权利要求

1.一种深海低扰动采矿机器人，其特征在于：包括躯干总成(1)、活塞式可变浮力舱(2)、行走足(3)、吸捕机械臂(4)和矿物储运箱(5);

所述躯干总成(1)包括多个机械臂基座(11)和多个安装基座(12)，所述机械臂基座(11)对称设置在躯干总成(1)两侧的前端，所述安装基座(12)对称设置在躯干总成(1)两侧的中部;

所述躯干总成(1)还包括中央控制系统(13)，所述中央控制系统(13)位于所述躯干总成(1)顶部中央，用于接收多源传感数据并生成协调控制指令;

所述活塞式可变浮力舱(2)数量为多个，对称设置在躯干总成(1)背部两侧，用于调节机器人整体浮力;

所述行走足(3)安装在对应的安装基座(12)上;

所述吸捕机械臂(4)安装在对应的机械臂基座(11)上，用于采集矿物;

所述矿物储运箱(5)位于所述躯干总成(1)下方的凸出位置，与所述吸捕机械臂(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种深海低扰动采矿机器人，其特征在于，所述躯干总成(1)主体采用水下密封结构，所述躯干总成(1)还包括双目视觉传感器(15)，所述双目视觉传感器(15)位于所述躯干总成(1)前端中央位置，用于采集视觉信息并识别矿物目标。

3.根据权利要求1所述的一种深海低扰动采矿机器人，其特征在于，所述活塞式可变浮力舱(2)包括缸体(21)、变体积活塞(22)、驱动机构(23)、通海口(24)和密封端盖(25);

所述缸体(21)一端通过通海口(24)与外部海水相连通，另一端由密封端盖(25)封闭;

所述驱动机构(23)安装于所述缸体(21)内部，驱动变体积活塞(22)在缸体(21)内往复运动，通过改变缸体内海水体积调节浮力。

4.根据权利要求1所述的一种深海低扰动采矿机器人，其特征在于，所述行走足(3)包括依次连接的基节(31)、大腿(32)、膝关节(35)、小腿(33)和防陷足(34);

所述基节(31)与安装基座(12)和大腿(32)铰接;

所述膝关节(35)与大腿(32)和小腿(33)铰接;

所述防陷足(34)位于小腿(33)末端;

所述防陷足(34)包括位于中心的承重圆盘(341)和环绕圆盘分布的辐射状防陷蹼板(342)。

5.根据权利要求1所述的一种深海低扰动采矿机器人，其特征在于，所述吸捕机械臂(4)包括多连杆机械臂(41)和位于末端的吸捕手(42);

所述吸捕手(42)包括机械爪，机械爪表面布满滤沙孔(421);

所述多连杆机械臂(41)腕部设有中心吸管接口(43)，柔性输送软管(44)与所述中心吸管接口(43)和矿物储运箱(5)连接。

6.根据权利要求1所述的一种深海低扰动采矿机器人，其特征在于，所述矿物储运箱(5)内部为通流式沉降结构，矿浆经柔性输送软管(44)进入箱体后流速降低，矿石沉降于箱底，水流由尾部排放口(14)排出。

7.一种深海低扰动采矿机器人的工作方法，应用权利要求1-6任一项所述的采矿机器人，其特征在于，包括如下步骤：

机器人入水后，中央控制系统(13)发出下潜指令，活塞式可变浮力舱(2)内的驱动机构工作，拉动变体积活塞(22)收缩，使外部海水经通海口(24)进入缸体(21)，减小机器人排水体积，配合整体配重使机器人呈负浮力状态平稳下潜;

到达海底后，前端的双目视觉传感器(15)启动，对海底地形及矿物分布进行扫描识别，将数据反馈至中央控制系统(13)进行路径规划;

行走足(3)开始工作，行走足(3)交替抬起和落下，利用足端的承重圆盘(341)和防陷蹼板(342)增大接地面积，机器人在稀软底质上稳定行走并接近目标矿区;

当锁定目标矿物时，吸捕机械臂(4)的多连杆机械臂(41)调整姿态，将末端的吸捕手(42)移动至矿物上方;

