一种深海多金属结核采矿车。

背景技术

深海矿产资源主要包括多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等，其富含的钴、锰、镍等稀有金属资源储量远远高于陆地，为新兴的新能源产业对稀有金属日益增加的需求提供了保障。

已探明的深海矿产资源中多金属结核大部分赋存在4000~6000m海底表面，因此深海矿产资源开采对相关装备技术要求极高。其中，采矿车是整个多金属结核采矿系统的首要环节，是实现多金属结核开采作业最关键的部分。

然而，由于多金属结核赋存于数千米深海底稀软底质表面，呈颗粒状，而海水压力高达几十兆帕，并且海底地质条件复杂，存在很多丘壑等的地势，而现有的采矿车无法在稀软底质稳定行走，产生的扰动使得采集效率低下；另外，现有的采矿车承载量较少，无法进行高效连续的采集作业；此外，现有的采矿车采用的电气控制、环境感知和自适应控制等技术远不能满足深海作业要求，因此使得多金属结核采集非常困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深海多金属结核采矿车，以至少解决现有采矿车采集效率低下的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种深海多金属结核采矿车，包括：

结构框架；

履带行走机构，设于所述结构框架的底部，用于带动所述深海多金属结核采矿车沿预设方向移动；

采集机构，设于所述结构框架的头部，用于采集多金属结核；

感知控制机构，用于感知深海环境，并控制所述履带行走机构和所述采集机构。

可选的，在所述的深海多金属结核采矿车中，所述结构框架包括主板框架、连接梁、设备架、台车架和安装基座；所述连接梁贯穿所述主板框架并与所述主板框架相固定；所述设备架安装于所述主板框架的外围；所述台车架通过所述连接梁安装于所述主板框架的侧边；所述安装基座设于所述主板框架的底部。

可选的，在所述的深海多金属结核采矿车中，所述结构框架还包括吊点、导接盘、采集头安装调节装置、地形探测装置和重心调节装置；所述吊点安装于所述导接盘的顶部；所述导接盘安装于所述主板框架的顶部；所述采集头安装调节装置位于所述结构框架的头部，且位于所述设备架的下部；所述地形探测装置吊装于所述结构框架的头部，且前凸出于所述采集头安装调节装置；所述重心调节装置可滑动的安装于所述结构框架内。

可选的，在所述的深海多金属结核采矿车中，所述采集头安装调节装置包括托架、连杆和液压杆；所述托架通过所述连杆和所述液压杆可活动的设于所述安装基座和所述主板框架上。

可选的，在所述的深海多金属结核采矿车中，所述地形探测装置包括探测臂、垂直基准臂、安装杆、探测球和角度传感器；所述探测臂的一端与所述主板框架固定连接，另一端前凸出于所述采集头安装调节装置，且固定有所述垂直基准臂；所述垂直基准臂吊装有所述安装杆；所述探测球安装于所述安装杆的末端；所述角度传感器设于所述垂直基准臂和所述安装杆的连接处，以获取所述安装杆相对于所述垂直基准臂的角度。

可选的，在所述的深海多金属结核采矿车中，所述主板框架的材料为高强度钛合金，所述设备架的材料为铝合金；所述主板框架和所述设备架通过管状法兰组件对接固定；所述管状法兰组件包括钛合金法兰、铝合金法兰和垫片，所述钛合金法兰设于所述主板框架，所述铝合金法兰设于所述设备架，所述垫片位于所述钛合金法兰和所述铝合金法兰之间，所述垫片的材料为塑料或橡胶。

可选的，在所述的深海多金属结核采矿车中，所述履带行走机构包括履带、驱动轮、承重轮、托链轮、引导轮、履带张紧装置、液压行走马达和速度编码器；所述引导轮和所述驱动轮分别位于所述台车架的前、后两端，且与所述履带内侧相啮合；多个所述承重轮位于所述台车架下方，且与所述履带的下层内侧相啮合；所述托链轮位于所述台车架上方，且与所述履带的上层外侧相接触；所述驱动轮与所述液压行走马达固定连接，以在所述液压行走马达提供的驱动力下带动所述履带转动；所述履带张紧装置位于所述台车架的前端内部，以通过所述引导轮对所述履带张紧；所述速度编码器安装于所述台车架，用于接收所述驱动轮的速度反馈。

