船-缆-机器人采矿系统中非均匀张力缆振动特征分析

深海采矿越来越重要,本文针对采矿船-缆索-水下机器人采矿系统的作业模式,考虑采矿船和水下机器人运动引起的非均匀张力缆索横向振动问题,建立了船-缆-机器人系统简化的数学模型,给出了二阶线性变系数偏微分控制方程和初边值条件。基于变量分离法求解模型得到非均匀张力缆自然频率和振动模态的Bessel函数解析表达式。分析了采矿船和水下机器人运动引起的端致运动规律,给出了上下端运动幅度和频率对缆索振动的影响。研究发现:端部运动幅度逐渐增大时,缆索的横向最大振幅均呈线性增长;端部运动频率与缆索各阶自然频率相等时,系统会发生共振现象,分析了各阶振型的响应函数,对非均匀张力缆的设计参数确定提供参考。

国际镍公司未来25年的机器人采矿

未来25年通过逐步引进机器人采矿设备，将会引出地下采矿设备和方法的重大变化。这种变化的一些必要组成部分已在进行实验，有些部分目前在生产中。本文仔细研究了达到机器人采矿所需的各个部分：通信系统、机器人采矿设备、地下定位系统和机器人采矿软件。除了研究这些部分以外，还要分析改为机器人采矿的经济性。

基于蚁群算法深海采矿机器人工作路径规划

针对深海采矿机器人路径规划问题,提出一种适合于采矿作业的改进蚁群算法。该算法利用位图法建立环境模型,依据构型空间的思想将路径规划问题简化为质点运动问题;利用改进的蚁群算法对问题进行描述,蚁群搜索中采用邻居搜索原则和中线偏移策略。最后通过仿真实验表明,该算法精度高,在海底环境中,能够完成机器人采矿作业的要求。

海底采矿机器人行走结构设计及稳定性分析

设计了一种可代替人类深海作业的采矿机器人的行走机构,利用adams软件分析机器人结构和性能,研究了其海底行走的稳定性。

深海采矿移动机器人的定位方法研究

深海作业技术的研究具有重要的战略意义,采矿移动机器人是深海采矿的载体,它的位置估计精度直接影响到控制质量和采矿效率。提出了一种基于伪长基线和航位推算的组合定位方法,建立了位置估计的卡尔曼滤波器结构。针对深海底的复杂未知环境,很难获得系统状态和测量噪声准确统计信息的情况,应用自适应卡尔曼滤波算法进行数据融合,在线修正滤波器的增益。仿真验证了该方法的可行性。

深海采矿机器人控制体系结构研究

针对深海采矿机器人控制这一难题,提出了基于嵌入式ARM控制器的硬件设计方法和基于多任务调用的集成体系结构软件设计思路。从硬件和软件两方面进行了讨论,硬件包括海上监控系统与海底信息采集/作业系统,引入了ARM等嵌入式控制器及CAN总线结构,海底采用声纳、视觉图像及各类定位传感器协同工作,采集海底作业信息,通过6000m光缆进行海底与海上通讯;软件则在采矿机器人任务合理分配的基础上,将控制系统软件结构设计分为执行层、控制层和规划层。该方法能使整个系统成为一个有机整体,有效地完成对采矿机器人的实时控制。

深海采矿机器人行走系统模糊控制研究

为提高矿石采集率,深海采矿工艺要求采矿机器人能恒速高精度跟踪规划的路径。提出了在线自学习并积模糊控制方案,并与常规PID控制算法进行了比较,仿真实验结果表明了改进的模糊控制方法比常规PID控制方法有更好的控制效果。

深海采矿机器人集矿头高度自适应控制

深海采矿机器人集矿头高度控制采用阀控非对称液压缸结构,是一个非线性系统。该系统具有升、降两个方向的动态特性不对称等特点。本文根据系统特点建立集矿头高度控制系统数学模型,建立了对象的参考模型和自适应控制律。最后对所设计的系统进行仿真分析,结果证明了这种方法对集矿头高度控制的有效性。

基于模糊PID的深海采矿机器人路径跟踪控制

深海采矿作业中,由于海底软泥稀软,采矿机器人极易打滑,以及海底地形、海流等干扰,采矿机器人容易偏离预定路径。针对采矿机器人的海底作业过程中路径跟踪问题,设计并分析了深海采矿机器人的路径跟踪控制系统。首先提出了艏向控制实现采矿机器人路径跟踪的控制算法,通过采矿机器人与当前目标点相对位置计算采矿机器人的目标艏向角,后基于运动学模型建立模糊比例积分微分(PID)的控制方法控制采矿机器人两侧转速差值进而控制采矿机器人艏向,从而使机器人按目标路径行走;同时为了防止输入过大引起打滑,基于动力学模型数值分析了采矿机器人主动轮角加速度与打滑率之间的关系,采取限制主动轮角加速度方式防止采矿机器人过度打滑;最后通过Matlab/Simulink建立系统模型对系统进行仿真分析。仿真结果表明,该控制算法能够良好地完成采矿机器人的路径跟踪任务。

