一種深海采礦車的行駛控制系統的制作方法

本發明屬于電控系統領域，特別地涉及一種深海采礦車的行駛控制系統。

背景技術：

眾所周知，地球表面超過70％的面積都被浩瀚的海洋所包圍，是名副其實的藍色星球。海洋在人類的發展繁衍中發揮著舉足輕重的作用,不僅是地球氣候的調節器，更蘊藏著無窮無盡的自然資源。除海洋石油氣資源和海濱礦砂外，海底目前已知有商業開采價值的還有多金屬結核、富鈷結殼和多金屬硫化物等金屬礦產資源。這些礦物中富含鎳、鈷、銅、錳及金、銀金屬等，總儲量分別高出陸上相應儲量的幾十倍到幾千倍。其中，稀有金屬鈷更是被稱為21世紀的“新金屬”，在現代工業中，其應用領域不斷擴大，鈷的需求量也呈增長態勢。目前，陸地上的鈷資源主要作為銅、鎳金屬礦床的伴生元素存在，且全球分布極不均勻。陸地上鈷含量大于0.1％的礦床為數很少，鈷儲量嚴重不足。相比之下，海底富鈷結殼的含量則大得多，據推測鈷資源含量達到了3×109t。2013年，我國又正式獲得一塊太平洋富鈷結殼礦區的開發權。可以看出，海洋在礦產資源開發方面具有非常大的潛力，我國也應積極部署發展深海工程裝備與高科技船舶。正是在這樣的時代背景下，國家在中央十八大報告中提出，要努力將我國建設成“海洋強國”，具體包括加大海洋資源的開發、推動海洋經濟的發展，提高海洋科技的創新，抓緊海洋生態文明的建設以及加強海洋權益的維護。而在2015年5月19日公布的《中國制造2025》報告中，國家又明確提出了“制造強國”的新戰略，把“深海工程裝備及高科技船舶”歸為重點突破的十大戰略領域之一，要著重進行先進海洋工程裝備的研發和國有化。

由于在海底復雜環境下驅動輪可能會打滑，基于驅動輪速的航跡推算可能有較大的誤差。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種深海采礦車的行駛控制系統，能夠預先規劃路徑，驅動采礦車行駛執行單元，控制行駛速度，實現直線行駛或繞障。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：一種深海采礦車的行駛控制系統，

鑒于結殼礦區的微地形特征，采礦車在海底行走時采用手動方式控制，采掘作業時設定按直線方式行走，行走機構采用四輪驅動和兩輪驅動兩種驅動方式：四輪驅動，可通過控制四液壓馬達的轉速及其方向來控制采礦車的運動，控制靈活，轉彎半徑很小，甚至實現原地轉向，路況良好時，采用四輪驅動；兩輪驅動，路況惡劣時，采用兩輪驅動，并可根據情況選擇前驅或后驅，動力性好，越障及通過性較高。兩種不同的驅動的方式使得行走更加靈活。具體到內部行駛控制系統，包括主控機、行駛執行單元、導航裝置、檢測裝置和輔助運動控制單元，其中，

所述主控機與行駛執行單元、導航裝置、檢測裝置和輔助運動控制單元分別連接，主控機對導航裝置傳輸來的數據進行分析、計算軌跡誤差、實時修正路徑和對運動軌跡進行跟蹤；

所述行駛執行單元由主控機控制，對采礦車的行駛速度、直線行駛及繞障和轉彎掉頭進行控制操作；行駛執行單元還與導航裝置連接，導航裝置對行駛執行單元的行使數據進行采集；

所述檢測裝置和輔助運動控制單元對采礦車的運動狀態進行檢測和下一運動狀態進行預估，將結果傳輸給主控機，以控制行駛執行單元。

優選地，所述主控機包括路徑規劃單元、軌跡誤差計算單元、軌跡跟蹤單元和運動狀態預估單元，所述路徑規劃單元與所述行駛執行單元連接，預先規劃路徑和驅動行駛執行單元；所述軌跡誤差計算單元的輸入與導航裝置的輸出連接，輸出與軌跡跟蹤單元連接，將導航裝置采集到的數據進行軌跡誤差計算和運動軌跡跟蹤，所述軌跡跟蹤單元的輸出與檢測裝置連接；所述運動狀態預估單元的輸入與導航裝置、檢測裝置和輔助運動控制單元分別連接，輸出與行駛執行單元連接。