可选的，在所述的深海多金属结核采矿车中，所述履带的外侧履齿包括间隔交错分布的高齿和低齿。

可选的，在所述的深海多金属结核采矿车中，所述采集机构包括顺次连接的采集头、轴流泵组件、输送管和脱泥装置；所述采集头用于采集多金属结核；所述轴流泵组件用于将采集的多金属结核通过输送管送入脱泥装置；所述脱泥装置用于对采集的多金属结核进行分离脱泥。

可选的，在所述的深海多金属结核采矿车中，所述采集头为双排射流采集头；所述轴流泵组件包括环形射流管、前侧轴流泵和后侧轴流泵，所述环形射流管的两端分别与所述双排射流采集头和所述输送管相连，所述前侧轴流泵用于使所述双排射流采集头吸取多金属结核；所述后侧轴流泵用于使所述环形射流管将采集的多金属结核输送至所述输送管；所述输送管包括顺次连接固定的连接软管和输送圆管；所述脱泥装置包括异形腔体，所述异形腔体内部设置有筛网，所述筛网的两侧分别设置有开口和导流口，所述开口与所述储料机构相连通以收集多金属结核，所述导流口排出泥水混合物。

可选的，在所述的深海多金属结核采矿车中，所述深海多金属结核采矿车还包括储料机构，所述储料机构包括储存仓、液压油缸和重力传感器；所述储存仓位于所述结构框架的尾部，且与所述采集机构相连通；所述储存仓开设有仓门，所述仓门在所述液压油缸的作用下开合；所述重力传感器用于对所述储存仓内的多金属结核进行称重。

可选的，在所述的深海多金属结核采矿车中，所述感知控制机构包括液压控制模块和电气控制模块；所述液压控制模块和所述电气控制模块均设于所述结构框架内，并与所述履带行走机构、所述采集机构和所述储料机构电气连接。

本发明提供的深海多金属结核采矿车，包括：结构框架；履带行走机构，设于所述结构框架的底部，用于带动所述深海多金属结核采矿车沿预设方向移动；采集机构，设于所述结构框架的头部，用于采集多金属结核；感知控制机构，用于感知深海环境，并控制所述履带行走机构和所述采集机构。通过将采集机构和感知控制机构集成设置于结构框架，使得采矿车结构紧凑、功能齐全，有利于采矿车内各路信号数据的采集和传递，从而实现采矿车的自动化控制；通过履带行走机构保证了采矿车在稀软底质的稳定行走，降低了扰动，提高了采矿效率；通过采集机构和储料机构能够实现采集和收集的一体化，提高了单次采矿产能，解决了现有采矿车采集效率低下的问题。

附图说明

图1为本实施例提供的深海多金属结核采矿车的结构示意图；

图2为本实施例提供的结构框架的结构示意图；

图3为本实施例提供的主板框架的加工示意图；

图4为本实施例提供的主板框架和设备架的连接示意图；

图5为本实施例提供的采集头安装调节装置和地形探测装置的结构示意图；

图6为本实施例提供的履带行走机构的结构示意图；

图7为本实施例提供的履带行走机构的截面剖视图；

图8为本实施例提供的采集机构的结构示意图；

图9为本实施例提供的采集机构的仰视图；

图10为本实施例提供的储料机构的结构示意图；

图11为本实施例提供的感知控制机构的结构示意图；

其中，各附图标记说明如下：

100-结构框架；101-主板框架；102-连接梁；103-设备架；104-台车架；105-安装基座；106-轨道梁；110-吊点；120-导接盘；130-采集头安装调节装置；131-托架；132-连杆；133-液压杆；140-地形探测装置；141-探测臂；142-垂直基准臂；143-安装杆；144-探测球；145-角度传感器，146-安装框架；150-重心调节装置；161-钛合金法兰；162-铝合金法兰；163-垫片；

