基于MPC算法的深海采矿车轨迹跟踪控制

针对深海采矿车在海底行走作业时受到复杂环境影响而偏离预定路径问题,提出基于模型预测控制(MPC)算法的轨迹跟踪控制器。利用深海采矿车运动学模型在Matlab中进行数值仿真分析,利用深海采矿车多体动力学模型开展Matlab-RecurDyn联合仿真分析。仿真结果表明,在直线与曲线工况下轨迹跟踪控制器都有较好的跟踪效果,并且联合仿真比数值仿真的结果更加符合真实环境。

基于声呐图像的深海采矿车组合定位导航算法

实现高精度的定位导航是深海采矿车完成海底工作任务的基础条件。在采矿车行进过程中,声呐设备生成的图像信息能够反映海底场景的变化,从而体现采矿车本身的运动,由此建立了一种声呐图像里程计,并将其与轮式里程计和USBL测量数据相结合提出一种深海采矿车组合定位导航算法。首先对多波束前视声呐图像进行预处理,然后使用Canny算法进行特征检测并对特征点云进行配准,再结合声呐成像原理构建声呐图像里程计运动模型,最后通过轮式里程计运动模型推导预测方程,声呐图像里程计运动模型和USBL测量数据推导更新方程,利用EKF(extended Kalman filter)算法实现基于多传感器融合的定位与姿态估计。海试数据验证了该组合定位算法能实现轮式里程计、声呐里程计和超短基线在速度、位置、艏向角估计、定位速率的精度互补,具有一定的有效性和精确性,该算法为深海采矿车的定位与导航算法研发提供了参考。

基于改进RRT^(*)算法的深海采矿车局部路径规划算法

针对海底环境可能会出现未知障碍物,进而影响采矿车行驶安全的问题,提出一种改进RRT*算法。该算法考虑海底地形的复杂性,对采样点进行通行性分析。同时在采样策略上,进行目标导向性的改进,并对生成的路径进行剪枝优化。实验证明提出的算法保留了RRT*算法的概率完备性,同时在安全性能和路径长度上提高了生成路径的质量。

基于AMESim的深海采矿车液压执行系统建模与仿真

以深海采矿车液压执行系统为研究对象,利用AMESim软件建立仿真模型,模拟深海环境下采矿车越障的典型工况,通过设置主要系统参数,实现深海采矿车液压执行系统的动力学仿真。仿真结果表明,液压执行系统及各液压元件在深海采矿各种越障工况下安全可靠,系统稳定性好。模拟结果可以为深海采矿车液压系统的优化设计及控制提供理论依据。

基于准静力学理论的深海采矿车通过性分析

深海采矿车在动力系统完全满足要求的前提下,其通过性能主要取决于通过时的几何特性与力学特性。应用准静力学理论,以深海采矿车为研究对象,在分析深海采矿车失去通过性常见类型的基础上,确定失去通过性的几何条件,并建立了准静力学模型,分析越障时需要满足的力学条件。这一方法可为深海采矿车的设计改进提供支持,为原理样机的研制及测试验证提供参考,具有重要的工程实际意义。

深海采矿车控制技术研究

深海采矿对人类具有重要的意义,目前尚处于原理性研究阶段,面临着很多技术难题和科学问题。由于试验的困难、技术瓶颈的存在,我们迫切需要对深海采矿技术进行广泛全面的探讨,有利于对必需技术进行提前储备。文中对深海采矿国内外研究现状进行了综述,对深海未知极限环境下采矿车建模与仿真、深海强作业条件下采矿车导航、采矿车下放姿态控制、稀软底强扰动采矿车高精度轨迹跟踪、集矿头位姿跟随控制、集矿系统故障诊断与容错技术等关键技术进行了探讨,指出了它们的困难所在与研究方向。

深海采矿车的轨迹跟踪控制算法与仿真

根据深海采矿车的运动学模型,考虑随机打滑率等干扰影响,采用分层控制的思想将采矿车的轨迹跟踪控制分为2部分:轨迹跟踪模糊控制器和速度PID控制器.基于连续状态反馈的有限时间控制算法,结合模糊逻辑控制器,设计了一种连续的状态反馈轨迹跟踪控制算法,仿真结果表明了该方法的有效性.

履带式深海采矿车软底质行走性能分析

海底底质的物理力学参数不同于陆地土壤,其极低的抗剪强度和承压强度对深海采矿车的行走性能提出高要求。分析基于车辆地面力学理论,开展了底质土力学特性试验研究,建立了深海底质力学模型。根据深海重载作业采矿车样机结构参数,在大型动力学仿真软件Recurdyn中建立了仿真模型。通过直线行走多体动力学仿真与直线行走海试试验的对比,验证了仿真模型的准确性。在此基础上开展了采矿车样机在深海软底质上的多种行走工况动力学仿真,分析与评价其行走性能。结果表明,采矿车样机可以顺利完成转弯、爬坡、越障等基本功能。该研究成果可为深海采矿车海底行走性能评估提供理论参考,为深海采矿车和软底质的相互作用力学研究提供借鉴。

深海采矿车的自修正专家模糊控制

深海自行走履带采矿车作业过程,受到作业环境和采矿车自身的影响,具有未知性、随机性、非线性等特性。针对这种复杂控制过程,采用一种基于自修正专家模糊控制的路径跟踪控制方案,控制深海履带车行走。该方案参考履带车辆转向运动学方程,采用具自调整功能的模糊算法,对深海底履带集矿机的左右履带速度进行控制。仿真结果验证了该方案的可行性和有效性。

深海钴结壳自行式采矿车航迹推算方法研究

针对深海钴结壳矿区地形不平坦、采矿车作业环境恶劣、车体打滑严重等复杂情况,设计研究了一种具有地形感知能力的从动轮测速机构,用不同时刻不同斜面复合三维地形的方法,建立非平坦地形上作业采矿车的航迹推算模型.采用倾角传感器、电子罗盘、角位移传感器、光电编码器等测量采矿车的动态参数,依据航迹推算模型实现采矿车水下定位.与传统的基于驱动轮转速的航迹推算方法相比,它能适应各种复杂的工作条件,保证较高的定位精度.试验结果证明了上述方法的有效性.