優選地，所述導航裝置包括聲學發射應答器、激光陀螺儀和姿態傳感器。

優選地，所述檢測裝置包括離底高度計、機械運行檢測傳感器和溫鹽深儀。

優選地，所述輔助運動控制單元包括水下照明燈和水下攝像機。

優選地，所述機械運行檢測傳感器至少包括位移傳感器、壓力傳感器、轉速檢測傳感器、電壓監測傳感器和電流檢測傳感器。

優選地，還包括通訊裝置，所述通訊裝置包括水下光端機、甲板光端機、視頻監控臺和甲板操作臺，所述水下光端機與主控機和甲板光端機分別連接；所述甲板光端機與視頻監控臺和甲板操作臺分別連接。

優選地，所述水下光端機與主控機通過rs-232總線連接。

優選地，所述水下光端機與甲板光端機通過光纖連接。

優選地，所述甲板光端機與視頻監控臺和甲板操作臺皆通過以太網連接通訊。

本發明通過以上設置有益效果至少包括以下幾點：

(1)可以按照實際情況選擇兩種不同的驅動的方式，使得采礦車行走更加靈活，并且能適應復雜的海底地形；

(2)采用具有聲學定位修正功能的導航裝置，對采礦車的行駛方位和軌跡進行采集，并反饋給主控機；

(3)增加測速的檢測裝置，減小基于驅動輪速的航跡推算誤差，提高采礦車的定位精度；

(4)檢測裝置中的機械運行檢測傳感器對電壓，電流，漏電，漏水，壓力，轉角，位置，轉速，力或扭矩等都可進行數據采集；

(5)系統采用模塊化的設計，即便于維護，又節省空間；

(6)激光陀螺儀可以不收磁場干擾，提高了定位的精度。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的深海采礦車的行駛控制系統的結構示意圖；

圖2為本發明實施例2的深海采礦車的行駛控制系統的結構示意圖；

圖3為本發明實施例3的深海采礦車的行駛控制系統的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。

參見圖1所示為本實施例1的深海采礦車的行駛控制系統結構示意圖，包括主控機10、行駛執行單元20、導航裝置30、檢測裝置40和輔助運動控制單元50，其中，

主控機10與行駛執行單元20、導航裝置30、檢測裝置40和輔助運動控制單元50分別連接，主控機10對導航裝置30傳輸來的數據進行分析、計算軌跡誤差、實時修正路徑和對運動軌跡進行跟蹤；

行駛執行單元20由主控機10控制，對采礦車的行駛速度、直線行駛及繞障和轉彎掉頭進行控制操作；行駛執行單元20還與導航裝置30連接，導航裝置30對行駛執行單元20的行使數據進行采集；

檢測裝置40和輔助運動控制單元50對采礦車的運動狀態進行檢測和下一運動狀態進行預估，將結果傳輸給主控機10，以控制行駛執行單元20。

通過上述設置，主控機10采用stm32f103vct6芯片對數據進行分析，控制行駛執行單元20對采礦車的驅動，改變行駛速度，控制直線行駛或繞障，轉彎掉頭操作；利用導航裝置30對采礦車所處的環境進行感知，將相關數據傳送至主控機10，主控機10根據數據對行駛的路徑進行修正后再輸出給行駛執行單元20；檢測裝置40和輔助運動控制單元50對所處的水深、電壓、電流、轉角、轉速、力或扭矩等進行檢測后發送給主控機10，以供主控機10對行駛執行單元20更好地輸出控制信號。