200-履带行走机构；210-履带；211-高齿；212-低齿；221-驱动轮；222-承重轮；223-托链轮；224-引导轮；230-履带张紧装置；240-液压行走马达；250-速度编码器；

300-采集机构；310-采集头；320-轴流泵组件；321-环形射流管；322-前侧轴流泵；323-后侧轴流泵；330-输送管；331-连接软管；332-输送圆管；340-脱泥装置；341-筛网；342-导流口；

400-储料机构；410-储存仓；411-仓门；420-液压油缸；430-重力传感器；

500-感知控制机构；510-液压控制模块；520-电气控制模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的深海多金属结核采矿车作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图说明中的“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，以便描述本发明的实施例，而不用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的结构在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实施例提供一种深海多金属结核采矿车，如图1所示，包括：结构框架100；履带行走机构200，设于所述结构框架100的底部，用于带动所述深海多金属结核采矿车沿预设方向移动；采集机构300，设于所述结构框架100的头部，用于采集多金属结核；感知控制机构500，用于感知深海环境，并控制所述履带行走机构和所述采集机构。

本实施例提供的深海多金属结核采矿车，通过将采集机构300和感知控制机构500集成设置于结构框架100，使得采矿车结构紧凑、功能齐全，有利于采矿车内各路信号数据的采集和传递，从而实现采矿车的自动化控制；通过履带行走机构200保证了采矿车在稀软底质的稳定行走，降低了扰动，提高了采矿效率。

具体的，在本实施例中，如图2所示，所述结构框架100包括主板框架101、连接梁102、设备架103、台车架104和安装基座105；所述连接梁102贯穿所述主板框架101并与所述主板框架101相固定；所述设备架103安装于所述主板框架101的外围；所述台车架104通过所述连接梁102安装于所述主板框架101的侧边；所述安装基座105设于所述主板框架101的底部。

其中，连接梁102包括连接主梁和连接次梁，连接主梁贯穿主板框架101并与主板框架101焊接为一体；设备架103包绕主板框架101，即在主板框架101的前后左右四个方位均设置有设备架103；台车架104分设于主板框架101的左右两侧，再通过连接主梁将两侧的台车架104相连接，即连接主梁的两侧分别贯穿左右台车架104。

在具体实施过程中，考虑到深海多金属结核采矿车处于到高压、高腐蚀及稀软底质的工作环境中，因此，所述主板框架101的材料为高强度钛合金TC4。具体的，在实际加工过程中，可以采用水力或激光切割的加工形式，如图3所示，根据深海多金属结核采矿车总体布置与构件连接要求及应力水平分布情况，设计出钛合金主框架的总体外形，通过水力或激光将钛板切割成设计形状。该加工方法能够有效减少焊接量，从而能够降低焊接缺陷产生概率及热残余应力影响。另外，为了节约总体成本，切除的钛合金材料部分可以用于制作其他结构件。

同时，由于设备架103的承载能力设计较小，因此，所述设备架103的材料为铝合金，从而有效降低深海多金属结核采矿车的制造成本。

以及，为了便于主板框架101与设备架103的安装及后期维护更换，所述主板框架101和所述设备架103通过管状法兰组件对接固定。具体的，如图4所示，所述管状法兰组件包括钛合金法兰161、铝合金法兰162和垫片163，所述钛合金法兰161设于所述主板框架101，所述铝合金法兰162设于所述设备架103，所述垫片163位于所述钛合金法兰161和所述铝合金法兰162之间，所述垫片163的材料为塑料或橡胶。由于在钛合金法兰161和铝合金法兰162之间增加了非金属材质的垫片163，可以缓解两个法兰的接触面发生电化学腐蚀的程度，提高了结构框架100的使用寿命。

此外，在本实施例中，如图2所示，所述结构框架还包括吊点110、导接盘120、采集头安装调节装置130、地形探测装置140和重心调节装置150；所述吊点110安装于所述导接盘120的顶部；所述导接盘120安装于所述主板框架101的顶部；所述采集头安装调节装置130位于所述结构框架100的头部，且位于所述设备架103的下部；所述地形探测装置140吊装于所述结构框架100的头部，且前凸出于所述采集头安装调节装置130；所述重心调节装置150可滑动的安装于所述结构框架100。