吸捕手(42)合拢，形成结构包络矿物，粘附的部分泥沙通过爪面的滤沙孔(421)自然漏出;

启动集成于躯干内部的液压吸取装置，将捕获的矿物经由中心吸管接口(43)吸入柔性输送软管(44)，并输送至腹部下方的矿物储运箱(5)内;

矿浆进入矿物储运箱后流速降低，重矿石沉降于箱底，挟带的海水由尾部排放口排出(14)，重复采集回收步骤直至矿物储运箱装满;

矿物储运箱装满后，活塞式可变浮力舱(2)反向工作，驱动变体积活塞(22)向外推出排空缸内海水，增大排水体积，使机器人获得正浮力，自主上浮至海面回收。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及深海资源开发技术领域，具体涉及一种深海低扰动采矿机器人。

背景技术

[0002]现有海底矿物采集设备普遍存在沉陷风险高、作业扰动大的技术缺陷。传统采集机器人仅通过履带或车轮等行走机构移动，未考虑海底沉积物软硬不均的特性，作业过程中易因接地比压过大导致设备陷没，影响作业连续性。多金属结核、磷块岩等矿种通常散布在承载力极低的深海沉积物表面，在采用直接吸取式采集时，易引发泥沙大范围再悬浮，不仅污染作业环境、影响视觉识别精度，还可能破坏海底生态。地形适应性差，复杂海底地形下通过能力不足，采集过程中设备姿态不稳定，导致采集成功率低、作业效率不佳。

[0003]针对上述现有技术中存在的问题，迫切需要研究设计一种新型的深海低扰动采矿机器人，从而克服现有技术中所存在的问题。

发明内容

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种深海低扰动采矿机器人。本发明主要利用行走足与可变浮力舱的支撑配合以及利用吸捕机械臂结合柔性管路进行输送，从而起到防止设备沉陷并大幅降低作业扰动的效果。

[0005]本发明采取的技术方案是：

[0006]一种深海低扰动采矿机器人，包括躯干总成、活塞式可变浮力舱、行走足、吸捕机械臂和矿物储运箱;

所述躯干总成包括多个机械臂基座和多个安装基座，所述机械臂基座对称设置在躯干总成两侧的前端，所述安装基座对称设置在躯干总成两侧的中部;

所述躯干总成还包括中央控制系统，所述中央控制系统位于所述躯干总成顶部中央，用于接收多源传感数据并生成协调控制指令;

所述活塞式可变浮力舱数量为多个，对称设置在躯干总成背部两侧，用于调节机器人整体浮力;

所述行走足安装在对应的安装基座上;

所述吸捕机械臂安装在对应的机械臂基座上，用于采集矿物;

所述矿物储运箱位于所述躯干总成下方的凸出位置，与所述吸捕机械臂连接。

[0007]进一步地，所述躯干总成主体采用水下密封结构，所述躯干总成还包括双目视觉传感器，所述双目视觉传感器位于所述躯干总成前端中央位置，用于采集视觉信息并识别矿物目标。

[0008]进一步地，所述活塞式可变浮力舱包括缸体、变体积活塞、驱动机构、通海口和密封端盖;所述缸体一端通过通海口与外部海水相连通，另一端由密封端盖封闭;所述驱动机构安装于所述缸体内部，驱动变体积活塞在缸体内往复运动，通过改变缸体内海水体积调节浮力。

[0009]进一步地，所述行走足包括依次连接的基节、大腿、膝关节、小腿和防陷足;所述基节与安装基座和大腿铰接;所述膝关节与大腿和小腿铰接;所述防陷足位于小腿末端;所述防陷足包括位于中心的承重圆盘和环绕圆盘分布的辐射状防陷蹼板。

[0010]进一步地，所述吸捕机械臂包括多连杆机械臂和位于末端的吸捕手;所述吸捕手包括机械爪，机械爪表面布满滤沙孔;所述多连杆机械臂腕部设有中心吸管接口，柔性输送软管与所述中心吸管接口和矿物储运箱连接。

