本發明涉及海洋特種裝備，尤其涉及一種多金屬結核采礦車、采集機械臂及礦物采集系統。
背景技術：
1、眾所周知，海洋中，存在儲量豐富的重要礦產資源，例如，多金屬結核是海洋中重要的礦產資源，富含多種陸地稀缺金屬，廣泛分布于海底盆地表面，海底多金屬結核的開發已成為海洋資源勘探的重要方向，為了在資源利用和環境保護之間達成科學的平衡，如何在復雜的海洋環境中實現安全、高效、環保、可持續的礦產勘探和采集已經成為越來越重要的研究課題。
2、目前，隨著裝備技術的不斷發展，雖然在復雜的海洋環境中勘探和采集礦產已經實現了全機械化作業，然而，海底礦產勘探和采集進程面臨著諸多棘手的技術難題，例如，海洋環境壓力和阻力大，對行進機構和驅動機構的要求很高，另外，機械設備行進路徑環境復雜，軟質路面行進容易造成大幅度的環境擾動造成環境破壞，并且容易陷進路面造成機械設備癱瘓。也就是說，一方面，深海環境呈現出極為復雜的特性，水壓極高、溫度偏低且地質條件變化多端，這對采礦裝備的設計及性能標準提出了近乎嚴苛的要求，另一方面，海底多金屬結核位于深海底，對其進行開采勢必影響到海底的生態環境，現有的海底履帶式多金屬結核采礦車在復雜海底環境中，容易出現沉陷、打滑等問題。
3、因此，如何設計出在海洋環境中，實現節能、可靠并具備多種海底底質適應能力的環境友好型采礦裝備，已經成為一個亟需解決的技術問題。
技術實現思路
1、鑒于以上原因，有必要提供一種多金屬結核采礦車、采集機械臂及礦物采集系統，以在海洋環境中，實現節能、可靠、環保并具備多種海底底質適應能力的礦物探測與采集。
2、為實現上述目的，本發明提供一種多金屬結核采礦車，包括電控驅動箱、物料收集倉、礦物輸送泵、光電盒、礦物采集系統、壓力補償器和連接提升系統的輸送軟管。所述多金屬結核采礦車還包括履帶系統和行進控制系統，其中：
3、所述履帶系統包括底盤架，和設置在底盤架上的多個履帶式行進子系統，所述行進控制系統包括存儲單元、處理單元、超聲波距離傳感器和設置在物料收集倉上方的浮力組件，所述浮力組件包括組件本體和設置在組件本體上的多個垂直推進螺旋槳，所述垂直推進螺旋槳、存儲單元和超聲波距離傳感器分別與所述處理單元通信連接，所述垂直推進螺旋槳與所述履帶式行進子系統一一對應，所述超聲波距離傳感器與所述履帶式行進子系統一一對應，所述垂直推進螺旋槳安裝在對應的履帶式行進子系統的上方位置，所述超聲波距離傳感器設置在對應的履帶式行進子系統的履帶架上；
4、所述履帶式行進子系統包括履帶、履帶架、驅動輪、第一支撐輪、第二支撐輪、驅動輪伺服電機和減速箱，其中：履帶安裝于履帶架上，由驅動輪驅動運行；驅動輪伺服電機，用于通過減速箱調節驅動輪的輸出轉速以控制履帶的行走速度；第一支撐輪和第二支撐輪設于驅動輪的一側，用于提供輔助支撐力以增強車體結構穩定性，并延展履帶與地面的應力接觸面以提升路面反饋的支撐力；第一支撐輪的上端面高于驅動輪上端面，第一支撐輪與驅動輪之間的間隔距離，大于第二支撐輪與驅動輪之間的間隔距離；
5、所述存儲單元，用于存儲行進控制程序；
6、所述處理單元，用于調用并執行所述行進控制程序，執行如下步驟：
7、實時或者定時接收所述超聲波距離傳感器發送的反映離地距離的電信號，并將接收的電信號對應的離地距離、信號接收時間和發出信號的超聲波距離傳感器的傳感器標識的映射關系數據進行存儲；
8、每隔第一預設時間，對第一預設時間內新存儲的離地距離、信號接收時間和傳感器標識之間的映射關系數據進行分析，計算出各個所述履帶式行進子系統陷入地面的陷入參數，和多金屬結核采礦車的整體傾斜角度；
9、根據計算出的陷入參數和整體傾斜角度，分析出需要開始往下輸出功率或者需要加大輸出功率的垂直推進螺旋槳，并控制分析出的垂直推進螺旋槳開始往下輸出功率或者加大輸出功率。