在具体实施过程中，吊点110位于深海多金属结核采矿车的顶部中间位置，其结构类似于万向节，可以释放纵向和横向两个方向的旋转自由度，从而便于通过吊点110将深海多金属结核采矿车回收。较佳的，吊点110的邻近处还可以设置备用吊点，从而保证在吊点110失效时可以利用备用吊点回收深海多金属结核采矿车。

以及，导接盘120用于对接光电复合缆布放系统的导接装置，为了防止承重头中的光电复合栏发生弯曲或扭转。一般性工作原理是，布放系统的导接装置通过液压系统的液压杆将导接环压在导接盘120上，产生的摩擦力克服采矿车相对称重头发生的相对运动，从而保护光电复合缆及减缓采矿车晃荡。

进一步的，在本实施例中，如图5所示，所述采集头安装调节装置130包括托架131、连杆132和液压杆133；所述托架131通过所述连杆132和所述液压杆133可活动的设于所述安装基座105和所述主板框架101。

在具体安装过程中，托架131用于承托采集机构300的采集头。根据托架131的尺寸，可以设置多个连杆132以对托架131提供足够的支撑力，在本实施例中，托架131的两侧均设置有一组连杆，每组连杆包括2根连杆132，每根连杆132的两端分别与托架131和安装基座105的不同位置相连。液压杆133用于在感知控制机构500的控制下伸缩，从而带动托架131沿水平向与垂向进行采集姿态调节，在本实施例中，液压杆133的一端与托架131的中间部位相连，另一端与主板框架101相连；在本实施例中，在液压杆133的控制下，托架131能够实现-100mm至500mm的调节范围，其测量的基准为液压杆133处于初始状态下托架131的位置。在实际应用中，具体的调节数值需根据采集头的有效采集高度、采矿车总体下陷深度及采矿最大纵向倾角综合确定。

以及，在本实施例中，如图5所示，所述地形探测装置140包括探测臂141、垂直基准臂142、安装杆143、探测球144、角度传感器145和安装框架146；所述探测臂141的一端与所述主板框架101固定连接，另一端前凸出于所述采集头安装调节装置130，且与所述安装框架146连接；所述垂直基准臂142上端垂直连接在所述安装框架146上，下端吊装有所述安装杆143；所述探测球144安装于所述安装杆143的末端；所述角度传感器145设于所述垂直基准臂142和所述安装杆143的连接处，以获取所述安装杆143相对于所述垂直基准臂142的角度。

在实际应用中，垂直基准臂142可以通过安装框架146安装于探测臂141上。当然，在其他实施例中，也可以采用其他连接方式实现垂直基准臂142于探测臂141的连接安装。

在实际应用过程中，探测球144贴着海底面滚动，随着海底面地形的起伏而使得探测球144的运动受阻，进而会牵动安装杆143相对于垂直基准臂142发生角度倾斜，此时角度传感器145便可以采集到两者之间的角度变化值，进而将该数据传输至感知控制机构500，由感知控制机构500根据角度变化数据分析深海多金属结核采矿车前端的地形地貌特征，进而控制采集头安装调节装置130、履带行走机构200和采集机构300做出相应的调整。

较佳的，为了保证在采集宽度较大的情形下，保证采集头的实时调整，在本实施例中，安装框架146具有一定的宽度，且在宽度方向的两端分别吊装有垂直基准臂142、安装杆143、探测球144和角度传感器145，从而能够提高采集前端地形探测的精度，更合理地调节采集头的姿态以提高多金属结核采集的效率。

进一步的，在本实施例中，如图6和图7所示，所述履带行走机构200包括履带210、驱动轮221、承重轮222、托链轮223、引导轮224、履带张紧装置230、液压行走马达240和速度编码器250；所述引导轮224和所述驱动轮221分别位于所述台车架104的前、后两端，且与所述履带210内侧相啮合；多个所述承重轮222位于所述台车架104下方，且与所述履带210的下层内侧相啮合；所述托链轮223位于所述台车架104上方，且与所述履带210的上层外侧相接触；所述驱动轮221与所述液压行走马达240固定连接，以在所述液压行走马达240提供的驱动力下带动所述履带210转动；所述履带张紧装置230位于所述台车架104的前端内部，以通过所述引导轮224对所述履带210张紧；所述速度编码器250安装于所述台车架104，用于接收所述驱动轮221的速度反馈。