[0011]进一步地，所述矿物储运箱内部为通流式沉降结构，矿浆经柔性输送软管进入箱体后流速降低，矿石沉降于箱底，水流由尾部排放口排出。

[0012]一种深海低扰动采矿机器人的工作方法，包括下潜行走过程和采集回收过程，其中下潜行走过程包括：

机器人入水后，中央控制系统发出下潜指令，活塞式可变浮力舱内的驱动机构工作，拉动变体积活塞收缩，使外部海水经通海口进入缸体，减小机器人排水体积，配合整体配重使机器人呈负浮力状态平稳下潜;

到达海底后，前端的双目视觉传感器启动，对海底地形及矿物分布进行扫描识别，将数据反馈至中央控制系统进行路径规划;

行走足开始工作，行走足交替抬起和落下，利用足端的承重圆盘和防陷蹼板增大接地面积，机器人在稀软底质上稳定行走并接近目标矿区。

[0013]采集回收过程包括：

当锁定目标矿物时，吸捕机械臂的多连杆机械臂调整姿态，将末端的吸捕手移动至矿物上方;

吸捕手合拢，形成结构包络矿物，粘附的部分泥沙通过爪面的滤沙孔自然漏出;

启动集成于躯干内部的液压吸取装置，将捕获的矿物经由中心吸管接口吸入柔性输送软管，并输送至腹部下方的矿物储运箱内;

矿浆进入矿物储运箱后流速降低，重矿石沉降于箱底，挟带的海水由尾部排放口排出，重复采集回收步骤直至矿物储运箱装满;

矿物储运箱装满后，活塞式可变浮力舱反向工作，驱动变体积活塞向外推出排空缸内海水，增大排水体积，使机器人获得正浮力，自主上浮至海面回收。

[0014]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的深海低扰动采矿机器人，具有地形适应性强、作业扰动低、采集输送灵活、浮力调节精准的优点。通过多足防陷行走机构适应复杂海底地形，结合带滤沙孔的吸捕手和沉降式储运箱大幅降低泥沙扰动，柔性输送管路和活塞式浮力舱分别实现高效输送与姿态稳定控制，在提升采矿效率的同时有效保护深海生态环境。

附图说明

[0015]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0016]图1为本发明一种深海低扰动采矿机器人的整体结构示意图。

[0017]图2为本发明一种深海低扰动采矿机器人的整体结构腹部视角示意图。

[0018]图3为本发明一种深海低扰动采矿机器人的躯干总成结构示意图。

[0019]图4为本发明一种深海低扰动采矿机器人的活塞式可变浮力舱结构剖视图。

[0020]图5为本发明一种深海低扰动采矿机器人的行走足结构示意图。

[0021]图6为本发明一种深海低扰动采矿机器人的吸捕机械臂结构示意图。

[0022]图中： 1、躯干总成;11、机械臂基座;12、安装基座;13、中央控制系统;14、尾部排放口;15、双目视觉传感器; 2、活塞式可变浮力舱;21、缸体;22、变体积活塞;23、驱动机构;24、通海口;25、密封端盖;3、行走足;31、基节;32、大腿;33、小腿;34、防陷足;341、承重圆盘;342、防陷蹼板;35、膝关节;4、吸捕机械臂;41、多连杆机械臂;42、吸捕手;421、滤沙孔;43、中心吸管接口;44、柔性输送软管;5、矿物储运箱。

具体实施方式

[0023]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0024]需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。

[0025]以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

[0026]如图1和图2所示的一种深海低扰动采矿机器人，包括躯干总成1、活塞式可变浮力舱2、行走足3、吸捕机械臂4和矿物储运箱5;所述躯干总成1包括两个机械臂基座11和六个安装基座12，所述机械臂基座11对称设置在躯干总成1两侧的前端，所述安装基座12对称设置在躯干总成1两侧的中部;所述躯干总成1还包括中央控制系统13，所述中央控制系统13位于所述躯干总成1顶部中央，用于接收多源传感数据并生成协调控制指令;所述活塞式可变浮力舱2数量为两个，对称设置在躯干总成1背部两侧，用于调节机器人整体浮力;所述行走足3安装在对应的安装基座12上;所述吸捕机械臂4安装在对应的机械臂基座11上，用于采集矿物;所述矿物储运箱5位于所述躯干总成1下方的凸出位置，与所吸捕机械臂4连接。

