本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于水下作業(yè)領(lǐng)域中能夠?qū)５坠芫€進行全方位檢測的作業(yè)機械。

背景技術(shù)：

隨著我國海洋油氣開發(fā)特別是深水油氣勘探開發(fā)的日益活躍，作為油田開發(fā)生產(chǎn)重要組成部分的海底管線也越來越多。對海底管線的檢測變得尤為重要。海底管線巡檢ROV大多采用浮游式有纜水下機器人（ROV），雖然相關(guān)技術(shù)已較為成熟，但是浮游式ROV通過推進器進行水下航行從而進行海底管線的檢測，易受洋流，海底復(fù)雜環(huán)境的影響，檢測過程中想要確保檢測裝置的檢測質(zhì)量，必須要對ROV的速度和位姿進行精確的控制，這就使得對ROV的控制變得極為復(fù)雜，而且在對靠近海底的管線進行檢測時，推進器的運行可能會將海底的雜質(zhì)漂浮起來影響檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中所提到的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種海底管線檢測用水下機器人，該種水下機器人采用在管道上行走的方式解決了洋流對其測量穩(wěn)定性的影響同時減少了因傳統(tǒng)ROV推進器運行時對周圍環(huán)境的破壞等問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：該種海底管線檢測用水下機器人，包括機體以及為機體提供動力和控制命令的液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，其特征在于：

所述機體主要由ROV本體、管道夾持行走裝置、檢測裝置三部分組成；

其中，所述ROV本體包括載體框架、浮力模塊、4個垂直螺旋推進器和4個水平螺旋推進器、耐壓倉、云臺、液壓油箱、一個5自由度的左舷機械手以及一個7自由度的右舷機械手；其中，載體框架為ROV本體內(nèi)的各組件提供安裝位置，浮力模塊安裝在載體框架的頂部，耐壓倉安裝在載體框架的底層的右后部位，液壓油箱安裝在載體框架底層的左后部位，5自由度左舷機械手作為定位型機械手安裝在載體框架左前方， 7自由度右舷機械手作為作業(yè)型機械手安裝在載體框架右前方；

所述管道夾持行走裝置包括基座、第一液壓缸、夾持臂、第二液壓缸、第一銷軸、第二銷軸、第一行走裝置、第三液壓缸以及第二行走裝置；其中，基座上具有4個開孔的耳板、第二液壓缸安裝座、第一夾持臂安裝架以及第一導(dǎo)向塊；第一液壓缸由活塞桿和液壓缸筒組成，第二液壓缸包括帶有法蘭盤的液壓缸筒和帶有法蘭盤的活塞桿；第一液壓缸后端蓋與基座上的耳板通過第一銷軸連接，第二液壓缸的液壓缸筒前端蓋法蘭盤通過螺栓安裝在第二液壓缸安裝座上，第三液壓缸與第二液壓缸完全相同；夾持臂主要由第一夾持臂和第二夾持臂連接組成；其中，第一夾持臂具有吊耳、基座連接孔、一個導(dǎo)向柱和四根連接桿；第一液壓缸活塞桿頭部與第一夾持臂上的吊耳通過第一銷軸連接；第一夾持臂（31）通過第二銷軸（17）連接到第一夾持臂安裝架（24）上；第二夾持臂包括導(dǎo)向筒、具有四根連接桿的安裝架、第三液壓缸安裝座和第二導(dǎo)向塊；第一夾持臂的導(dǎo)向柱插入第二夾持臂的導(dǎo)向筒，同時通過螺栓將第一夾持臂的四根連接桿與第二夾持臂四根連接桿的安裝架連接；第一夾持臂可以在第二夾持臂中相對滑動，需要改變第一夾持臂有效長度適應(yīng)管徑變化時，可以使第一夾持臂在第二夾持臂中滑動到特定位置再用螺栓通過第二夾持臂上加工的安裝孔固定，從而實現(xiàn)了第一夾持臂的有效長度的改變，達到適應(yīng)管徑變化的要求；