其中，在本实施例中，承重轮222等间距的设置在台车架104的底部，从而对深海多金属结核采矿车进行承重；托链轮223设置在台车架104的上部，用于承托履带210，避免履带210在未张紧的状态下下垂及减小上下振动；引导轮224在履带张紧装置230的作用下保证履带210张紧，并引导履带210正确绕转，避免履带210跑偏脱轨；驱动轮221的速度反馈功能通过设置在台车架104上的速度编码器250实现，感知控制机构500获取速度编码器250反馈的速度，并根据反馈的速度调整液压行走马达240的运行，从而实现对驱动轮221的速度调节。

在具体应用过程中，为了便于驱动轮221的维修更换，可以采用一体式结构加工，从而增加驱动轮221的可靠性；引导轮224采用轮盘式，通过凸圆轮槽进行工作，结构简单。

由于履带210受各个轮的驱动和限制，并始终处于张紧状态，能够有效减缓行进过程中的冲击力，减少履带210在运动过程中的振跳现象，避免履带210行进过程中的振跳所导致的冲击载荷和额外的功率消耗，还能够减少履带行走机构200各个部件之间的磨损，延长履带行走机构200的使用寿命。

为保证深海多金属结核采矿车在海底的稳定行走，在本实施例中，在深海多金属结核采矿车的左右两侧均设置有履带行走机构200，且左右履带210的覆盖总宽度不大于采集机构300中采集头的总宽度，从而能够保证履带行走机构200不会对深海多金属结核采矿车两侧的矿石造成碾压破坏，减少了矿石资源的浪费。

此外，为了实现深海海底稀软地质的行走功能，在本实施例中，履带板采用宽板高齿形式，履带板横向宽度的增大保证了较低的接地比压，履齿的增高能够增大海底地质贯入深度，提高剪切牵引力。较佳的，在本实施例中，所述履带的外侧履齿包括间隔交错分布的高齿211和低齿212。如此，能够在保证履带行走机构200具有足够的剪切牵引力的同时，减少高齿对海底地质的破坏。在实际应用中，高齿211和低齿212的间隔分布数量可以根据实际使用环境进行设定，本申请对此不做限制。

进一步的，在本实施例中，如图8和图9所示，所述采集机构300包括顺次连接的采集头310、轴流泵组件320、输送管330和脱泥装置340；所述采集头310用于采集多金属结核；所述轴流泵组件320用于将采集的多金属结核通过输送管330送入脱泥装置340；所述脱泥装置340用于对采集的多金属结核进行清洗脱泥。

具体的，在本实施例中，所述采集头310为双排射流采集头；所述轴流泵组件320包括环形射流管321、前侧轴流泵322和后侧轴流泵323，所述环形射流管321的两端分别与所述双排射流采集头310和所述输送管330相连，所述前侧轴流泵322用于使所述双排射流采集头310吸取多金属结核；所述后侧轴流泵323用于使所述环形射流管321将采集的多金属结核输送至所述输送管330；所述输送管330包括顺次连接固定的连接软管331和输送圆管332；所述脱泥装置340包括异形腔体，所述异形腔体内部设置有筛网341，所述筛网341的两侧分别设置有开口和导流口342，所述开口与所述储料机构400相连通以收集多金属结核，所述导流口342排出泥水混合物。

在实际应用中，为了提高多金属结核的采集效率，可以并排设置多个采集头310，如图8所示，本实施例并排设置有两组采集机构300，且两组采集机构300沿深海多金属结核采矿车的轴线对称分布。

