矿箱导向采矿机器人及采矿作业设备的制作方法

本发明涉及水下作业设备，具体是指一种矿箱导向采矿机器人及采矿作业设备。

背景技术：

1、深海采矿的模式主要有：拖斗式、连续绳斗式、穿梭艇式、采矿车加管道提升式，其中，采矿车加管道输送式采矿系统由海底采矿车、采矿船和管道提升系统组成，经检索，中国专利cn106761762a公开了一种间断式深海矿产资源开采系统及开采方法，包括水面作业母船、具有储料仓的水下作业平台以及与水下作业平台相连的集矿车，其特征在于：还包括一个以上提升舱，所述提升舱包括用于储存物料的舱体、设于舱体上的第一浮力调节装置和设于舱体上的水下移动装置，所述储料仓设有第一进出料接口，所述舱体设有可开闭的排料口和用于与第一进出料接口以可拆卸方式匹配对接的第二进出料接口，

2、上述专利的不足：一是上述专利提升舱在海底是自由漂浮状态，其下降到采矿作业平台需要精确控制自身浮力，海底工况复杂，提升舱容易偏移、晃动，对接很不稳定，大大降低了采矿效率；二上述专利集矿车采矿后对接传递给水下作业平台，提升舱与水下作业平台对接，提升舱上升与作业船对接，将矿料运输到作业船，提升舱与采矿作业平台对接接料时需要精确找到采矿作业平台的出料口再对接，对接后需将矿料固定好，再控制好自身浮力，通过水下移动装置到达作业船，需要时时定位自身位置以及作业船的位置，整个物料传输过程需要多次对接，这整个过程对接要求高、操作步骤繁琐、大大降低了矿箱运输效率和采矿效率，此外，提升舱与水下作业平台、作业船一次对接不准后，需要反复对接，对接消耗的能量多。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术不足，提供一种矿箱升降有导向，双矿箱交替作业，采矿效率高的矿箱导向采矿机器人及采矿作业设备。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种矿箱导向采矿机器人，包括采矿机架和采矿控制系统，其特征在于：所述采矿机架上安装有矿箱提升导向连接机构和矿箱，所述矿箱上端安装有用于提升矿箱的吊钩，所述矿箱与采矿机架活动连接，矿箱与采矿机架分离后，经矿箱提升导向连接机构驱动可快速与采矿机架对接，以通过矿箱提升导向连接机构导向矿箱的升降，间接提高采矿效率。

4、本发明所述矿箱提升导向连接机构包括导向绳、矿箱导向绞车，所述采矿机架上设有矿箱安装槽，所述矿箱安装槽中间设有绳穿孔，所述矿箱下端固定有导向绳，所述导向绳穿过绳穿孔由矿箱导向绞车驱动，所述矿箱导向绞车与采矿机架固定连接，所述矿箱导向绞车由采矿控制系统控制，以当矿箱需要与采矿机架对接时，矿箱导向绞车收起导向绳，导向矿箱快速回落到采矿机架上。

5、本发明所述矿箱与矿箱安装槽之间设有定位安装部件，所述定位安装部件包括导向定位板、导向锥头、限位杆，所述矿箱安装槽中间设有锥头连接槽，所述锥头连接槽的槽底设有绳穿孔，所述锥头连接槽上端外侧设有导向定位板，所述导向定位板呈弧面状，所述导向定位板下端与矿箱安装槽的槽底固定连接，所述导向定位板上端面呈倾斜状，所述导向定位板上端面两侧对称设有杆限位槽，所述矿箱下端设有导向锥头，所述导向锥头上端与矿箱固定连接，下端与导向绳固定连接，导向锥头外壁两侧对称设有限位杆，所述限位杆与导向锥头外壁固定连接， 所述矿箱置于矿箱安装槽内，导向锥头插入锥头连接槽内，限位杆落在杆限位槽内将矿箱与采矿机架限位固定连接，以通过导向锥头插入锥头连接槽内，限位杆随着矿箱下落滑入杆限位槽内将矿箱下落位置限定。