[0027]作为本申请一个较佳的实施方式，如图3所示，躯干总成1主体采用水下密封结构，所述躯干总成1还包括双目视觉传感器15，所述双目视觉传感器15位于所述躯干总成1前端正中，用于采集视觉信息并识别矿物目标。

[0028]作为本申请一个较佳的实施方式，如图4所示，塞式可变浮力舱2包括缸体21、变体积活塞22、驱动机构23、通海口24和密封端盖25;缸体21一端通过通海口24与外部海水相连通，另一端由密封端盖25封闭;驱动机构23安装于缸体21内部，驱动变体积活塞22在缸体21内往复运动，通过改变缸体内海水体积调节浮力。

[0029]作为本申请一个较佳的实施方式，如图5所示，行走足3包括依次连接的基节31、大腿32、膝关节35、小腿33和防陷足34;基节31与安装基座12和大腿32铰接;膝关节35与大腿32和小腿33铰接;防陷足34位于小腿33末端;防陷足34包括位于中心的承重圆盘341和环绕圆盘分布的辐射状防陷蹼板342。

[0030]作为本申请一个较佳的实施方式，如图6所示，吸捕机械臂4包括多连杆机械臂41和位于末端的吸捕手42;吸捕手42由可开合的机械爪组成，机械爪表面布满滤沙孔421;多连杆机械臂41腕部设有中心吸管接口43，柔性输送软管44与中心吸管接口43和矿物储运箱5连接。

[0031]作为本申请一个较佳的实施方式，矿物储运箱5内部为通流式沉降结构，矿浆经柔性输送软管44进入箱体后流速降低，矿石沉降于箱底，水流由尾部排放口14排出。

[0032]作为本申请一个较佳的实施方式，机器人的工作流程包括下潜行走过程和采集回收过程。

[0033]作为本申请一个较佳的实施方式，下潜行走过程包括：

机器人入水后，中央控制系统发出下潜指令，活塞式可变浮力舱内的驱动机构工作，拉动变体积活塞收缩，使外部海水经通海口进入缸体，减小机器人排水体积，配合整体配重使机器人呈负浮力状态平稳下潜。

[0034]到达海底后，前端的双目视觉传感器启动，对海底地形及矿物分布进行扫描识别，将数据反馈至中央控制系统进行路径规划。

[0035]行走足开始工作，行走足交替抬起和落下，利用足端的承重圆盘和防陷蹼板增大接地面积，机器人在稀软底质上稳定行走并接近目标矿区。

[0036]作为本申请一个较佳的实施方式，采集回收过程包括：

当锁定目标矿物时，吸捕机械臂的多连杆机械臂调整姿态，将末端的吸捕手移动至矿物上方。

[0037]吸捕手合拢，形成结构包络矿物，粘附的部分泥沙通过爪面的滤沙孔自然漏出。

[0038]启动集成于躯干内部的液压吸取装置，将捕获的矿物经由中心吸管接口吸入柔性输送软管，并输送至腹部下方的矿物储运箱内。

[0039]矿浆进入矿物储运箱后流速降低，重矿石沉降于箱底，挟带的海水由尾部排放口排出，重复采集回收步骤直至矿物储运箱装满。

[0040]矿物储运箱装满后，活塞式可变浮力舱反向工作，驱动变体积活塞向外推出排空缸内海水，增大排水体积，使机器人获得正浮力，自主上浮至海面回收。

[0041]应用本发明的技术方案解决了现有深海采矿技术中重型装备在稀软底质易沉陷、采集作业泥沙扰动大、传统移动机构无法适应海底复杂地形、以及深海作业对生态环境破坏严重等问题。

[0042]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

说明书附图(6)