10、優選地，所述陷入參數的計算步驟包括：
11、根據預先確定的履帶式行進子系統與標準離地距離的映射關系數據，確定出各個所述履帶式行進子系統對應的標準離地距離；
12、從第一預設時間內新存儲的各個所述傳感器標識對應的離地距離中，剔除大于標準離地距離的離地距離，得到各個所述傳感器標識對應的可分析離地距離；
13、分別計算出第一預設時間內新存儲的各個所述傳感器標識對應的可分析離地距離的平均值，作為對應的履帶式行進子系統的參考離地距離；
14、若有履帶式行進子系統的參考離地距離小于對應的標準離地距離，則計算出該履帶式行進子系統對應的標準離地距離減去對應的參考離地距離的差值，作為該履帶式行進子系統對應的陷入參數。
15、優選地，所述整體傾斜角度的計算步驟包括：
16、根據計算出的各個所述履帶式行進子系統對應的陷入參數，為所述多金屬結核采礦車構建標準參考平面和傾角分析平面；
17、分析出所述標準參考平面和所述傾角分析平面的平面夾角，并將所述平面夾角作為所述整體傾斜角度。
18、優選地，所述標準參考平面和傾角分析平面的構建步驟包括：
19、為所述多金屬結核采礦車構建水平面；
20、基于構建的水平面和各個所述履帶式行進子系統的標準離地距離，確定出各個所述履帶式行進子系統對應的離地點，并基于確定的各個所述履帶式行進子系統離地點，構建出所述多金屬結核采礦車的標準參考平面；
21、根據計算出的各個所述履帶式行進子系統對應的陷入參數，確定出各個所述履帶式行進子系統對應的陷入點，并基于確定的各個所述履帶式行進子系統陷入點，構建出所述多金屬結核采礦車的傾角分析平面。
22、優選地，所述根據計算出的陷入參數和整體傾斜角度，分析出需要開始往下輸出功率或者需要加大輸出功率的垂直推進螺旋槳的步驟包括：
23、若有履帶式行進子系統對應的陷入參數大于第一距離閾值，則確定該履帶式行進子系統對應的垂直推進螺旋槳，為需要開始往下輸出功率或者需要加大輸出功率的垂直推進螺旋槳；
24、若所述整體傾斜角度大于第一角度閾值，則在各個所述履帶式行進子系統對應的陷入參數中確定最小的陷入參數作為標準比較參數；
25、若所述最小的陷入參數大于第一距離閾值，則將所有履帶式行進子系統對應的垂直推進螺旋槳，確定為需要開始往下輸出功率或者需要加大輸出功率的垂直推進螺旋槳；
26、若所述最小的陷入參數小于或者等于第一距離閾值，則分別計算出各個其他陷入參數與該標準比較參數的差值；
27、若有計算出的差值大于第二距離閾值，則將該差值對應的其他陷入參數作為待傾角修正參數，將所述待傾角修正參數對應的履帶式行進子系統對應的垂直推進螺旋槳，確定為需要開始往下輸出功率或者需要加大輸出功率的垂直推進螺旋槳。
28、優選地，所述控制分析出的垂直推進螺旋槳開始往下輸出功率或者加大輸出功率的步驟包括：
29、若有分析出的垂直推進螺旋槳處于功率輸出停止狀態，則控制該垂直推進螺旋槳根據預先確定的第一功率輸出曲線輸出功率，以為對應的履帶式行進子系統施加從小到大的漸進式上浮力，或者，若有分析出的垂直推進螺旋槳處于功率輸出狀態，則控制該垂直推進螺旋槳根據預先確定的第一功率輸出曲線加大輸出功率，以為對應的履帶式行進子系統施加更大的漸進式上浮力；
30、在控制垂直推進螺旋槳根據預先確定的第一功率輸出曲線輸出功率過程中，每隔第二預設時間，對第二預設時間內新存儲的離地距離、信號接收時間和傳感器標識之間的映射關系數據進行分析，計算出各個所述履帶式行進子系統陷入地面的當前陷入參數，和多金屬結核采礦車的當前整體傾斜角度；
31、根據計算出的當前陷入參數和當前整體傾斜角度，分析出需要加大輸出功率和/或需要保持當前輸出功率的垂直推進螺旋槳，控制需要加大輸出功率的垂直推進螺旋槳根據預先確定的第一功率輸出曲線加大輸出功率，和/或，控制需要保持當前輸出功率的垂直推進螺旋槳按照當前功率輸出。
