船建學(xué)院科研團(tuán)隊研制深海重載作業(yè)采礦車圓滿完成海底智能行進(jìn)與路徑跟蹤試驗
2021年4月，上海交通大學(xué)海洋工程團(tuán)隊研制的深海重載作業(yè)采礦車樣機(jī)，搭載于“張謇”號科考船，在我國南海圓滿完成了海底智能行進(jìn)與路徑跟蹤試驗，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，驗證了海上布放回收姿態(tài)自動控制、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)。
采礦車布放入水
該深海采礦車以深海多金屬結(jié)核為開發(fā)作業(yè)對象，長5.6米，寬2.5米，高2.0米，空氣中重量8.0噸，設(shè)計作業(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。
采礦車實時行進(jìn)軌跡
ROV聲吶測量采礦車軌跡
為滿足未來海底礦產(chǎn)資源工程開發(fā)的需要，項目組前瞻性研發(fā)采礦車智能自主行進(jìn)技術(shù)，實現(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，實時、智能控制采礦車行進(jìn)方向、位移和速度等運動姿態(tài)，首次實現(xiàn)采礦車海底大曲率曲線路徑高精度跟蹤。圖2為采礦車實時行進(jìn)軌跡與S形規(guī)劃目標(biāo)路徑對比，兩者高度吻合，最大跟蹤誤差僅0.40m。圖3為ROV聲吶測得的海底試驗現(xiàn)場，采礦車S形軌跡清晰可見。
采礦車布放姿態(tài)控制
采礦車首向角控制時間歷程
針對重載作業(yè)采礦車海上安全布放和回收難題，項目組創(chuàng)新提出了采礦車水中運動姿態(tài)自動控制方法，實時控制推進(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，實現(xiàn)了采礦車在水中運動姿態(tài)的精準(zhǔn)控制，保障采礦車可控、穩(wěn)定地布放與回收。
在此次海試過程中，受今年第二號超強(qiáng)臺風(fēng)“舒力基”影響，試驗海域達(dá)四級海況，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)。項目組克服重重困難，團(tuán)結(jié)奮戰(zhàn)，圓滿完成了全部試驗任務(wù)。