深海重载作业采矿车圆满完成海底智能行进与路径跟踪试验

2021-04-26

      2021年4月，海洋工程国家重点实验室海洋工程团队研制的深海重载作业采矿车样机，搭载于“张謇”号科考船，在我国南海圆满完成了海底智能行进与路径跟踪试验，通过海上布放回收、水下精准定位、海底作业路径规划、智能行进控制等一系列试验，验证了海上布放回收姿态自动控制、海底智能自主行进控制等创新技术，达到了预期研究目标。

      该深海采矿车以深海多金属结核为开发作业对象，长5.6米，宽2.5米，高2.0米，空气中重量8.0吨，设计作业水深3000米，具有海底作业环境感知、智能自主控制、高效水力集矿等作业能力。

      为满足未来海底矿产资源工程开发的需要，项目组前瞻性研发采矿车智能自主行进技术，实现采矿车海底行进过程中的闭环反馈控制，基于规划的作业路径和水下精确定位信息，实时、智能控制采矿车行进方向、位移和速度等运动姿态，首次实现采矿车海底大曲率曲线路径高精度跟踪。图2为采矿车实时行进轨迹与S形规划目标路径对比，两者高度吻合，最大跟踪误差仅0.40m。图3为ROV声呐测得的海底试验现场，采矿车S形轨迹清晰可见。 　

图2  采矿车实时行进轨迹 

图3  ROV声呐测量采矿车轨迹  

      针对重载作业采矿车海上安全布放和回收难题，项目组创新提出了采矿车水中运动姿态自动控制方法，实时控制推进器推力分配，在海上布放和回收过程中，自主、稳定保持艏向角方向。在此次海试的多次布放和回收过程中，采矿车在高速海流作用下，艏向角控制最大偏差小于1.4度，实现了采矿车在水中运动姿态的精准控制，保障采矿车可控、稳定地布放与回收。

图4 采矿车布放姿态控制 　 

图5 采矿车首向角控制时间历程 

      在此次海试过程中，受今年第二号超强台风“舒力基”影响，试验海域达四级海况，出现严重低频涌浪，给采矿车布放回收、船舶定位、人员操作、采矿车作业等带来很大挑战。项目组克服重重困难，团结奋战，圆满完成了全部试验任务。 　　

图6 项目组团队自三亚崖州湾启航执行海试任务