32、優選地，所述礦物采集系統包括采集本體，及設置在采集本體上的多個智能采集組件，每個智能采集組件包括采集機械臂和影像獲取單元，所述采集本體包括至少2個支撐架，每個支撐架上設置至少1個智能采集組件，不同支撐架上設置的智能采集組件相互錯位布設，所述智能采集組件與處理單元通信連接，所述處理單元調用并執行行進控制程序時，執行如下步驟：
33、在收到采集指令后，控制采集機械臂抓取當前區域的礦物，并通過礦物輸送泵將抓取的礦物經由采集機械臂的礦物輸送管道輸送至物料收集倉暫存；或者，
34、實時或者定時對影像獲取單元獲取的影像進行目標礦物識別，在識別到有目標礦物處于一個或多個采集機械臂的工作區域時，控制該一個或多個采集機械臂或者控制所有采集機械臂進行礦物抓取作業，并通過礦物輸送泵將抓取的礦物經由采集機械臂的礦物輸送管道輸送至物料收集倉暫存。
35、優選地，所述影像獲取單元可旋轉安裝在支撐架上，所述實時或者定時對影像獲取單元獲取的影像進行目標礦物識別，在識別到有目標礦物處于一個或多個采集機械臂的工作區域時，控制該一個或多個采集機械臂或者控制所有采集機械臂進行礦物抓取作業的步驟包括：
36、實時或者定時對影像獲取單元獲取的影像進行目標礦物識別；
37、在識別到有影像獲取單元獲取的影像中出現目標礦物時，控制該影像獲取單元對出現的目標礦物進行影像追蹤鎖定；
38、若有采集機械臂的工作區域覆蓋被鎖定的目標礦物，則控制該采集機械臂或者控制所有采集機械臂進行礦物抓取作業。
39、為實現上述目的，本發明還提供一種采集機械臂，適用于上述的多金屬結核采礦車，所述采集機械臂包括后組件，中部密封艙，前組件，及貫穿設置于后組件、中部密封艙和前組件內部的礦物輸送管道，其中：
40、所述后組件包括上部套筒和上部滑軌，上部套筒的前端和中部設有多組滑軌穩定套，上部套筒的后端固定安裝在支撐架上，前端基于上部滑軌滑動連接所述中部密封艙，使得中部密封艙可沿上部滑軌移動；
41、所述前組件包括抓取滑套、下部滑軌和機械爪，抓取滑套的一端設置機械爪，另一端基于下部滑軌滑動連接所述中部密封艙，使得抓取滑套可沿下部滑軌移動；
42、所述中部密封艙內設置有第一組伺服電機和第二組伺服電機，第一組伺服電機設置在靠近所述后組件的一端，用于基于上部滑軌驅動滑軌伸縮連桿機構控制中部密封艙和前組件整體升降，第二組伺服電機設置在靠近前組件的一端，用于基于下部滑軌驅動滑軌伸縮連桿機構控制抓取滑套移動。
43、為實現上述目的，本發明還提供一種礦物采集系統，適用于上述的多金屬結核采礦車，所述礦物采集系統包括采集本體，及設置在采集本體上的多個智能采集組件，每個智能采集組件包括采集機械臂和影像獲取單元，所述采集本體包括至少2個支撐架，每個支撐架上設置至少1個智能采集組件，不同支撐架上設置的智能采集組件相互錯位布設。
44、本技術提供的多金屬結核采礦車包括多個特殊結構的履帶式行進子系統，實現了礦車接地比壓的有效分散，提高牽引力并減少對松軟海底底質的擾動，保證履帶系統盡可能適配海底頻繁起伏的地形，提升地形適應能力、越障能力；基于垂直推進螺旋槳、超聲波距離傳感器、處理器和存儲器構建的履帶式行進子系統的浮力控制硬件架構，為各個特殊結構的履帶式行進子系統進行局部浮力智能控制創造了有效、可實施的硬件環境和軟件環境。
45、本技術達成的有益效果是：可有效分散接地比壓，提高牽引力并減少對松軟海底底質的擾動，且能保證履帶系統盡可能適配海底頻繁起伏的地形，提升地形適應能力、越障能力，使得采礦車具備了在海洋環境中，達成節能、可靠、環保并具備多種海底底質適應能力的礦物探測與采集能力。