每组采集机构300中采集头310均为双排射流采集头，其能够通过前侧轴流泵322提供的射流冲击将多金属结核从沉积物中剥离并抬升一定高度，其中，每组采集机构300的双排射流采集头310通过异形三通管与前侧轴流泵322相连以使前侧轴流泵322提供射流。双排射流采集头310与环形射流管321焊接固定，在距离焊接处约100mm处可以安装环形射流输水仓，环形射流输水仓可以将两组环形射流管321套在一起，后侧轴流泵323安装在环形射流输水仓上侧，且位于两组环形射流管321中间，后侧轴流泵323供应的水流在环形流道作用下将多金属结核进一步向上抬升，便于多金属结核克服重力作用顺利进入输送管330中。

此外，为了将采集头310、轴流泵组件320固定，具体的，固定于结构框架100的采集头安装调节装置130处，在本实施例中，在环形射流输水仓的下侧和环形射流管321的后侧可以焊接两个固定板，固定板固定于采集头安装调节装置130的托架131处。较佳的，固定板呈凹字形，从而能够在左右两侧和底部都对环形射流管321进行承托固定，提高了固定的稳定性。

以及，在本实施例中，连接软管331的两端均通过环形抱箍连接法兰接头，其中一端与环形射流管321通过法兰固定（环形射流管321与连接软管331对接的一端焊接有匹配的法兰接头）；另一端与输送圆管332通过法兰固定（输送圆管332与连接软管331对接的一端焊接有匹配的法兰接头）。由于采集头310和轴流泵组件320会根据地形进行角度调节，因此在轴流泵组件320和输送圆管332之间设置连接软管331能够保证不论采集头310和轴流泵组件320处于何种姿态，均能够与输送圆管332可靠连通。输送圆管332固定于结构框架100的顶部，且法兰连接的方式便于输送圆管332的拆装。

另外，在本实施例中，脱泥装置340与输送圆管332对接的一侧通过法兰接头实现与输送圆管332的可靠连接。如图9所示，在脱泥装置340的腔体内部的合适位置处设置有金属筛网341，金属筛网341的目数可以根据多金属结核的大小合理设置；所述导流口342为百叶状导流口，便于泥污等杂质的快速排放。在采集过程中，当多金属结核混合泥污杂质从输送管330进入脱泥装置后，经过筛网341的过滤，泥污杂质从导流口342被排出，而多金属结核被筛网341拦截，从而掉落至储料机构400中。

进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述深海多金属结核采矿车还包括储料机构400，所述储料机构400设于所述结构框架100的尾部，用于存储采集到的多金属结核。如此，通过采集机构300和储料机构400能够实现采集和收集的一体化，提高了单次采矿产能，解决了现有采矿车采集效率低下的问题。

具体的，在本实施例中，如图10所示，所述储料机构400包括储存仓410、液压油缸420和重力传感器430；所述储存仓410位于所述结构框架100的尾部，且与所述采集机构300相连通；所述储存仓410开设有仓门411，所述仓门411在所述液压油缸420的作用下开合；所述重力传感器430用于对所述储存仓410内的多金属结核进行称重。

具体的，在本实施例中，储存仓410除主体框架外，其他部分可以选用钢丝网包覆，以减轻整体重量。以及，仓门411可以通过铰链与储存仓410开合连接，且开合方向向下，以便于多金属结核受重力作用自动倒出。此外，重力传感器430可以设置多个，且重力传感器430的设置位置可以根据实际情况进行设定，本申请对此不做限制。通过重力传感器430对采集的多金属结核的重量实时监测，能够实时掌握采集进程，并合理进行采集规划，从而提高了采集效率。

当然，在其他实施例中，也可以配置矿料提升系统来替代储料机构400，从而利用矿料提升系统直接将采集机构300采集到的多金属结核直接输送至采矿船内，从而进一步提升采矿效率。储料机构或矿料提升系统的选择是可以根据实际商业用途需求进行设计的，本申请对此不做限制。

进一步的，在本实施例中，如图11所示，所述感知控制机构500包括液压控制模块510和电气控制模块520；所述液压控制模块510和所述电气控制模块520均设于所述结构框架100内，并与所述履带行走机构200、所述采集机构300和所述储料机构400电气连接。其中，液压控制模块510为采矿车及机械执行机构提供动力源及对采集姿态与采矿车重量重心进行调节；电气控制模块520为采矿车提供采矿能源及通信。