實施例2

參見圖2所示為本實施例2的深海采礦車的行駛控制系統結構示意圖，主控機10包括路徑規劃單元110、軌跡誤差計算單元120、軌跡跟蹤單元130和運動狀態預估單元140，路徑規劃單元110與行駛執行單元20連接，預先規劃路徑和驅動行駛執行單元20；軌跡誤差計算單元120的輸入與導航裝置30的輸出連接，輸出與軌跡跟蹤單元130連接，將導航裝置30采集到的數據進行軌跡誤差計算和運動軌跡跟蹤，軌跡跟蹤單元130的輸出與檢測裝置40連接；運動狀態預估單元140的輸入與導航裝置30、檢測裝置40和輔助運動控制單元50分別連接，輸出與行駛執行單元20連接。

導航裝置30包括聲學發射應答器、激光陀螺儀和姿態傳感器，根據激光陀螺儀測定的方位角和行駛速度，計算行程和位置，然后通過軌跡誤差計算單元120、軌跡跟蹤單元130和檢測裝置40進行路徑的反饋控制實現軌跡跟蹤；利用運動狀態預估單元140的輸出作為行駛執行單元20設定值的修正量，以便根據路徑偏差及時改變設定值，并以運動狀態預估單元140輸出作為左右履帶速度設定值的修正量，以便根據方位角的偏差及時改變，從而改變行駛方向，實現路徑控制。

檢測裝置40包括離底高度計、機械運行檢測傳感器和溫鹽深儀，其中機械運行檢測傳感器至少包括位移傳感器、壓力傳感器、轉速檢測傳感器、電壓監測傳感器和電流檢測傳感器，還可以包括漏電傳感器、漏水傳感器和轉角傳感器等。

輔助運動控制單元50包括水下照明燈和水下攝像機，可以在水下更好地進行導航和檢測。

實施例3

參見圖3所示為本實施例3的深海采礦車的行駛控制系統結構示意圖，還包括通訊裝置，通訊裝置包括水下光端機60、甲板光端機70、視頻監控臺80和甲板操作臺90，水下光端機60與主控機10和甲板光端機70分別連接；甲板光端機70與視頻監控臺80和甲板操作臺90分別連接，甲板光端機70、視頻監控臺80和甲板操作臺90在水上，數據、命令和視頻信號都通過水下光端機60和甲板光端機70之間進行傳輸，甲板操作臺90接收由水下光端機60發送至甲板光端機70的數據，同時將控制命令通過甲板光端機70傳送至水下光端機60；視頻監控臺80接收由水下光端機60傳至甲板光端機70的視頻信號，對水下情況進行實時監視。

水下光端機60與主控機10通過rs-232總線連接；水下光端機60與甲板光端機70通過光纖連接；甲板光端機70與視頻監控臺80和甲板操作臺90皆通過以太網連接通訊。

具體實施例中，水下部分有水下光端機60、主控機10、聲學發射應答器、激光陀螺儀、溫鹽深儀，姿態傳感器、離地高度計、水下照明燈、水下攝像機、以及其他各類傳感器(位移傳感器，壓力傳感器，轉速傳感器，電壓電流檢測傳感器)組成。聲學發射應答器和主控機10之間通過rs232總線連接，激光陀螺儀和主控機10之間通過以太網連接，姿態傳感器和主控機10之間通過i2c總線連接，離地高度計和主控機10之間通過rs232總線連接，溫鹽深儀和主控機10之間通過rs232總線連接；位移傳感器，壓力傳感器，電流檢測傳感器，電壓檢測傳感器，都是和主控機10上的芯片(stm32f103vct6)的模數變換器(ad)連接，轉速檢測器產生的數字脈沖信號直接和主控機10上的芯片(stm32f103vct6)引腳(io)連接。水下照明燈和主控機10上的芯片(stm32f103vct6)引腳(io)連接。

以上僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。