海洋是人类生命支撑系统的重要环节，是全球气候变化的调节器，同时是世界各沿海国家可持续发展的战略空间和宝贵财富。但是海洋环境复杂多变，工作水深大、压强高，直接观察现场工作状态难度大，实时控制系统复杂、技术要求高，而与陆地钻机相比基础理论的研究还比较欠缺，尤其是受深海锥/钻装备发展的技术制约，现有技术和装备远远无法满足人类对海洋资源的勘探需求。　　 深海锥/钻装备系统包括两部分:机械系统和控制系统。机械系统针对机构学、机械静力学、机械运动学等展开研究;控制系统主要对调平策略、轨迹规划、协同控制策略、液压油路控制和数据采集与检测等方面进行研究。　　 本文研究内容为深海锥/钻一体化装备控制系统，依托中央高校基本科研业务费专项资金——“海洋勘探设备与仪器”创新团队项目，主要用于海床式岩芯取样和锥探探测工作。　　 深海锥/钻一体化装备工作任务:岩芯取样和原位测试，根据海洋环境的特点和装备自身参数，确定深海锥/钻一体化装备的技术指标、电液系统、动力系统、协同控制系统、工作模式转换方式、调平方式、轨迹规划和推进回转控制等。利用NI公司的PXIe机箱、数据采集卡、运动控制卡和其他设备搭建硬件信号系统;根据各机械部分的结构特点，研究其运动行为和主要参数，分析可行的行为控制策略和方法，运用LabVIEW语言编写各控制模块。　　 主要研究内容包括以下几部分:　　 第一:调平系统根据锥钻工艺需求，采用三点支承方式实现平台安全可靠的调整。从可靠性和成本因素考虑，三点支撑不存在静不定问题，不会产生“虚腿”现象。调平的控制方式，通过计算空间坐标的矩阵变化求解出各支腿的高度差，采用最高点固定追逐方案进行调平，实现系统的快速调平。　　 第二:机器手的运动原理分析主要研究其位置和运动。对机械手进行运动分析，将其看成一系列关节组成的连杆，然后每个连杆建立对应的坐标系，并将该坐标系固连在对应的连杆关节上，最后通过齐次坐标变换方程求出关节参考系相对于机座参考系的位置，最后即可得到机器手的运动学方程。　　 第三:钻具夹紧/拧卸时，机械手、动力头和夹持器等必须协同运动才能完成控制动作。对夹紧/拧卸时各模块动作进行分析，列出具体的执行顺序，通过读取分析传感器采集的各种信息，根据判断规则，控制执行各模块的动作。　　 第四:岩芯取样和触探时，钻具下放和打捞的工序的规划与执行动作的设定。根据取样深度和钻具长度，确定钻具的数量，不同数量的钻具接卸杆操作次数和机械手的操作次数是不同的。通过传感器获取钻进深度和钻具状态，判定工序状态是钻进还是拧卸;根据单节钻进深度或提升高度，判断推进油缸和动力头动作;操作平台监控所有数据信息，控制装备的钻探和回收动作。　　 深海锥/钻一体化装备控制系统的主程序是基于LabVIEW2010平台开发，钻进参数监测系统主要有设备运转监测和钻进规程参数监测，反映设备运转情况的仪表:马达转速、管路压力等;反映钻进规程参数的虚拟仪表:钻压，冲洗液流量，钻具转速，扭矩等。本文中主要针对的测量对象包括转速、倾角、扭矩、钻压、泵压、冲洗液流量和泵量等。被测量选用相应传感器，传感器信号通过SCB-68连接盒连接到DAQ设备上。本文中所测信号都转换为电压和电流信号输出，为了监测到准确信号，采用差分连接，这种信号接入法有效降低了噪音的干扰。　　 本研究在虚拟环境下完成了系统的设计、分析及执行过程。通过测试、评估，初步实现了远程锥探和钻探控制任务，通过数据采集系统，能够实现速度、油压、倾角和扭矩等物理量的数据采集，并根据数据分析结果，控制系统的动力头转速等功能。　　 研究成果创新点体现在:　　 ①提出了将原位静力触探和钻探取样功能复合的大深度海底锥钻一体机的技术方案;　　 ②解决了3000m深海下远程数据通讯及控制的方法;　　 ③提出了深海支腿调平、机械手轨迹规划和协同控制等研究方法。　　 研究工作为海洋大深度岩芯取样工作提供了很好的解决方案，搭建了适用于深海远程控制的虚拟样机系统，基本具备了装备的下放、调平、机械手控制和动力系统控制的功能。