[发明专利]一种多功能水下机器人装置及工作方法

说明书

本发明公开了一种多功能水下机器人装置及工作方法，其包括底盘、集物箱、浮力机构和作业模块，所述底盘的底部设有履带式行走机构，所述集物箱设置在所述底盘上，且所述集物箱的前部和尾部分别设有作业模块和推进机构，所述作业模块为机械手臂，可实现抓取、控制吸水管位姿、维修等多种功能，推进机构由一对螺旋桨组成，既可以实现水平方向的前进和转向，同时可以为集物箱制造低压区从而吸入海底资源，所述浮力机构包括多个浮力调整气囊，实现对装置的升沉进行主动控制、从而，多功能水下机器人装置能同时够实现水下漂浮运动和坐底式行进，本发明可在恶劣海况中自行到达工作海域，进行下潜与上浮和海底作业，缩短了作业周期，提高作业安全性。

技术领域

本发明涉及海底集矿技术领域，尤其涉及一种多功能水下机器人装置及工作方法。

背景技术

随着人类社会经济和工业的飞速发展，对矿产资源的需求也逐渐增加，为了解决陆地资源日益枯竭的问题，人们开始把视线投向了海洋。海洋面积占地球表面积的71％，除了海洋石油气资源和海滨矿砂之外，海底还蕴藏着储量巨大、极具商业开采价值的多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等金属矿产资源。这些矿物中富含镍、钴、铜、锰及金、银金属等，总储量分别高出陆上相应储量的几十倍到几千倍。除此之外，海底还有海参等珍贵水产品、琥珀等矿产资源。2013年我国又正式获得一块太平洋富钴结壳矿区。显然，深海矿产资源的开发必须依赖深海采矿装备进行。2015年5月19日公布的《中国制造2025》为“制造强国”战略指明了方向，把“海洋工程装备及高科技船舶”归为重点突破的十大战略领域之一，着重进行先进海洋工程装备的研发和国有化。

随着现代计算机技术的发展和自动化控制在制造业的普及，产品的智能化，多功能化也成为了必然的趋势。海洋工程作业具有作业环境复杂、作业精度要求高的特点，因此，实现作业装备的智能化、自动化与多动能化能够有效应对复杂的作业环境、提高作业生产率，从而降低人力成本，对海洋资源的的合理开发有着重要的意义。

现有的海底集矿设备存在以下缺点：

1)、不具备悬浮、漂浮能力，工作时需要额外配置母船进行投放与回收，成本较高，效率低下。

2)、只能进行贴底作业，由于只配有履带机构而没有浮力设备，在工作时只能依靠履带等设备在海底进行三自由度运动。遇到陡坡等海底地形时需要强大的功率才能行进，容易烧坏主机，降低系统的可靠性。遇到复杂多变的海底地形时不能自由地调整姿态，易触碰障碍物，对集矿设备造成一定的损坏。

3)、水下拍摄困难。由于现有的海底集矿设备结构笨重，若要对海底环境进行详细的、全方位多角度的拍摄，需要安装多个水下摄像头，对海底集矿设备结构布局有着很高的要求，也加大了设备设计时的难度，提高了人力物力的投入。

4)、由于没有配备机械手臂，因此无法清理障碍物，只能吸取平坦海底的矿石，当有石块或者其他杂物压在待吸取物上时必须选择放弃作业，强行作业易损伤集矿头。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种无需配置母船进行投放和回收，能够在水下实现六自由度运动，有效地避开障碍物；实现水下大角度拍摄，探测海底地形，寻找合适的矿区；具备在矿区作业时清理石块等障碍物的能力，提高吸矿的效率和质量的多功能水下机器人装置及工作方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明提供的多功能水下机器人装置，其包括底盘、集物箱、浮力机构和控制机构，所述底盘的底部设有行走机构，所述集物箱设置在所述底盘上，且所述集物箱的前部和尾部分别设有作业模块和推进机构，所述作业模块用于采集矿物并输送至所述集物箱中，所述浮力机构包括多个浮力调整气囊，多个所述浮力调整气囊沿所述集物箱的顶部横向对称分布，以及所述控制机构分别与所述行走机构、作业模块、推进机构和浮力调整气囊相连接。