2021年4月，上海交通大学海洋工程团队研制的深海重载作业采矿车样机，搭载于“张謇”号科考船，在我国南海圆满完成了海底智能行进与路径跟踪试验，通过海上布放回收、水下精准定位、海底作业路径规划、智能行进控制等一系列试验，验证了海上布放回收姿态自动控制、海底智能自主行进控制等创新技术，达到了预期研究目标。
该深海采矿车以深海多金属结核为开发作业对象，长5.6米，宽2.5米，高2.0米，空气中重量8.0吨，设计作业水深3000米，具有海底作业环境感知、智能自主控制、高效水力集矿等作业能力。
图1 采矿车布放入水
为满足未来海底矿产资源工程开发的需要，项目组前瞻性研发采矿车智能自主行进技术，实现采矿车海底行进过程中的闭环反馈控制，基于规划的作业路径和水下精确定位信息，实时、智能控制采矿车行进方向、位移和速度等运动姿态，首次实现采矿车海底大曲率曲线路径高精度跟踪。图2为采矿车实时行进轨迹与S形规划目标路径对比，两者高度吻合，最大跟踪误差仅0.40m。图3为ROV声呐测得的海底试验现场，采矿车S形轨迹清晰可见。
图2 采矿车实时行进轨迹
图3 ROV声呐测量采矿车轨迹
针对重载作业采矿车海上安全布放和回收难题，项目组创新提出了采矿车水中运动姿态自动控制方法，实时控制推进器推力分配，在海上布放和回收过程中，自主、稳定保持艏向角方向。在此次海试的多次布放和回收过程中，采矿车在高速海流作用下，艏向角控制最大偏差小于1.4度，实现了采矿车在水中运动姿态的精准控制，保障采矿车可控、稳定地布放与回收。
图4 采矿车布放姿态控制
图5 采矿车首向角控制时间历程
在此次海试过程中，受今年第二号超强台风“舒力基”影响，试验海域达四级海况，出现严重低频涌浪，给采矿车布放回收、船舶定位、人员操作、采矿车作业等带来很大挑战。项目组克服重重困难，团结奋战，圆满完成了全部试验任务。
图6 项目组团队自三亚崖州湾启航执行海试任务
