本實(shí)用新型涉及海洋工程試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種深海集礦模擬裝置。

背景技術(shù)：

隨著世界工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，礦產(chǎn)資源消耗量急劇增加，陸地礦產(chǎn)資源在全球范圍內(nèi)日趨短缺甚至枯竭，人類將目光轉(zhuǎn)向占地球表面積71％的海洋，海洋礦產(chǎn)資源開采是彌補(bǔ)陸地資源枯竭的有效方式。

海洋是地球上尚未被人類充分認(rèn)識(shí)和利用的最大潛在資源基地。除海洋石油氣資源和海濱礦砂外，海底目前已知有商業(yè)開采價(jià)值的還有多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物等金屬礦產(chǎn)資源。這些礦物中富含鎳、鈷、銅、錳及金、銀金屬等，總儲(chǔ)量分別高出陸上相應(yīng)儲(chǔ)量的幾十倍到幾千倍。2013年我國(guó)又正式獲得一塊太平洋富鈷結(jié)殼礦區(qū)。顯然，深海礦產(chǎn)資源的開發(fā)必須依賴深海采礦裝置進(jìn)行。2015年5月19日公布的《中國(guó)制造2025》為“制造強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略指明了方向，把“海洋工程裝置及高科技船舶”歸為重點(diǎn)突破的十大戰(zhàn)略領(lǐng)域之一，著重進(jìn)行先進(jìn)海洋工程裝置的研發(fā)和國(guó)有化。

深海中蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源，比如富鈷結(jié)殼、錳結(jié)殼等，隨著陸地上的礦產(chǎn)資源逐漸稀缺，人類勢(shì)必要大規(guī)模的開采海底礦產(chǎn)，這時(shí)候深海集礦裝置的性能顯得極為重要。如何高效的將海底的礦物收集起來，是深海采礦中的關(guān)鍵技術(shù)，而對(duì)于深海集礦過程的模擬對(duì)于開發(fā)高性能集礦裝置具有重要的意義。

目前，模型試驗(yàn)是研究水動(dòng)力性能最有效的方法。但是在目前公開的文獻(xiàn)中，沒有針對(duì)深海集礦裝置過程進(jìn)行模擬的試驗(yàn)平臺(tái)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型提出一種深海集礦模擬裝置，其能夠模擬采礦頭進(jìn)行多自由度運(yùn)動(dòng)并收集礦物的過程，適用于深海集礦裝置的水動(dòng)力性能研究。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提出一種深海集礦模擬裝置，包括：

水槽，其上部具有敞口；

多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)器人手臂，其下端連接有集礦裝置、并且伸入所述水槽內(nèi)；

循環(huán)用水泵，其連接于所述水槽；

流量計(jì)，其連接于所述循環(huán)用水泵，并通過連通水管連接于所述集礦裝置。

進(jìn)一步的，所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)器人手臂安裝在一鐵板上，并放置在水泥地面上。

進(jìn)一步的，所述水槽中設(shè)置有一塊隔板，其高度低于所述水槽四周側(cè)面的高度。

進(jìn)一步的，所述水槽固定架設(shè)在木支架上，并且下部懸空。

進(jìn)一步的，所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂下端設(shè)置有用來夾持所述集礦裝置的采礦頭的夾子。

進(jìn)一步的，所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂連接有一控制箱用以精確控制機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)并讀取機(jī)械手臂的位置及位置變化。

進(jìn)一步的，所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂能夠帶動(dòng)所述集礦裝置作前后平移運(yùn)動(dòng)、豎向平移運(yùn)動(dòng)、前后搖擺運(yùn)動(dòng)、左右搖擺運(yùn)動(dòng)這四種運(yùn)動(dòng)方式中的任意一種或兩種以上的耦合運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂由移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副、驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力設(shè)備構(gòu)成，其線位移精度為0.01mm以上，角位移精度為0.1度以上，運(yùn)動(dòng)頻率最高值為2Hz。

進(jìn)一步的，所述水槽采用透明材料制成。

進(jìn)一步的，所述水槽的尺度與集礦裝置的最大運(yùn)動(dòng)距離保持在10：1的比例之上，所述水槽的容積為8～10立方米。

本實(shí)用新型提出的深海集礦模擬裝置，其優(yōu)點(diǎn)是：

1、該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以進(jìn)行深海采礦集礦裝置進(jìn)行采礦集礦過程的模擬，及相關(guān)水動(dòng)力學(xué)性能的研究。

2、根據(jù)該試驗(yàn)平臺(tái)尺度相對(duì)較小，試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭b方便，其多自由度機(jī)器人手臂的剛度大，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)良，能實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)控制，位置信息測(cè)控精度較高。

3、該試驗(yàn)平臺(tái)的水槽采用透明材料制成，方便進(jìn)行流場(chǎng)特性觀測(cè)。

附圖說明

圖1和圖2所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的深海集礦模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的循環(huán)用水泵結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型不限于以下的實(shí)施方式。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本實(shí)用新型實(shí)施例的目的。

