2021年4月，上海交通大學(xué)海洋工程團(tuán)隊(duì)研制的深海重載作業(yè)采礦車樣機(jī)，搭載于“張謇”號(hào)科考船，在我國(guó)南海圓滿完成了海底智能行進(jìn)與路徑跟蹤試驗(yàn)，通過海上布放回收、水下精準(zhǔn)定位、海底作業(yè)路徑規(guī)劃、智能行進(jìn)控制等一系列試驗(yàn)，驗(yàn)證了海上布放回收姿態(tài)自動(dòng)控制、海底智能自主行進(jìn)控制等創(chuàng)新技術(shù)，達(dá)到了預(yù)期研究目標(biāo)。

該深海采礦車以深海多金屬結(jié)核為開發(fā)作業(yè)對(duì)象，長(zhǎng)5.6米，寬2.5米，高2.0米，空氣中重量8.0噸，設(shè)計(jì)作業(yè)水深3000米，具有海底作業(yè)環(huán)境感知、智能自主控制、高效水力集礦等作業(yè)能力。

采礦車布放入水

為滿足未來海底礦產(chǎn)資源工程開發(fā)的需要，項(xiàng)目組前瞻性研發(fā)采礦車智能自主行進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)采礦車海底行進(jìn)過程中的閉環(huán)反饋控制，基于規(guī)劃的作業(yè)路徑和水下精確定位信息，實(shí)時(shí)、智能控制采礦車行進(jìn)方向、位移和速度等運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，首次實(shí)現(xiàn)采礦車海底大曲率曲線路徑高精度跟蹤。圖2為采礦車實(shí)時(shí)行進(jìn)軌跡與S形規(guī)劃目標(biāo)路徑對(duì)比，兩者高度吻合，最大跟蹤誤差僅0.40m。圖3為ROV聲吶測(cè)得的海底試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，采礦車S形軌跡清晰可見。

采礦車實(shí)時(shí)行進(jìn)軌跡

ROV聲吶測(cè)量采礦車軌跡

針對(duì)重載作業(yè)采礦車海上安全布放和回收難題，項(xiàng)目組創(chuàng)新提出了采礦車水中運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)控制方法，實(shí)時(shí)控制推進(jìn)器推力分配，在海上布放和回收過程中，自主、穩(wěn)定保持艏向角方向。在此次海試的多次布放和回收過程中，采礦車在高速海流作用下，艏向角控制最大偏差小于1.4度，實(shí)現(xiàn)了采礦車在水中運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的精準(zhǔn)控制，保障采礦車可控、穩(wěn)定地布放與回收。

采礦車布放姿態(tài)控制

采礦車首向角控制時(shí)間歷程

在此次海試過程中，受今年第二號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“舒力基”影響，試驗(yàn)海域達(dá)四級(jí)海況，出現(xiàn)嚴(yán)重低頻涌浪，給采礦車布放回收、船舶定位、人員操作、采礦車作業(yè)等帶來很大挑戰(zhàn)。項(xiàng)目組克服重重困難，團(tuán)結(jié)奮戰(zhàn)，圓滿完成了全部試驗(yàn)任務(wù)。

項(xiàng)目組團(tuán)隊(duì)自三亞崖州灣啟航執(zhí)行海試任務(wù)