第一行走裝置主要由第一內(nèi)凹輪、第一內(nèi)凹輪安裝座以及第一導(dǎo)向槽連接后組成；第二行走裝置主要由液壓馬達、第二內(nèi)凹輪、第二內(nèi)凹輪安裝座以及第二導(dǎo)向槽連接后組成；其中，第一行走裝置的第一內(nèi)凹輪安裝座與第二液壓缸活塞桿前端法蘭盤通過螺栓連接，第一行走裝置的第一導(dǎo)向槽與基座上的第一導(dǎo)向塊配合起到導(dǎo)向作用，防止液壓缸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動；第三液壓缸的液壓缸筒前端蓋法蘭盤通過螺栓安裝在第三液壓缸安裝座上；第二行走裝置的第二內(nèi)凹輪安裝座與第三液壓缸活塞桿前端法蘭盤通過螺栓連接，第二行走裝置的第二導(dǎo)向槽與第二內(nèi)凹輪安裝座上的第二導(dǎo)向塊配合；液壓馬達通過螺栓與第二行走裝置的第二內(nèi)凹輪安裝座固連，液壓馬達軸與第二內(nèi)凹輪直接相連；ROV本體在管線上行走是通過液壓馬達提供動力驅(qū)動第二內(nèi)凹輪轉(zhuǎn)動并與管線接觸產(chǎn)生摩擦力向前行進；夾持臂采用左右對稱的結(jié)構(gòu)，夾持行走裝置通過夾持臂、第一行走裝置和第二行走裝置對管線進行夾持，夾持行走裝置采用成對布置的方式；

所述檢測裝置包括檢測裝置固定座、連接桿、輪子安裝座、框架、彈簧以及輪子組成；檢測裝置固定座通過螺栓與ROV本體的載體框架的底部相連；框架通過連接桿、彈簧、輪子安裝座與檢測裝置固定座連接；輪子安裝在輪子安裝座上；檢測設(shè)備和傳感器安裝在框架上對管線進行檢測；夾持管線時輪子在彈簧的作用下被壓緊在管線上以確保檢測裝置與管線保持一定的距離并且不脫離。

本發(fā)明具有如下有益效果：采用上述方案后，首先與浮游式檢測ROV相比，本發(fā)明雖然結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜，增加了夾持行走裝置，但是它比浮游ROV增加了可以在管線上爬行的功能。它既可以像浮游ROV一樣在水中浮游也可以在管線上爬行。在管線上爬行可以使ROV穩(wěn)定的處于平衡狀態(tài)，這樣就可以避免洋流的沖擊對檢測結(jié)果造成的影響，還可以避免水平推進器運行造成的周圍環(huán)境變得渾濁，減小周圍環(huán)境對檢測結(jié)果的影響，這樣就可以使ROV準確的檢測管線，提高檢測質(zhì)量。

其次，本發(fā)明中的檢測裝置借助各種傳感器和多種檢測設(shè)備可以對管線進行全方位的檢測，提高了檢測效率。

另外，在我國水下管線的直徑一般在100mm至500mm之間，面對不同直徑的管線該發(fā)明的夾持行走裝置可以通過調(diào)整夾持裝置的尺寸和調(diào)整液壓缸的伸出長度來適應(yīng)不同直徑的管線，這樣就可以普遍的應(yīng)用于我國的各個海域管線的檢測。

最后行走裝置由液壓馬達和內(nèi)凹的輪子組成。行走裝置是借助輪子與管線接觸的摩擦力推動ROV向前行進的。輪子的內(nèi)凹半徑為500mm，它可以與任何小于500mm大于200mm的管線完全的接觸，接觸面越大摩擦力越大。在行走裝置上還裝有壓力傳感器，根據(jù)壓力的大小實時的調(diào)整液壓缸的伸出長度。以使輪子與管線緊密的接觸，這樣行走裝置就可以在管線上快速的爬行。