深海采矿模型车液压系统的设计

根据四轮驱动履带式海底采矿模型车的结构特点,设计出一套液压系统。该系统能自动实现采矿模型车前进速度、采矿头高度和转动速度的无级调速。

针对深海采矿车的遍历路径规划方法研究

针对深海采矿车在海底复杂条件下周围环境信息缺少,实时处理数据能力低,环境建模困难复杂,难以自主和高效完成深海采矿作业等问题,提出一种深海采矿车遍历采矿作业的全覆盖路径规划方法。首先利用AUV(自主水下机器人)采集数据得到的水下DEM(数字高程模型)数据模型构建出海底的三维静态地图模型,根据得到的底质类型数据划分障碍物构建出二维静态栅格环境模型;然后考虑栅格状态、距离因素和转向因子建立启发函数,实现遍历路径采矿工作。结合实际采矿过程中出现的采矿死区问题,引入改进A*算法规划逃离出死区路径,保证了重复率尽可能小;最后通过MATLAB仿真验证。结果表明,该算法确保采矿覆盖率为100%的同时降低了重复率和转弯次数,提高了深海采矿车的工作效率和经济效益,为深海采矿车海底路径规划提供了理论基础。

深海采矿车行走履带淹没水射流减粘脱附研究

深海多金属结核采矿车作业时行走履带板齿间粘附的底质会影响行驶性能,因此利用淹没水射流减粘脱附。针对采矿车行走履带板齿间粘附底质的成因,利用采矿车牵引力模型分析了牵引力与履齿有效高度的关系,通过土体临界破坏力理论和淹没水射流理论,导出了无量纲冲坑半径与深度方程。结果表明:行走履带与底质相互作用致使履带板、齿间粘附一定底质,牵引力随履齿剪切未扰动底质的有效深度减少而减小,推荐履齿高度在100~150mm之间;无量纲冲坑深度随半径先缓慢增加后快速增加,与水射流参数、靶距、底质临界破坏力有关,水射流参数为1<r/bp<2,0.4<h/l<3时,减粘效果较好。此研究对深海多金属结核采矿车减粘脱附系统设计有重要参考价值。

深海采矿车行走速度控制器设计

为了确定最适用于深海采矿车履带速度控制的控制算法,基于已知的深海采矿车液压控制模型,建立了速度闭环控制的控制系统流程。研究了伯德图校正法、最优控制法、PID控制法以及自适应模糊PID的控制效果。仿真结果表明,自适应模糊PID法最适用于深海采矿车的速度控制。

深海底采矿机器车控制软件体系结构设计与实现

针对深海底采矿机器车特殊工作环境和特殊工作特性,采用混合体系结构,设计了深海底采矿机器车控制软件体系结构;该结构分为规划层、控制层和执行层.机器车的作业任务被规划为一系列子目标,每个子目标有一个相应的任务监视器,负责安排一套预编程的程序以实现子目标.以行走控制子目标为例,进一步说明了所设计体系结构的可行性.最后,采用VC++语言编制程序,验证了软件体系结构的设计.

深海底采矿机器车的研究现状

详细评述了深海底采矿机器车的研究特点和国内外的研究现状,分析了深稀软极限底质的可行驶技术、深海底定位和特殊作业的路径规划等关键技术,指出了其中的难点和面临问题。探讨了深海底采矿机器车的发展趋势和未来的研究重点。

深海采矿技术与装备研究进展及系统方案综述

深海底蕴藏着丰富的矿产资源,但因其赋存环境特殊,必须依赖专门的技术和装备才能开发利用。近年来新能源电池等对关键金属需求的迅猛增长,推动了深海采矿技术与装备的研究向商业化发展。回顾深海采矿技术和装备的研究进展,介绍近年来几次大型深海采矿系统海试的情况。从深海矿产资源商业开采的视角,梳理对深海采矿技术和装备的功能要求和性能指标。以深海多金属结核商业开采为对象,分析商业生产要求下可能选择的采矿系统基本技术方案,梳理采矿船需具备的基本功能并估计其排水量及主要尺度参数,推荐采矿车采集装置和行走装置的结构形式并测算其尺度规模,分析大产能指标下气力提升方式可能遇到的问题,提出水力提升系统的初步设计及主要零部件的选用方案。通过对深海采矿技术与装备研究进展和商业开采系统基本方案的综合分析指出,管道水力提升已成为当前深海采矿系统的主流方案,海底采矿车的行走及定位导航技术研究取得了很大进展,水下提升系统等可以借鉴海洋油气工程的相关技术和装备,深海采矿技术与装备研究已达到开展商业采矿系统装备开发的水平,而尽量减小采矿作业对海洋环境的扰动成为了又一个重要的方向。

深海行走机构履带环几何脉动虚拟现实研究

针对深海采矿车行驶机构履带环进行了张紧和直线行驶过程的虚拟现实研究,在0.1~1m/s行驶速度范围内,考察了履带环的几何脉动对引导轮位置的影响。并由此获得了不同行驶速度下引导轮中心水平脉动图谱以及张紧油缸的最大流量,为液压系统、缓冲装置等的进一步优化提供了基本依据。