6、本发明所述矿箱包括第一矿箱和第二矿箱。

7、本发明所述采矿机架上设有绳索取挂机构，所述绳索取挂机构包括桁架、立柱、操作架、对接移动机构、绳索取挂部件，所述机架一侧上方设有桁架，所述桁架两端设有立柱，所述立柱上端与桁架固定连接，下端与采矿机架固定连接，所述桁架上设有操作架，所述操作架一端经对接移动机构与桁架连接，另一端设有绳索取挂部件，对接移动机构用于驱动操作架相对桁架横向、纵向移动，所述第一矿箱、第二矿箱经吊钩、吊绳由起吊设备驱动，所述吊绳下端经绳索套在吊钩上与吊钩可拆卸连接，所述对接移动机构驱动操作架靠近第一矿箱或第二矿箱，绳索取挂部件将第一矿箱或第二矿箱上的绳索取下，对接移动机构驱动操作架移动到第二矿箱或第一矿箱处，绳索取挂部件将绳索套在第二矿箱或第一矿箱上，以使得第一矿箱装满后，通过起吊设备吊起后卸料，第一矿箱回位后，通过绳索取挂部件将第一矿箱上的绳索取下更换到第二矿箱上，方便第二矿箱的吊放。

8、本发明所述绳索取挂部件包括取挂基座、绳索驱动缸、勾绳块、调节驱动缸、铰接板、绳索限位缸，所述操作架另一端设有取挂基座，所述取挂基座上对称设有绳索驱动缸，所述绳索驱动缸朝向吊钩倾斜设置，两个绳索驱动缸的伸出端相对设有勾绳块，所述勾绳块与绳索驱动缸的伸出端固定连接，绳索驱动缸的缸座经万向节与取挂基座铰接，两个绳索驱动缸之间设有调节驱动缸，两个绳索驱动缸下方设有开扣座，所述调节驱动缸一端与取挂基座铰接，另一端对称设有铰接板，两个铰接板呈v型设置，两个铰接板置于两个绳索驱动缸之间，铰接板一端与其同侧的绳索驱动缸缸座外壁铰接，另一端与调节驱动缸的伸出端铰接，所述开扣座朝向吊钩的挡板倾斜设置，所述开扣座朝向吊钩一端为挡板顶开端，另一端与取挂基座固定连接，所述开扣座上设有绳索限位槽，所述绳索限位槽上方设有绳索限位缸，绳索限位缸伸出或缩回，将绳索限位槽关闭或打开，所述绳索限位缸与取挂基座连接，所述绳索驱动缸、调节驱动缸、绳索限位缸分别与采矿控制系统连接，以要抓取绳索时，绳索限位槽处于打开状态，调节驱动缸伸出，绳索驱动缸的伸缩杆伸出，通过对接移动机构驱动开扣座靠近吊钩的挡板，开扣座挤压挡板，打开吊钩，调节驱动缸缩回，使得两个绳索驱动缸向内做弧线运动，绳索驱动缸的伸缩杆缩回，通过勾绳块勾着吊绳向下向绳索限位槽内移动，当绳索置于绳索限位槽内，驱动绳索限位缸伸出，将绳索限位在绳索限位槽内，通过对接移动机构驱动操作架带着绳索取挂部件移动到另一个矿箱的吊钩处，通过开扣座顶开吊钩的挡板，绳索限位槽随之进入吊钩内，绳索在起吊设备作用下向上进入吊钩内，开扣座退出即完成了绳索的更换。

9、本发明所述操作架上设有绳索取挂旋转机构，所述绳索取挂旋转机构包括旋转马达和回转支承，所述取挂基座一侧设有旋转马达，所述取挂基座经回转支承与操作架连接，所述回转支承由旋转马达驱动，以通过旋转马达驱动取挂基座旋转，进而带着绳索旋转。