請(qǐng)參考圖1～圖5，圖1和圖2所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的深海集礦模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖3所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)示意圖，圖4所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的循環(huán)用水泵結(jié)構(gòu)示意圖，圖5所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。

本實(shí)用新型提出一種深海集礦模擬裝置，包括：

水槽5，其上部具有敞口，在應(yīng)用時(shí)，需在其內(nèi)加入足夠量的試驗(yàn)用水。

多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)器人手臂1，其下端連接有集礦裝置4、并且伸入所述水槽5內(nèi)；

循環(huán)用水泵2，其連接于所述水槽5；

流量計(jì)3，其連接于所述循環(huán)用水泵2，并通過連通水管連接于所述集礦裝置4。

根據(jù)本實(shí)用新型較佳實(shí)施例，所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)器人手臂1安裝在一鐵板上，并放置在水泥地面上，水平放置在水槽旁邊，機(jī)械手臂下端可以伸入所述水槽5內(nèi)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該機(jī)器人手臂下端能夠直接連接集礦裝置4。

所述水槽5中設(shè)置有一塊隔板6，其高度低于所述水槽5四周側(cè)面的高度。所述水槽5固定架設(shè)在木支架上，并且下部懸空。

所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂1下端設(shè)置有用來夾持所述集礦裝置4的采礦頭的夾子。所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂1連接有一控制箱用以精確控制機(jī)械手臂1的運(yùn)動(dòng)并讀取機(jī)械手臂1的位置及位置變化。

進(jìn)一步的，所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂1能夠帶動(dòng)所述集礦裝置4作前后平移運(yùn)動(dòng)、豎向平移運(yùn)動(dòng)、前后搖擺運(yùn)動(dòng)、左右搖擺運(yùn)動(dòng)這四種運(yùn)動(dòng)方式中的任意一種或兩種以上的耦合運(yùn)動(dòng)(如既豎向平移，又前后搖擺)。在機(jī)械手臂1單獨(dú)作前后搖擺運(yùn)動(dòng)或左右搖擺運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械手臂1始終處于同一豎直面內(nèi)。

試驗(yàn)時(shí)，在水槽5內(nèi)加入足夠量的用水，將集礦裝置4固定連接在多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂1的下端，并使集礦裝置4浸入水中，通過多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂1控制集礦裝置4作前后平移運(yùn)動(dòng)、豎向平移運(yùn)動(dòng)、前后搖擺運(yùn)動(dòng)和左右搖擺運(yùn)動(dòng)，以對(duì)應(yīng)地模擬實(shí)際深海集礦過程中集礦車帶動(dòng)集礦裝置實(shí)現(xiàn)的各種運(yùn)動(dòng)。通過外接的運(yùn)動(dòng)-受力測(cè)試系統(tǒng)可以對(duì)水槽中的模擬礦物及集礦裝置4的水動(dòng)力性能進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)可以利用粒子成像測(cè)速技術(shù)對(duì)流場(chǎng)特性進(jìn)行觀測(cè)。

具有上述功能的多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂1可采用多種結(jié)構(gòu)形式，而且大部分結(jié)構(gòu)形式為機(jī)械領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。因多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂1的具體結(jié)構(gòu)不屬于本申請(qǐng)的保護(hù)重點(diǎn)，而且能夠從現(xiàn)有技術(shù)中獲得，故在此不作詳述。所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂1由移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副、驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力設(shè)備(如私服電機(jī))等構(gòu)成，其線位移精度0.01mm以上，角位移精度0.1度以上，運(yùn)動(dòng)頻率最高可達(dá)2Hz。本實(shí)施例中的多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂1能夠?qū)崿F(xiàn)六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到了本實(shí)用新型對(duì)運(yùn)動(dòng)自由度的基本要求。

為了便于所述多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)械手臂1和水槽5的安裝布置，本例整體放置在剛度足夠的水泥地面上，確保試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦\(yùn)動(dòng)精度不受到變形、振動(dòng)的影響，防止因剛度不夠而影響試驗(yàn)精度。

而且，本實(shí)施例中的水槽5采用透明材料如高強(qiáng)度玻璃制成，以便試驗(yàn)人員對(duì)流場(chǎng)特性進(jìn)行觀測(cè)。水槽5的剛度需足夠大，保證其不會(huì)因?yàn)閮?nèi)部水體的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生明顯的振動(dòng)。

水槽5的尺度與集礦裝置4的最大運(yùn)動(dòng)距離保持在10：1的比例之上，以保證在有效的測(cè)試時(shí)間內(nèi)不受池壁效應(yīng)的影響。一般水槽5的容積為8～10立方米，本例中該水槽的外輪廓為一立方體結(jié)構(gòu)。

雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。