液壓系統(tǒng)采用雙聯(lián)齒輪泵供油，把等量的油分別輸入兩個尺寸相同的液壓缸，確保需要同步作業(yè)的兩個液壓缸動作同步，使夾持更加穩(wěn)定可靠。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明海底管線檢測水下機器人總裝圖。

圖2是本發(fā)明ROV本體結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明ROV本體結(jié)構(gòu)后視圖

圖4是本發(fā)明夾持行走裝置總裝圖。

圖5是本發(fā)明夾持行走裝置基座結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明第一液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明第一液壓缸筒結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明第一液壓缸活塞桿結(jié)構(gòu)示意圖

圖9是本發(fā)明第二液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本發(fā)明第二液壓缸筒結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本發(fā)明第二液壓缸活塞桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12是本發(fā)明第一銷軸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13是本發(fā)明第二銷軸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖14是本發(fā)明夾持臂行走裝置的單臂結(jié)構(gòu)示意圖。

圖15是本發(fā)明夾持臂結(jié)構(gòu)示意圖。

圖16是本發(fā)明第一夾持臂結(jié)構(gòu)示意圖。

圖17是本發(fā)明第二夾持臂結(jié)構(gòu)示意圖。

圖18是本發(fā)明第一行走裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖19是本發(fā)明第一行走裝置內(nèi)凹輪安裝座結(jié)構(gòu)示意圖。

圖20是本發(fā)明第一內(nèi)凹輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖21是本發(fā)明第二行走裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖22是本發(fā)明液壓馬達結(jié)構(gòu)示意圖。

圖23是本發(fā)明第二行走裝置執(zhí)行部件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖24是本發(fā)明第二行走裝置內(nèi)凹輪安裝座結(jié)構(gòu)示意圖。

圖25是本發(fā)明第二內(nèi)凹輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖26是本發(fā)明檢測裝置總裝配結(jié)構(gòu)示意圖。

圖27是本發(fā)明檢測裝置固定座結(jié)構(gòu)示意圖。

圖28是本發(fā)明檢測裝置彈簧示意圖。

圖29是本發(fā)明檢測裝置檢測設(shè)備安裝框架示意圖。

圖30本發(fā)明檢測裝置輪子架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖31是本發(fā)明夾持裝置原理結(jié)構(gòu)簡圖。

圖中1-ROV本體，2-管道夾持行走裝置，3-檢測裝置 ，4-載體框架，5-浮力模塊，6- 4個垂直螺旋推進器，7- 4個水平螺旋推進器，8-耐壓倉，9-云臺，10-液壓油箱，11- 5自由度的左舷機械手，12- 7自由度的右舷機械手，13-基座，14-第一液壓缸，15-第二液壓缸，16-第一銷軸，17-第二銷軸，18-夾持臂,19-第一行走裝置，20-第三液壓缸，21-第二行走裝置，22-耳板，23-第二液壓缸安裝座，24-第一夾持臂安裝架，25-第一導(dǎo)向塊，26-液壓缸筒27-活塞桿，28-帶有法蘭盤的液壓缸筒，29-帶有法蘭盤的活塞桿，30-第二夾持臂，31-第一夾持臂, 32-吊耳，33-基座連接孔，34-導(dǎo)向柱，35-四根連接桿，36-導(dǎo)向筒，37-四根連接桿的安裝架，38-第三液壓缸安裝座，39-第二導(dǎo)向塊，40-第一內(nèi)凹輪，41-第一內(nèi)凹輪安裝座，42-第一導(dǎo)向槽，43-液壓馬達，44-第二內(nèi)凹輪，45-第二內(nèi)凹輪安裝座，46-第二導(dǎo)向槽，47-檢測裝置固定座，48-連接桿，49-輪子安裝座，50-框架，51-彈簧，52-輪子。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明：

本種海底管線檢測用水下機器人，包括機體以及為機體提供動力和控制命令的液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，其獨特之處在于：