金属矿山井下采场六足机器人运动分析及步态规划

六足机器人因其结构特殊带来的良好越障能力成为仿生机器人研究的热点,然而,金属矿山井下采场矿石堆积、崎岖不平的特点,给这类机器人的行走稳定性、越障性带来更多的挑战。因此,为使六足机器人在井下具有更好的通过性,对其运动能力和步态规划进行了相关研究。首先仿照自然界六足生物,设计六足机器人结构,对其腿部进行运动学分析;然后规划了用于采场的直行步态,结合采场路面环境设计了一种直线—摆线复合轨迹提升越障性,同时分析了机器人爬坡稳定性,对爬坡步态进行了优选;最后对规划步态进行仿真和现场模拟试验。仿真和试验结果表明,所规划的足端轨迹能跨越抬腿高度85%的障碍物,并且对矿石堆积形成的采场路面有更好的避障能力;三角步态爬坡时在坡底和坡顶过渡阶段容易打滑,而横向步态可以实现平滑的过渡,爬坡性能更佳。

深海采矿机器人入水冲击流场仿真及试验验证

深海采矿机器人布放入水过程中的安全性和控制性能直接影响到整个采矿系统的可靠性。为获得深海采矿机器人入水过程流场变化规律,提高机器人控制性能,本文采用数值模拟和实验验证相结合的方式开展机器人入水特性及空泡演变研究,主要内容为:基于重叠网格方法和流体体积法,采用STAR-CCM+建立深海采矿机器人数值波浪水槽气-液-固多相耦合模型,研究在海浪条件下深海采矿机器人的布放入水特性,预测其在入水过程中的运动行为和动力学行为,获得不同布放速度下其冲击载荷、位移、速度以及空泡演变规律;搭建机器人入水实验平台,利用高速摄影仪获得机器人入水的空泡特征和位移速度时程曲线。实验结果验证了所提数值模型的可行性和准确性。

深海采矿机器人行走液压系统特性研究

针对深海采矿机器人“鲲龍500”行走液压系统,建立深海采矿机器人行走液压系统理论模型,分析深海高压和低温环境对油液特性影响,并基于AMESim软件平台,建立深海采矿机器人行走液压系统数值模型,研究了0~6000 m不同作业深度下的行走液压系统泵和马达的动态特性,以及在6000 m水深时不同牌号液压油和行走启动特性对其行走性能的影响,对比分析了深海采矿机器人水池行走试验和500 m海底行走试验的行走泵的输出压力与流量曲线与其数值模拟曲线。研究表明,随着超过1000 m作业水深的增加,深海行走液压系统的动态响应性能和稳定性显著降低,通过减小行走输入电压斜坡斜率和减小控制电压可以提高行走液压系统的稳定性,并通过试验验证了行走液压系统数值建模与仿真的正确性,为深海液压系统研究提供理论基础。

深海采矿机器人自定位过程中数据融合研究

面向深海采矿机器人自主定位,采用自适应卡尔曼滤波算法,基于一种修正的长基线水声定位系统,对长基线水声定位系统对机器人位置的测量值和通过多普勒测速仪等其它传感器的测量值间接得到的关于机器人位置的推测值进行数据融合,得出某时刻机器人位置的最优估计。仿真结果印证了此方法具有很好的估计精度。

科学家讨论送机器人到太空采稀土

据物理学家组织网近日报道，聚集在悉尼召开“地球之外矿业论坛”的高科技公司和研究人员称，在几十年内，派送采矿机器人到月球和小行星上采挖珍贵的稀土矿将有望成为现实，其具有利润丰厚的前景。稀土家族南钇、镧和其他15种矿物元素组成，

机器人在管道提升式深海采矿系统中智能化的挑战与发展趋势

近年来对深海矿物资源的开采需求逐步增大,为了解决传统的管道提升式采矿系统的缺陷,提出将智能化机器人引入来实现高效、精准的矿物采集和结构物的健康监测。但由于深海环境复杂,与陆地上机器人相比,水下机器人的设计需要考虑海洋带来的阻力、噪声等多方面的影响。从水动力学、水下定位和水下视觉3个方面介绍了管道提升式深海采矿系统中采矿机器人的发展与技术难点,概述了机器人管道检测技术。探讨了深海资源开采水下机器人的技术发展方向。

美国科学家：30年内月球或可建机械化采矿基地

美国宇航局的菲尔·梅茨格已经绘制了太空采矿业的蓝图——一个自给自足的机器人采矿基地将于20年内在月球上建立，这仅仅需要往月球上运送12吨的设备。梅茨格称．待基地建成后的未来30年内，太空的工业生产能力可能达到美国的101乙倍。“我们对我们的技术非常有信心，我们将获得太阳系成亿倍的资源。我们将没有资源缺乏问题，我们只有想象力缺乏的问题。”

深海采矿机器人研究:现状与发展

系统全面地介绍了多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物3种深海主要矿产资源采矿机器人的作业环境、功能要求以及国内外已有的结构形式设计、已开展的动力学及控制研究等,总结了我国深海采矿机器人研究取得的成果、存在的不足以及与先进国家相比存在的差距,提出了深海采矿机器人研究亟待提高的关键技术和发展趋势.

深海复合轮式采矿机器人越障性能研究

针对深海富钴结壳和热液硫化调查区复杂多变的底质环境特征,提出了一种兼有主被动混合越障模式的复合轮式采矿机器人.该机器人主体由4组复合轮组与铰接密封抗压型整体罐式车架组成.建立了典型越障工况下复合轮组结构的静力学模型,得到了影响其越障性能的主要结构参数,利用MATLAB工具箱对复合轮组结构参数进行优化设计,实现机器人越障性能的提高.结合深海复杂多变的底质环境特征,运用ADAMS软件对优化设计后的复合轮式机器人进行动力学建模和仿真分析.获得了机器人越障过程中的运动学特性曲线和力学特性曲线,并通过研制原理样机对其越障性能进行测试验证.结果表明,该机器人在复杂多变的深海底质环境下中具有较强的越障能力和通过稳定性.