10、本发明所述第一矿箱和第二矿箱上分别设有换绳对接感应部件，所述换绳对接感应部件包括换绳到位传感器，所述第一矿箱上端和第二矿箱上端分别固定有矿箱把手架，所述吊钩固定安装在矿箱把手架上，所述吊钩的挡板一侧设有换绳到位传感器，所述换绳到位传感器安装在矿箱把手架上，所述换绳到位传感器与采矿控制系统连接，所述操作架下端搭在矿箱把手架上，换绳到位传感器感应到操作架，操作架移动到位，以通过换绳到位传感器感应操作架是否移动到位，方便后续换绳作业。

11、本发明所述吊钩另一侧设有未到位接触传感器，所述未到位接触传感器安装在矿箱把手架上，所述未到位接触传感器与采矿控制系统连接，以通过未到位接触传感器了解操作架移动到了吊钩开口的另一侧，需要操作架再次重新移动。

12、本发明所述采矿机架前端一侧设有用于破碎矿石的采矿机械臂ⅰ，另一侧设有用于收集矿石的采矿机械臂ⅱ，所述采矿机架前端设有扒渣机，所述扒渣机与采矿机架连接，采矿机械臂ⅱ将矿石扒入扒渣机入口，扒渣机出口经矿石输送机构与采矿机架上第一矿箱或第二矿箱对应设置，所述矿石输送机构、扒渣机、采矿机械臂ⅱ、采矿机械臂ⅰ均由采矿控制系统控制，以通过双机械臂配合作业，采矿机械臂ⅰ用于水底矿石的破碎、剥离，采矿机械臂ⅱ用于将破碎后的矿石收集、扒送到扒渣机入口，扒渣机将矿石送到矿石输送机构上，矿石输送机构将矿石运输到第一矿箱或第二矿箱内，双机械臂协作、采矿效率高。

13、本发明所述采矿机械臂ⅰ包括作业臂ⅰ，所述作业臂ⅰ下端设有摆动座ⅰ，所述摆动座ⅰ一侧设有固定座ⅰ，所述固定座ⅰ与采矿机架固定连接，所述摆动座ⅰ与固定座ⅰ铰接，所述摆动座ⅰ左侧或右侧设有摆动油缸ⅰ，所述摆动油缸ⅰ一端与采矿机架铰接，另一端与摆动座ⅰ铰接，所述作业臂ⅰ下端与摆动座ⅰ铰接，所述摆动座ⅰ上设有作业驱动缸ⅰ，所述作业驱动缸ⅰ下端与摆动座ⅰ铰接，上端与作业臂ⅰ铰接，所述摆动油缸ⅰ、作业驱动缸ⅰ分别与采矿控制系统连接，作业臂ⅰ作业端安装有破碎部件，所述破碎部件为鹰嘴钩，以通过摆动油缸ⅰ实现摆动座ⅰ的左右摆动，进而带动作业臂ⅰ摆动，通过作业驱动缸ⅰ驱动作业臂ⅰ抬起、放下，进而带动作业臂ⅰ抬起、放下，实现鹰嘴钩对矿石的破碎、剥离作业。

14、本发明所述采矿机械臂ⅱ分别包括作业臂，所述作业臂下端设有摆动座，所述摆动座一侧设有固定座，所述固定座与采矿机架固定连接，所述摆动座与固定座铰接，所述摆动座左侧或右侧设有摆动油缸，所述摆动油缸一端与采矿机架铰接，另一端与摆动座铰接，所述作业臂下端与摆动座铰接，所述摆动座上设有作业驱动缸，所述作业驱动缸下端与摆动座铰接，上端与作业臂铰接，所述摆动油缸、作业驱动缸分别与采矿控制系统连接，作业臂作业端安装有收集部件，所述收集部件为扒斗，以通过摆动油缸实现摆动座的左右摆动，进而带动作业臂摆动，通过作业驱动缸驱动作业臂抬起、放下，进而带动作业臂抬起、放下，实现扒斗对矿石的归集、扒送作业。