具体的，在本实施例中，如图2所示，结构框架100还包括轨道梁106，所述轨道梁106位于前后两个连接梁102之间，所述轨道梁106设置有导轨，液压控制模块510下部设置有导向轮，导向轮与导轨匹配设置，从而使得液压控制模块510能够在轨道梁106内沿导轨运动，如此，便可以实现深海多金属结核采矿车的重心调节，也就是说，本实施例中液压控制模块510即为重心调节装置150。

以及，在本实施例中，在深海多金属结核采矿车的左右两侧均设置有电气控制模块520，且两者呈反对称布置，从而有利于对深海多金属结核采矿车内部进行检修。

此外，为了保证各个管线不会发生缠绕或磨损脱落，可以设置拖链以保护管线。

如此，本实施例提供的深海多金属结核采矿车通过双排射流和环形射流集成模块化采集机构实现了高效低扰动采矿功能，降低了开采成本和对环境的破坏；通过双组或多组采集机构的设置，扩大了采集的宽度，提高了采集的效率；通过高低齿大宽度复合材料履带行走机构实现深海重载采矿作业平台在稀软底质稳定行走；通过双地形探测装置实现了采集头可随地形进行自适应调节，提高了多金属结核的采集效率；通过感知控制机构集成模块化及拖链的应用，减少了管线的穿行距离及磨损脱落的风险；通过设置液压控制模块在轨道梁上的可滑动安装，实现了对采矿车重心位置的自动调节；通过反对称设置电气控制模块，便于检修人员从双侧进入采矿车内部，实现全方位检修；通过在储存仓内设置重力传感器，可以实现水面对采矿车采集矿石重量的实时可靠监控；通过导接盘可以在采矿车回收起吊时，有效限制采矿车水平方向的转动，保护了脐带缆的安全。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，此外，各个实施例之间不同的部分也可互相组合使用，本发明对此不作限定。

本实施例提供的深海多金属结核采矿车，包括：结构框架；履带行走机构，设于所述结构框架的底部，用于带动所述深海多金属结核采矿车沿预设方向移动；采集机构，设于所述结构框架的头部，用于采集多金属结核；储料机构，设于所述结构框架的尾部，用于将采集到的多金属结核进行储存；感知控制机构，用于感知深海环境，并控制所述履带行走机构和所述采集机构。通过将采集机构、储料机构和感知控制机构集成设置于结构框架，使得采矿车结构紧凑、功能齐全，有利于采矿车内各路信号数据的采集和传递，从而实现采矿车的自动化控制；通过履带行走机构保证了采矿车在稀软底质的稳定行走，降低了扰动，提高了采矿效率；通过采集机构和储料机构能够实现采集和收集的一体化，提高了单次采矿产能，解决了现有采矿车采集效率低下的问题。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (11)

1.一种深海多金属结核采矿车，其特征在于，包括：

结构框架，包括主板框架、连接梁、设备架、台车架和安装基座；所述连接梁贯穿所述主板框架并与所述主板框架相固定；所述设备架安装于所述主板框架的外围；所述台车架通过所述连接梁安装于所述主板框架的侧边；所述安装基座设于所述主板框架的底部；

履带行走机构，设于所述结构框架的底部，用于带动所述深海多金属结核采矿车沿预设方向移动；

采集机构，设于所述结构框架的头部，用于采集多金属结核；

感知控制机构，用于感知深海环境，并控制所述履带行走机构和所述采集机构。

2.根据权利要求1所述的深海多金属结核采矿车，其特征在于，所述结构框架还包括吊点、导接盘、采集头安装调节装置、地形探测装置和重心调节装置；所述吊点安装于所述导接盘的顶部；所述导接盘安装于所述主板框架的顶部；所述采集头安装调节装置位于所述结构框架的头部，且位于所述设备架的下部；所述地形探测装置吊装于所述结构框架的头部，且前凸出于所述采集头安装调节装置；所述重心调节装置可滑动的安装于所述结构框架内。