所述機體主要由ROV本體1、管道夾持行走裝置2、檢測裝置3三部分組成。

其中，所述ROV本體1如圖2所示，主要由載體框架4、浮力模塊5、4個垂直螺旋推進器6和4個水平螺旋推進器7、耐壓倉8、云臺9、液壓油箱10、一個5自由度的左舷機械手11、一個7自由度的右舷機械手12組成。其中，載體框架主要是為ROV本體的其他組成部分提供安裝位置；浮力模塊安裝在載體框架的頂部，可以為ROV提供正浮力；耐壓倉安裝在載體框架的底層的右后部位，可以為一些設(shè)備提供耐壓保護；云臺安裝在ROV頭部；液壓油箱安裝在載體框架底層的左后部位；5自由度左舷機械手安裝在載體框架左前方，作為定位型機械手,并可兼顧部分作業(yè)任務(wù)；7自由度右舷機械手安裝在載體框架（4）右前方，作為作業(yè)型機械手,可以安裝清洗刷清除管線上的雜物或安裝其他維修工具用于維修管線。

所述管道夾持行走裝置2如圖4所示，主要由基座13、第一液壓缸14、夾持臂18、第二液壓缸15、第一銷軸16、第二銷軸17、第一行走裝置19、第三液壓缸20、第二行走裝置21等組成。其中，基座13結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括4個開孔的耳板22，第二液壓缸安裝座23，第一夾持臂安裝架24、第一導(dǎo)向塊25。第一液壓缸14如圖6所示，由活塞桿27、液壓缸筒26組成。第二液壓缸15如圖9所示，主要由帶有法蘭盤的液壓缸筒28和帶有法蘭盤的活塞桿29組成。第一銷軸16如圖12所示。第二銷軸17如圖13所示。

第一液壓缸14后端蓋與基座13上的耳板22通過第一銷軸16連接。第二液壓缸15的液壓缸筒28前端蓋法蘭盤通過螺栓安裝在第二液壓缸安裝座23上。第三液壓缸20與第二液壓缸15完全相同。夾持臂18如圖15所示，主要由第一夾持臂31和第二夾持臂30連接組成。其中，第一夾持臂31如圖16所示，主要包括吊耳32、基座連接孔33、一個導(dǎo)向柱34、四根連接桿35。第一液壓缸14活塞桿頭部與第一夾持臂31上的吊耳32通過第一銷軸16連接。第一夾持臂（31）通過第二銷軸（17）連接到第一夾持臂安裝架（24）上。第二夾持臂30如圖17所示，主要包括導(dǎo)向筒36、四根連接桿的安裝架37、第三液壓缸安裝座38、第二導(dǎo)向塊39。第一夾持臂31的導(dǎo)向柱34插入第二夾持臂30的導(dǎo)向筒36，同時通過螺栓將第一夾持臂31的四根連接桿35與第二夾持臂30四根連接桿的安裝架37連接。第一夾持臂31可以在第二夾持臂30中相對滑動，當需要改變第一夾持臂31有效長度適應(yīng)管徑變化時，可以使第一夾持臂31在第二夾持臂30中滑動到特定位置再用螺栓通過第二夾持臂30上加工的安裝孔固定，從而實現(xiàn)了第一夾持臂31的有效長度的改變，達到適應(yīng)管徑變化的要求。第一行走裝置19如圖18所示，主要由第一內(nèi)凹輪40、第一內(nèi)凹輪安裝座41、第一導(dǎo)向槽42組成。第二行走裝置20如圖21所示，主要由液壓馬達43、第二內(nèi)凹輪44、第二內(nèi)凹輪安裝座45、第二導(dǎo)向槽46組成。第一行走裝置19的第一內(nèi)凹輪安裝座41與第二液壓缸15活塞桿前端法蘭盤通過螺栓連接，第一行走裝置19的第一導(dǎo)向槽42與基座13上的第一導(dǎo)向塊25配合起到導(dǎo)向作用，防止液壓缸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。第三液壓缸20的液壓缸筒前端蓋法蘭盤通過螺栓安裝在第三液壓缸安裝座38上。第二行走裝置20的第二內(nèi)凹輪安裝座45與第三液壓缸20活塞桿前端法蘭盤通過螺栓連接，第二行走裝置20的第二導(dǎo)向槽46與第二內(nèi)凹輪安裝座45上的第二導(dǎo)向塊39配合。液壓馬達43通過螺栓與第二行走裝置20的第二內(nèi)凹輪安裝座45固連，液壓馬達43軸與第二內(nèi)凹輪44直接相連。ROV在管線上行走是通過液壓馬達提供動力驅(qū)動第二內(nèi)凹輪轉(zhuǎn)動并與管線接觸產(chǎn)生摩擦力向前行進。其夾持原理如圖31所示, 由于夾持臂18結(jié)構(gòu)左右對稱所以只畫出了一個夾持臂的結(jié)構(gòu)簡圖，其中基座和夾持臂的厚度都初步定為100mm，圓O₁為直徑為500mm的海底管線（圓O₂為直徑為400mm的海底管線，圓O₃為直徑為300mm的海底管線。），其中基座和夾持臂到管線表面的距離都是85mm，即GH=BA₁=85mm。第二行走裝置安裝于GH和BA₁的位置，夾持行走裝置通過夾持臂、第一行走裝置和第二行走裝置對管線進行夾持，第二行走裝置與水平面的夾角為10°即BO₁與x軸的夾角為10°。夾持臂通過第二銷軸與基座相連于F點。DE與HA₁平行，由圖可知當改變DE的有效長度后夾持臂便能夠適應(yīng)管線的變化了。為了保持ROV在管線上行走的穩(wěn)定性，夾持行走裝置采用成對布置的方式。