15、本发明所述扒渣机包括集料板、集料叶轮、集料调节缸和集料缸，所述采矿机架前端设有集料板，所述集料板由后向前向下倾斜设置，所述集料板前端贴近地面，后端与矿石输送机构的入料口配合设置，所述集料板后端与采矿机架铰接连接，所述集料板由集料调节缸驱动，所述集料调节缸一端与集料板铰接，另一端与采矿机架铰接，所述集料板左右间隔设置有集料叶轮，所述集料叶轮由集料缸驱动，所述集料缸、集料调节缸与采矿机架固定连接，所述集料缸与采矿控制系统连接，以通过驱动集料叶轮转动，将扒斗扒到集料板上的矿石输送到矿石输送机构上，根据需求通过集料调节缸调整集料板前端的倾斜角度。

16、本发明所述矿石输送机构的入料口两侧分别设有导料板，两个导料板呈八字形设置，导料板呈倾斜状，两个导料板前端之间的宽度大于两个导料板后端之间的宽度，所述导料板与集料板固定连接，以通过导料板引导矿石从集料板进入矿石输送机构。

17、本发明所述矿石输送机构包括第一输送部件、第二输送部件、第三伸缩输送部件、第一矿箱伸缩输送部件、第二矿箱伸缩输送部件，所述第一输送部件一端与集料板配合设置，另一端与第二输送部件一端配合设置，所述第二输送部件另一端设有第三伸缩输送部件和第一矿箱伸缩输送部件，所述第三伸缩输送部件另一端设有第二矿箱伸缩输送部件，所述第二输送部件与第一矿箱伸缩输送部件配合，实现对第一矿箱的上料，或者第二输送部件与第三伸缩输送部件配合，第三伸缩输送部件与第二矿箱伸缩输送部件配合，实现对第二矿箱的上料，所述第一矿箱伸缩输送部件、第二矿箱伸缩输送部件分别与采矿机架滑动连接，所述第一矿箱伸缩输送部件、第二矿箱伸缩输送部件由输送驱动机构驱动，以通过第一输送部件、第二输送部件、第一矿箱伸缩输送部件为第一矿箱上料，待第一矿箱装满后，经第一输送部件、第二输送部件、第三伸缩输送部件、第二矿箱伸缩输送部件为第二矿箱上料。

18、一种采矿作业设备，包括作业船、作业船控制系统，其特征在于：还包括上述所述的矿箱导向采矿机器人，所述采矿控制系统与作业船控制系统连接，所述作业船的甲板上设有机器人绞车，所述机器人绞车与作业船控制系统连接，所述起吊设备安装在作业船上，所述起吊设备与作业船控制系统连接，以通过机器人绞车控制采矿机器人的升降，将采矿机器人下放到海底进行采矿作业，作业完毕后将采矿机器人收回。

19、本发明所述起吊设备为矿箱提升绞车，所述吊绳由矿箱提升绞车控制，以通过矿箱提升绞车将第一矿箱、第二矿箱提升到作业船上，卸料后再放回海底。

20、本发明所述作业船上设有矿箱导向移动机构，所述矿箱导向移动机构包括平移导向架、矿箱驱动轨道车，所述作业船上设有平移导向架，所述平移导向架下端与甲板固定连接，所述平移导向架上安装有矿箱驱动轨道车，所述吊绳穿过矿箱驱动轨道车由矿箱提升绞车驱动，以通过矿箱驱动轨道车导向矿箱的升降同时矿箱驱动轨道车还能带动矿箱沿着平移导向架移动。

21、本发明所述第一矿箱或第二矿箱上设有导向锥头可拆装部件，所述导向锥头可拆装部件包括导向套、连接销，所述第一矿箱、第二矿箱下端分别固定设有导向套，所述导向套上设有连接销孔，所述导向锥头上部设有插接销孔，所述导向锥头上部插入导向套内经连接销固定，以通过拔出连接销，将导向锥头与导向套分离，实现导向锥头的拆装，方便更换第一矿箱或第二矿箱。