3.根据权利要求2所述的深海多金属结核采矿车，其特征在于，所述采集头安装调节装置包括托架、连杆和液压杆；所述托架通过所述连杆和所述液压杆可活动的设于所述安装基座和所述主板框架上。

4.根据权利要求2所述的深海多金属结核采矿车，其特征在于，所述地形探测装置包括探测臂、垂直基准臂、安装杆、探测球和角度传感器；所述探测臂的一端与所述主板框架固定连接，另一端凸出于所述采集头安装调节装置，且固定有所述垂直基准臂；所述垂直基准臂吊装有所述安装杆；所述探测球安装于所述安装杆的末端；所述角度传感器设于所述垂直基准臂和所述安装杆的连接处，以获取所述安装杆相对于所述垂直基准臂的角度。

5.根据权利要求1所述的深海多金属结核采矿车，其特征在于，所述主板框架的材料为高强度钛合金，所述设备架的材料为铝合金；所述主板框架和所述设备架通过管状法兰组件对接固定；所述管状法兰组件包括钛合金法兰、铝合金法兰和垫片，所述钛合金法兰设于所述主板框架，所述铝合金法兰设于所述设备架，所述垫片位于所述钛合金法兰和所述铝合金法兰之间，所述垫片的材料为塑料或橡胶。

6.根据权利要求1所述的深海多金属结核采矿车，其特征在于，所述履带行走机构包括履带、驱动轮、承重轮、托链轮、引导轮、履带张紧装置、液压行走马达和速度编码器；所述引导轮和所述驱动轮分别位于所述台车架的前、后两端，且与所述履带内侧相啮合；多个所述承重轮位于所述台车架下方，且与所述履带的下层内侧相啮合；所述托链轮位于所述台车架上方，且与所述履带的上层外侧相接触；所述驱动轮与所述液压行走马达固定连接，以在所述液压行走马达提供的驱动力下带动所述履带转动；所述履带张紧装置位于所述台车架的前端内部，以通过所述引导轮对所述履带张紧；所述速度编码器安装于所述台车架，用于接收所述驱动轮的速度反馈。

7.根据权利要求6所述的深海多金属结核采矿车，其特征在于，所述履带的外侧履齿包括间隔交错分布的高齿和低齿。

8.根据权利要求1所述的深海多金属结核采矿车，其特征在于，所述采集机构包括顺次连接的采集头、轴流泵组件、输送管和脱泥装置；所述采集头用于采集多金属结核；所述轴流泵组件用于将采集的多金属结核通过输送管送入脱泥装置；所述脱泥装置用于对采集的多金属结核进行分离脱泥。

9.根据权利要求8所述的深海多金属结核采矿车，其特征在于，所述采集头为双排射流采集头；所述轴流泵组件包括环形射流管、前侧轴流泵和后侧轴流泵，所述环形射流管的两端分别与所述双排射流采集头和所述输送管相连，所述前侧轴流泵用于使所述双排射流采集头吸取多金属结核；所述后侧轴流泵用于使所述环形射流管将采集的多金属结核输送至所述输送管；所述输送管包括顺次连接固定的连接软管和输送圆管；所述脱泥装置包括异形腔体，所述异形腔体内部设置有筛网，所述筛网的两侧分别设置有开口和导流口，所述开口与一储料机构相连通以收集多金属结核，所述导流口排出泥水混合物。

10.根据权利要求1所述的深海多金属结核采矿车，其特征在于，所述深海多金属结核采矿车还包括储料机构，所述储料机构包括储存仓、液压油缸和重力传感器；所述储存仓位于所述结构框架的尾部，且与所述采集机构相连通；所述储存仓开设有仓门，所述仓门在所述液压油缸的作用下开合；所述重力传感器用于对所述储存仓内的多金属结核进行称重。

11.根据权利要求10所述的深海多金属结核采矿车，其特征在于，所述感知控制机构包括液压控制模块和电气控制模块；所述液压控制模块和所述电气控制模块均设于所述结构框架内，并与所述履带行走机构、所述采集机构和所述储料机构电气连接。