所述檢測裝置3如圖26所示，主要由檢測裝置固定座47、連接桿48、輪子安裝座49、框架50、彈簧51、輪子52組成。檢測裝置固定座47通過螺栓與ROV本體1的載體框架的底部相連?？蚣?0通過連接桿、彈簧、輪子安裝座與檢測裝置固定座連接。輪子安裝在輪子安裝座上。檢測設(shè)備和傳感器安裝在框架上對管線進行檢測。夾持管線時輪子在彈簧的作用下被壓緊在管線上，這樣就確保了檢測裝置與管線保持一定的距離并且不脫離，從而保證檢測設(shè)備對管線檢測的質(zhì)量。

下面給出本裝置作業(yè)的過程：

步驟1：夾持過程，首先要了解水下管線的直徑，在我國水下的管線一般在200mm至500mm之間，所以本裝置的夾持臂B上開有間隔為77mm的四個孔，夾持臂B在夾持臂A中的滑動來適應(yīng)管線直徑。在ROV下水之前了解到自己需要檢測的管線的直徑，預(yù)先調(diào)整好夾持臂B在夾持臂A中的位置。接著液壓缸A的活塞桿伸出，夾持臂往里靠攏，同時液壓缸B活塞桿伸出夾緊管線，液壓缸B上裝有壓力傳感器，可以調(diào)整液壓缸B的伸出量。使內(nèi)凹輪子緊緊的與管線接觸。

步驟2：清理管線上的雜物，在機械手上安裝清洗刷，清除管線上的淤泥、水生物等為檢測提供方便。

步驟3：行走過程,行走裝置通過液壓馬達提供動力驅(qū)動內(nèi)凹輪轉(zhuǎn)動并與管線接觸產(chǎn)生摩擦力向前行進。

步驟4：檢測過程,通過安裝在其上的各種傳感器和多種檢測設(shè)備對管線進行檢測的。該裝置邊行走邊粗略的檢測，一旦發(fā)現(xiàn)故障就停下來然后對管線進行仔細的檢測。然后將檢測結(jié)果通過傳感器傳給水上控制室，水上控制室再發(fā)出控制指令控制機械手裝夾適當?shù)男迯?fù)工具對管線進行修復(fù)。

若任務(wù)結(jié)束后，液壓缸收縮內(nèi)凹輪與管線脫離，此時推進器開始啟動，回收整套水下機器人。