22、本发明所述作业船上设有矿箱夹持机构，所述矿箱夹持机构包括销轴推动机械手、销轴驱动缸、锁紧夹持爪、锁紧夹持爪驱动缸，所述作业船上设有矿箱转换座，所述矿箱转换座固定在甲板上，所述矿箱转换座上设有矿箱转换槽，所述矿箱转换槽中部设有锥头限位孔，所述锥头限位孔一侧设有导向槽孔，所述导向槽孔一端与锥头限位孔连通，另一端延伸至矿箱转换座的边缘，所述锥头限位孔位于导向槽孔两侧分别设有销轴推动机械手，所述销轴推动机械手由销轴驱动缸驱动，所述销轴推动机械手下方设有锁紧夹持爪，所述锁紧夹持爪由锁紧夹持爪驱动缸驱动，所述锁紧夹持爪驱动缸、销轴驱动缸分别与矿箱转换座固定连接，以当矿箱进入矿箱转换槽后，导向锥头进入锥头限位孔，通过锁紧夹持爪夹持导向锥头，将矿箱与矿箱转换座固定，驱动销轴推动机械手，将销轴推出连接销孔、插接销孔，方便后续矿箱与导向锥头分离。

23、本发明所述销轴推动机械手上设有推动导向板，所述销轴推动机械手与推动导向板滑动连接，所述锁紧夹持爪上设有夹持导向板，所述锁紧夹持爪与夹持导向板滑动连接，所述夹持导向板、推动导向板分别与矿箱转换座固定连接，以通过推动导向板导向销轴推动机械手的水平移动，通过夹持导向板导向锁紧夹持爪的水平移动。

24、本发明所述矿箱转换槽位于导向槽孔一侧设有开口槽，所述矿箱转换槽内壁上部向外张开形成外导向喇叭口，所述矿箱转换槽内壁下部由下向上向外形成内导向喇叭口，以通过开口槽，方便矿箱导向绳进入锥头限位孔内，通过外导向喇叭口导向矿箱进入矿箱转换槽，通过内导向喇叭口进一步导向矿箱在转换箱内的位置，引导导向锥头进入锥头限位孔。

25、本发明所述锥头限位孔上端设有限位弧板，所述限位弧板呈弧状，所述限位弧板朝向导向槽孔的一侧开口，所述限位弧板下端与矿箱转换槽固定连接，所述限位弧板上端面呈倾斜状，所述限位弧板位于销轴推动机械手上方设有轴向限位凹槽，两个轴向限位凹槽的槽底处于同一水平面上，所述限位杆与导向套外壁固定连接，限位杆水平设置，限位杆位于连接销上方，所述限位杆与轴向限位凹槽配合设置，以通过限位弧板引导导向锥头进入锥头限位孔，通过限位杆与轴向限位凹槽配合，确定连接销是水平的，并且连接销与销轴推动机械手处于同一水平面上。

26、本发明所述导向槽孔一侧设有导向滚轮，所述导向滚轮经支架与甲板固定连接，所述导向滚轮中部为引导槽，引导槽的内壁两侧呈喇叭状向外张开，以通过引导槽内壁导向吊绳落入引导槽内，再穿过引导槽进入导向槽孔，导向滚轮长度较长，确保吊绳能够穿过引导槽。

27、本发明所述机器人绞车与矿箱导向采矿机器人人之间设有升降导向机构，所述升降导向机构包括机器人导向滚轮，所述平移导向架上安装有机器人导向滚轮，所述采矿机架上设有机器人吊装孔，所述机器人绞车的缆绳穿过机器人导向滚轮、机器人吊装孔与采矿机架固定连接，以通过机器人导向滚轮导向采矿机器人的升降。

28、本发明所述作业船的月池上方设有滑台，所述滑台与作业船的甲板滑动连接，所述滑台由滑台驱动缸驱动，所述滑台上端固定设有机器人托盘，所述机器人托盘与滑台固定连接，以利于使用时，采矿机器人置于滑台上，通过滑台驱动缸驱动滑台移动到月池上方，采矿机器人被吊起后，滑台驱动缸驱动滑台移出月池，方便采矿机器人从月池下落到海底。

29、本发明由于采用上述结构，具有矿箱升降有导向，双矿箱交替作业，采矿效率高等优点。